Da Sapere, Anno II, Vol. IV, N. 48, 31 dicembre 1936.
Di Mór Korach.

” ■ Quelle che oggi i chimici chiamano “sostanze” (in senso stretto), od anche “corpi puri o individui chimici”, e che sono caratterizzate dalla presenza, in esse, di molecole d’una sola qualità, sono esistite anche quando la chimica non era ancora nata; ma l’uomo non sapeva distinguerle, e non ne aveva neppure il concetto. Nessuno sapeva, ad esempio, che l’acqua piovana, a parte piccole impurità, è una siffatta sostanza. Un concetto affine, in verità, affiora nella filosofia ellenica: quello di “elemento”. Per la Scuola di Democrito, un elemento era formato da atomi tutti eguali, come tutte eguali fra loro sono le molecole d’una stessa sostanza. Ma la differenza fra i due concetti, minima in apparenza, spiega l’enorme distanza della chimica moderna da quella degli antichi. Gli atomi infatti erano corpuscoli indivisibili, per loro; e siccome la varietà delle sostanze è immensa, o bisognava supporre l’esistenza di un numero immenso di atomi diversi (ciò che non era conforme alla concezione fisica degli elleni) o immaginare che la grande varietà delle sostanze era dovuta alla varietà della mistura, nel corpo, degli atomi di quei pochi elementi (acqua, aria, fuoco e terra, secondo Aristotele ed altri) che comunemente gli antichi ammettevano. Ne segue che ad essi mancava l’idea di quel “grado intermedio” fra atomo e corpo, che è la molecola: particella composta di atomi uguali o diversi, vera pietra di costruzione delle sostanze chimiche. Se si considera che la chimica consiste, quasi tutta, nello studio delle sostanze e perciò delle molecole (la molecola essendo la più piccola particella d’una sostanza che si comporta ancora, minuscolo campione, come la sostanza intiera) ci si spiega facilmente la sterilità della teoria atomica greca, in confronto a quella di Dalton. Gli elementi, per i Greci, erano dunque le uniche “sostanze” nel senso moderno; ed a rigore nemmeno quelli, perché per noi anche gli elementi sono formati, in generale, da molecole e non da atomi. A maggior ragione il concetto di composto chimico, sostanza non elementare ma nemmeno miscuglio, non esisteva per essi. A stare cogli Elleni, si dovrebbero conoscere, grosso modo, solamente miscugli ed elementi; e ciò equivale a non avere, praticamente, la chimica. J.J. Thomson, il grande fisico inglese, scrive: «Sarebbe un errore credere che ci sia qualche rapporto fra l’atomistica moderna e le vecchie concezioni elleniche; l’ipotesi antica era, nell’intenzione e nel fatto, piuttosto metafisica che fisica, piuttosto teologica che scientifica.» Giudizio forse troppo severo; ma caratteristico per la scarsa base sperimentale della scienza di quel popolo, incline alla speculazione.
■ Il Medioevo ha fatto qualche passo in avanti, nella chimica, unicamente per virtù di quei pochi alchimisti (Geber, Paracelso, Basilio Valentino e qualche altro) che sperimentavano. Ma, scrive Hackh, «pochi alchimisti scesero così in basso da sperimentare realmente… La speculazione filosofica era in concetto più alto della pratica sperimentazione…». Aristotele dominava le menti, ed il moderno concetto di sostanza e di molecola continuava a celarsi nel futuro.
■ Quella simbologia “chimica”, di cui si servivano gli antichi e gli alchimisti, era una sorta di “ideografia”, che raffigurava l’oggetto direttamente, con una specie di disegno: simbolo figurativo insomma, in luogo di quello orale (nome parlato) o alfabetico (nome scritto, ossia simbolo grafico d’un simbolo orale). Né questi simboli ideografici, si possono considerare simboli chimici in senso corretto; poiché non “sostanze” rappresentavano essi, ma unicamente “materiali”, come oggi si direbbe. Coi loro ideogrammi, gli Egiziani rappresentavano in maniera analoga — alla rinfusa — la terra, l’acqua, l’aria, l’oro od il miele, il rame od il vino; ed altrettanto può dirsi dei simboli alchimistici.
■ Ecco alcuni di questi simboli:

