La storia della composizione delle sostanze attraverso la loro combustione

by Roberto Poeti
Il laboratorio di   Justus von Liebig

Il filmato presenta il laboratorio di Liebig a Giessen  che si trova riprodotto al museo della scienza di Monaco di Baviera. Nel primo tavolo  è collocato l’apparecchio per l’analisi delle sostanze organiche tramite combustione . Nel secondo tavolo  è collocato un apparecchio per la distillazione contro corrente . Nel suo laboratorio  ,  con un apparecchio da lui migliorato e reso più preciso   , vennero analizzate per combustione centinaia di sostanze organiche .

Una proposta didattica

L’idea di ripercorrere il cammino storico- epistemologico sulla determinazione  della composizione molecolare di una sostanza organica  è nato qualche anno fa quando insegnavo Chimica organica al corso Biologico – sanitario dell’I.T.I.S. di Arezzo . Il proposito si concretizzò in una prima presentazione che partiva dal lavoro compiuto da Lavoisier alla fine del settecento . Mi è rimasto il rimpianto di non avere presentato ai miei studenti i successivi progressi , fatti dopo Lavoisier .

Oltre Lavoisier

Ma il tema lo ritenevo e lo ritengo di grande validità didattica. Dopo la metà dell’ottocento   l’obiettivo  , dalla composizione di una sostanza organica , si estese  fino alla determinazione della composizione  molecolare. Ma era sempre necessario trovare prima la composizione percentuale e la strategia per ottenere questo primo fondamentale obiettivo ha camminato sempre sui binari tracciati dal grande chimico francese .

La composizione di molecole di interesse biologico

E’ stato necessario portare delle modifiche al metodo , allo scopo di ridurre la quantità di sostanza necessaria per l’analisi e la sua precisione . Questo lavoro di affinamento ha visto impegnati grandi chimici come Dumas , Berzelius , Liebig ecc. Ma è stato con le modifiche apportate  soprattutto da Fritz Pregl nei primi due decenni del novecento che si è riusciti a trovare la composizione molecolare delle prime molecole organiche di interesse biologico . Si apriva  l’esplorazione delle molecole della vita , nasceva la biochimica . Il lavoro di Pregl fu  così fondamentale  da fargli vincere il premio Nobel nel 1923 . Ritornando all’idea di questo percorso storico , ho nel frattempo arricchito il materiale a disposizione .

Il materiale trovato  nei  musei

Per esempio la visita al Museo della Scienza a Monaco di Baviera mi ha fatto conoscere il lavoro di Liebig sull’ analisi per combustione delle sostanze organiche .  Ho potuto vedere al Conservatorio delle Arti e Mestieri di Parigi lo strumento originale usato da Lavoisier .

Il laboratorio di Liebig a Giessen

Il filmato presenta il laboratorio di Liebig a Giessen  che si trova al museo della scienza di Monaco di Baviera. Il laboratorio è una ricostruzione dell’originale di Giessen . Nel primo tavolo  è collocato l’apparecchio per l’analisi delle sostanze organiche tramite combustione . Nel secondo   è mostrato un apparecchio per la distillazione contro corrente . Nel suo laboratorio  ,  con uno  strumento da lui migliorato e reso più preciso   , vennero analizzate per combustione centinaia di sostanze organiche .

Dove ho incontrato Pregl

E’ stato un caso fortuito che mi ha fatto diventare familiare Fritz Pregl . Avevo cercato in internet la descrizione dell’apparecchio di Pregl , ma invano . Nel testo di Chimica organica , dove ho studiato quando ero studente del terzo anno all’I.T.I.S. di Arezzo , che ancora conservo , ho trovato per caso , nel primo capitolo , il disegno e la descrizione dettagliata dello strumento ideato da Pregl, con mie annotazioni sulle varie parti .

La scuola era un pò in ritardo

L’insegnante, il Prof. Berti ci aveva fatto studiare l’apparecchio di Pregl  . La cosa mi era caduta nell’oblio più completo . Quindi un testo degli anni ’60 riportava il metodo di Pregl per la determinazione della composizione molecolare di una sostanza organic. Tra parentesi , non erano neppure rammentati i metodi spettroscopici, apparsi nei laboratori da circa una decina d’anni prima .

Il metodo di Karl Rast

Sappiamo che la determinazione della formula molecolare richiede la conoscenza del peso molecolare. Il testo di Organica riporta il metodo di Karl Rast del 1922 .  Anche il famoso testo tedesco di Gatterman , della fine degli anni ’50 , lo riporta come metodo “assai elegante e semplice “. Può rappresentare una interessante esperienza di laboratorio per gli studenti . Bene , questo metodo è facilmente riproducibile in laboratorio di chimica organica perchè richiede solo l’apparecchi di F. K. Johannes Thiele per la determinazione del punto di fusione.

Come viene organizzata  la proposta didattica

Il progetto di ricostruzione storico – epistemologica sulla determinazione della composizione molecolare di una sostanza organica si  si basa sulla descrizione :

  •  dell’apparecchio ideato da Lavoisier per la determinazione del Carbonio e dell’Idrogeno
  •  dello strumento ideato da Liebig   per la determinazione del Carbonio e dell’Idrogeno .
  •  dello  strumento di Pregl , ripreso dal testo di Chimica organica dell’ I.T.I.S. di Arezzo
  •  dei metodi strumentali comprende anche la individuazione critica dei limiti  che  si  dovettero   superare  per migliorare le analisi .
  •  del metodo di K.Rast per la determinazione del peso molecolare                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  Ad una  ricostruzione storica non possono poi  mancare notizie sul contesto storico e sui protagonisti .
Come sono organizzati gli allegati PDF

Gli allegati sono divisi in tre parti  :

  • nel primo fanno riferimento al lavoro di Lavoisier , che si colloca  alla fine del  settecento .
  • nel secondo a quello di Liebig che è collocabile nella prima metà dell’ottocentom .
  •  infine al lavoro di  Pregl  che viene  compiuto nella prima parte del novecento .

Questo excursus storico prosegue  con un allegato  dove si mostra che ancora oggi l’analisi per combustione è attuale . Vi è infine l’ultimo allegato  sulla determinazione della massa molecolare con il metodo di Rast , che risale ai primi anni del novecento . Il metodo   può essere impiegato come esperienza di laboratorio in un corso di Chimica Organica .

Il contributo di Lavoisier

 

 

Il contributo di Liebig

 

Il contributo di Pregl

 

L’analisi per combustione oggi

 

La determinazione della massa molecolare con il metodo di Rast

 

 

 

 

 

 

 

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