Chimica e didattica della chimica

1. Luca Fiorani Chimica e didattica della chimica Le origini della chimica

2. Gli elementi nell'antichità • L'idea di elemento è antichissima (spesso gli elementi emergono dal caos e corrispondono a una cosmogonia): • Genesi: separazione di terra e acque • Tradizione sanscrita: spazio, vento, fuoco, acqua, terra • Taoismo: yin e yang • Mesopotamia e Iran: caos e ordine 2

3. Gli elementi nell'antica Grecia • Dal mito (o Rivelazione in forma di mito) alla filosofia • I primi filosofi sono filosofi della natura • Talete: l'acqua è l'elemento fondamentale (arché) • Empedocle: terra, acqua, aria e fuoco sono i quattro elementi fondamentali • A partire dall'acqua o dai quattro elementi fondamentali si ottengono tutte le sostanze 3

4. Parentesi filosofica • Sostanza: “Si tratta dell’ente primario e completo, a cui fanno necessariamente riferimento tutti gli altri enti […] la sostanza è l’ente la cui determinazione è essere per sé e in sé; accidente è l’ente la cui determinazione è essere per e in altro, che è la sostanza […] si possono individuare vari tipi o ordini di sostanza: materiale, materiale e spirituale, spirituale” (A. Molinaro: Lessico di metafisica, San Paolo, 1998) 4

5. Gli elementi nell'antica Grecia • Le forme dell'acqua o i quattro elementi fondamentali corrispondono agli stati fisici della materia • Per la scienza moderna la materia: • ha massa e occupa spazio e tempo • è solida, liquida, aeriforme (vapore, gas), plasma 5

6. Gli elementi per Aristotele • I quattro elementi fondamentali sono composti dalla stessa materia prima e si distinguono per due proprietà che danno loro la forma • terra: fredda e secca • acqua: fredda e umida • aria: calda e umida • fuoco: caldo e secco • Gli elementi possono trasformarsi l'uno nell'altro • I materiali sono miscugli dei quattro elementi fondamentali 6

7. Gli atomisti • Per Aristotele la materia è continua • Per gli atomisti la materia è fatta di atomi • Gli atomi sono particelle indivisibili della stessa materia ma dotati di forma, grandezza, peso e movimento differenti • Muovendosi e urtandosi si uniscono e si separano in vari modi formando tutte le sostanze 7

8. Gli elementi per Platone • I quattro elementi fondamentali sono composti da particelle che hanno forme geometriche • terra: cubi • acqua: icosaedri • aria: ottaedri • fuoco: tetraedri • e il dodecaedro? Etere… • Le facce triangolari sidispongono in vari modi(trasformazioni fisiche e chimiche) 8

9. Medioevo • Materia continua • Trasmutazione delle sostanze: una sostanza può trasmutarsi in un'altra, cambiando le proporzioni di elementi fondamentali che la costituiscono 9

10. Medioevo • Filosofi naturali: • teoria dei quattro elementi fondamentali • Alchimisti: • ricette segrete • componente magica • tecnologia raffinata • particelle di dolce, di secco, di pesante, di dorato… • oro e pietra filosofale 10

11. Medioevo • Artigiani • tingono stoffe, cuociono vasellami, forgiano metalli • conoscono i materiali, sanno dove trovarli, sono competenti nel maneggiarli, padroneggiano il fuoco • pensano che ci siano altri elementi (oltre ai quattro classici): l'oro è il miscuglio (perfetto) di mercurio e zolfo 11

12. Nasce la chimica • Antichità: il ferro è un miscuglio dei quattro elementi fondamentali • Medioevo: il ferro è un miscuglio (imperfetto) di mercurio e zolfo • XVIII secolo: il ferro è costituito da particelle di ferro e le sue proprietà dipendono dalle caratteristiche delle particelle e dal modo in cui si organizzano (non dal miscuglio delle proprietà di elementi fondamentali) 12

13. Nasce la chimica • Si compilano tabelle delle trasformazioni chimiche • Riaffiora l'idea di affinità (alcune sostanze tendono a unirsi fra loro) • Si isolano nuovi elementi • Si distinguono sostanze semplici (elementi), sostanze composte (composti) e miscugli 13

14. Elementi, composti e miscugli • Esempi di elemento (sostanza semplice):ferro (Fe) e zolfo (S) • Miscuglio: è separabile fisicamente • Composto (sostanza composta): ha proprietà nuove • Esempio di composto: solfuro ferroso (FeS) 14

15. Lavoisier • Introduce la nomenclatura chimica • Enuncia il principio di conservazione della materia (1787): "si può accettare come assioma il fatto che in ogni trasformazione, sia prima che dopo che essa è avvenuta, esiste la stessa quantità di materia" 15

16. Dalton • Enuncia la legge delle proporzioni multiple (1808): "quando due elementi si combinano in modi diversi, una certa quantità di un elemento si combina con quantità dell'altro che stanno tra loro come numeri piccoli e interi". Ad esempio, 7 g di azoto (N) si combinano con 4, 8, 12, 16, 20 g di ossigeno (O). • Deduce la teoria atomica moderna • Attribuisce una massa agli elementi, a partire dall'idrogeno (H) a cui assegna massa unitaria 16

17. XIX secolo • Gli studi di Avogadro, Berzelius e Cannizzaro permettono di distinguere atomi e molecole • Si sviluppa la teoria della valenza: ad esempio, il carbonio (C), di valenza 4, si combina con due atomi di ossigeno (O), di valenza 2, o con quattro atomi di idrogeno (H), di valenza 1 • Mendeleev osserva che gli elementi, ordinati per massa crescente, mostrano proprietà periodiche e crea la "tavola periodica degli elementi" (con alcuni spazi vuoti, riempiti da elementi naturali o artificiali scoperti successivamente) 17

18. Tavola periodica degli elementi 18

19. Fine della lezione… 19