■ Questi simboli alchimistici, in uso fino al Settecento, rappresentavano sovente anche i pianeti coi quali, in quel tempo, la speculazione associava certi metalli. In questo senso la simbologia degli alchimisti, se confrontata con quella degli Egiziani, mostra un regresso. Gli ideogrammi egiziani erano infatti realistici, e raffiguravano il materiale con un oggetto, la cui idea con quello spontaneamente si associava: le onde per l’acqua, la borsa per l’oro, il crogiuolo di fusione per il rame, gli orci per il vino. Quelli degli alchimisti rappresentavano invece, oltre al materiale, un’ipotesi arbitraria che vi si connetteva, e che la verifica ulteriore dimostrava cervellotica del tutto: quella della parentela fra pianeti e metalli. Fatto è che per molto tempo l’oro veniva simboleggiato dal Sole (☉), il mercurio (il nome è rimasto) da Mercurio (☿), il ferro da Marte (♂), l’argento dalla Luna (☽), il piombo da Saturno (♄) (ancora oggi si parla di “saturnismo”, quando si tratta di avvelenamento di piombo), e così via. Le allusioni astrologiche nella chimica erano così radicate, che ancora nel 1781, quando fu scoperto il pianeta Urano, il suo simbolo fu dato al platino.
■ Il primo chimico il quale usò dei simboli di carattere generale, relativi non all’una od all’altra sostanza, ma a “gruppi” di sostanze analoghe come i sali o gli alcali, o a “modificazioni” delle sostanze stesse, quale il “regolo”, il “calcinato”, il “solforato”, era Bergman. Manifestamente, l’idea della molecola, e dell’individuo chimico ad essa corrispondente, non esisteva ancora, ed i simboli rappresentavano argomenti “non” analoghi stati fisici come il “regolo”, e chimici come il “calcinato” in modo analogo. Ecco alcuni simboli di Bergman (Dai suoi OPUSCOLA PHYSICA ET CHIMICA, del 1783):

■ Come si vede, tra i simboli figura quello del flogisto di Stahl, la cui presenza in una sostanza avrebbe dovuto renderla più leggera. Teoria famosa, ma tramontata anch’essa colla scoperta del composto chimico.
■ I primi simboli che rappresentano le sostanze nella loro struttura molecolare, sono dovuti al fondatore della teoria atomica, Dalton. Egli rappresentava gli atomi con cerchietti variamente marcati per ogni elemento, e le molecole con un insieme di cerchietti, uno per ogni atomo presente nella molecola. In realtà Dalton usava il termine “atomo” nel senso in cui oggi si usa la parola molecola. Quindi egli sin dall’origine della sua teoria ha abbandonato il concetto atomico degli antichi. Ecco alcuni simboli di Dalton, per i suoi “atomi”:

■ Le idee inesatte di Dalton sulla composizione delle molecole, più tardi (nel 1811) corrette da Avogadro (che fu il primo a introdurre il nome di “molecola”) e da Cannizzaro, si rispecchiano anche nei simboli dei composti. Così ad esempio nella molecola dell’acqua egli mette un solo atomo d’idrogeno. Ma il concetto fondamentale (se anche non ancora il nome) di sostanza e di molecola era acquisito.
■ Un’altra innovazione di Dalton, che poi è divenuta generale e s’è mantenuta fino ad oggi, era l’uso delle iniziali dei nomi degli elementi per indicarne gli atomi. Nei cerchietti che rappresentano i metalli, vediamo infatti le lettere I (Iron ingl.) per il ferro, C (Cupper ingl.) per il rame, L (Lead ingl.) per il piombo, S (Silver ingl.) per l’argento ecc. Poco dopo i cerchietti sono spariti, e rimaste soltanto le lettere: Dalton pubblicava il suo NEW SYSTEM OF CHEMICAL PHILOSOPHY nel 1808, Berzelius le sue formole con sole lettere nel 1812.
■ Ma nelle formole di Berzelius appare un’ulteriore innovazione, la cui portata intiera può valutarsi soltanto oggi che s’è rivelata, nella sua complessità, la struttura elettrica della materia. Le esperienze di Davy, che è riuscito a scomporre alcune sostanze colla corrente elettrica scoperta da Volta, indussero Berzelius a ritenere che gli atomi nei composti fossero tenuti insieme dall’attrazione elettrica, avendo essi cariche di segno contrario. Così egli rappresentava i composti con formole in cui, accanto al simbolo di ciascun atomo, era indicato il segno, positivo o negativo, della sua carica. Per esempio per l’acido cloridrico la formola era: H+- Cl. Lo studio ulteriore di questo genere di legame chimico, oggi chiamato “legame polare” (dai due “poli”, positivo e negativo, delle celle elettrolitiche) ha introdotto, colla scoperta dell’elettrone e collo sviluppo della teoria elettronica, notazioni sempre più differenziate. L’esame più approfondito del modello atomico di Bohr, secondo il quale il nocciolo dell’atomo è circondato da diversi “strati” di elettroni, di cui soltanto quello esterno agisce nelle reazioni chimiche, ha condotto Kossel, Lewis ed altri all’osservazione, che nelle combinazioni polari gli atomi si riuniscono fra di loro in modo da comporre, intorno agli atomi stessi, uno strato esterno di “otto” elettroni. Quando per es. l’atomo d’ossigeno, il cui modello, secondo Bohr, ha uno strato esterno di 6 elettroni, si combina con atomo di magnesio, che nello strato esterno ne ha due, il composto risulta formato da due atomi, nel primo dei quali — l’ossigeno — ricostituito, esternamente, l'”ottetto”, e nel secondo — il magnesio — è diventato esterno lo strato che prima era il secondo, ed era composto già originariamente di otto elettroni:

■ Gli atomi “elettropositivi” avrebbero dunque pochi elettroni nello strato esterno, gli elettronegativi molti, e l’attrazione elettrica sarebbe prodotta dalla tendenza degli atomi a costituire, di comune accordo, gli ottetti, che sembrano un aggruppamento più stabile. Nella notazione questa teoria si è rispecchiata per mezzo della rappresentazione degli ottetti, intorno al simbolo dell’atomo negativo (escludendo, per semplicità, la rappresentazione degli altri elettroni che non partecipano alla reazione) con otto punti:

■ Per semplicità ancora maggiore, Kharash indica solo gli elettroni che effettuano il legame (gli elettroni M ed N nel modello dell’ossido di magnesio della figura precedente); ma egli aggiunge inoltre un nuovo simbolo: un segmento di retta che indica la direzione del legame, su cui, secondo il grado di positività dell’atomo elettropositivo, maggiore o minore rispetto a quello negativo, la coppia di punti che indicano gli elettroni viene più o meno distanziata. Le formole antecedenti allora diventano:

con evidente spostamento dei punti, dal primo al terzo, verso l’idrogeno H.
■ I simboli elettronici di Lewis sono stati anche combinati con questi ultimi, per meglio indicare le direzioni della polarità. Ad esempio per gli elementi negativi (negatività decrescente):

Per quelli positivi (positività decrescente):

■ Esiste tuttavia un grandissimo numero di composti, specie nella chimica organica (o chimica del carbonio), in cui il legame non si può dire più che sia polare. Se si considera la posizione del carbonio nel sistema periodico, essa appare giusto nel mezzo fra gli elementi propriamente positivi, e quelli negativi. Non è quindi strano, che molti composti del carbonio non abbiano un carattere polare, ossia non si lascino scindere per mezzo della corrente elettrica. Ma anche elementi marcatamente negativi o positivi possono costituire legami non polari. Nelle molecole biatomiche ad esempio, gli anelli elettronici esterni dei due atomi essendo identici, non è possibile parlare di polarità. Nella notazione elettrica, tali legami vengono perciò indicati con coppie di elettroni disposte a distanza uguale dai due atomi collegati. Nelle notazioni meno recenti (Frankland 1899) questi legami venivano indicati con semplici trattini, tuttora in uso nelle formole di chimica organica:

■ Ma questo ramo della chimica, nel suo sviluppo vertiginoso, ha condotto alla scoperta di composti chimici, la cui rappresentazione esigeva simboli nuovi.
■ Per rappresentare la struttura ad anello del benzolo (Kekulé, 1857) bastavano i trattini:

■ Ma Lebel e Van t’Hoff (1877) hanno scoperto la disposizione speciale delle direzioni dei legami intorno all’atomo di carbonio, e proposero la rappresentazione per mezzo di tetraedri, ciascun vertice dei quali corrisponde ad una linea d’attrazione. Due atomi di carbonio, secondo questa teoria, possono essere uniti in tre modi diversi, secondo che si legano con uno, due, o tre vertici dei tetraedri:

■ Per evitare i complicati disegni in prospettiva, s’è cercato di indicare questi legami rappresentando due spigoli sghembi (ossia due spigoli che non s’incontrano) — A B e C D nella figura — per mezzo della loro proiezione sul piano:

■ Con questa rappresentazione, i legami semplice, doppio e triplo del carbonio, di cui sopra, appaiono indicati a questo modo:

■ O più convenzionalmente:

dove i punti mostrano, per il lettore, i vertici uniti dei tetraedri, ma che di solito non si mettono.
■ Immaginando l’atomo di carbonio nel centro del tetraedro, i quattro rami della croce possono indicare i quattro “vettori” di legame, che partono dall’atomo nello spazio. Si hanno così le “formole vettoriali”:

in cui figurano anche le coppie elettroniche. Queste coppie, per esprimere la natura non polare di siffatti legami, vengono sovente poste a metà distanza del vettore, o dei segmenti dei simboli convenzionali precedenti:

■ La spiegazione dei legami non polari fu data, com’è noto, dalla ipotesi che in essi la forza che agisce sia magnetica invece che elettrica. Siccome la linea d’attrazione elettrica corrisponde a ciò che in chimica si chiama una “valenza”, la teoria dell’attrazione magnetica fu chiamata teoria delle valenze complementari o “covalenze”.
■ Ci sono infine dei legami che non hanno carattere né polare né apolare. Werner nel 1900 sviluppò per questi la teoria dei legami coordinati come li chiamava lui. Un legame siffatto sussiste ad esempio fra una molecola d’acqua e di ammoniaca, e viene rappresentato, nelle formole a ottetto di Lewis, con punti più grassi:

■ Legami di questo genere vengono chiamati “semipolari”, essendo chiamati “omopolari”, rispettivamente “polari” gli altri. In essi l’idrogeno, elemento positivo con un solo elettrone, condivide — si suppone — due elettroni liberi, d’un atomo negativo. I varii sistemi di simboli che servono per rappresentare, in modo succinto ed insieme evidente, la struttura delle molecole, specie nelle loro recenti forme elettroniche, vengono applicati (con qualche altro simbolo per completare il quadro, come sono quelli usati per l’isotopia — atomi di peso diverso ma di natura chimica, ossia elettronica, eguale — o per lo stato d’eccitamento energetico degli atomi ecc.) allo scopo di indicare le più varie associazioni molecolari: nel ghiaccio, nell’acqua, nei composti complessi della chimica organica, nella cosiddetta “cibotassi”, od associazione di lunghe molecole a catena, nell'”adsorbimento”, ossia aderenza di molecole alle superfici dei solidi specie se finementi suddivisi, ecc. Così per esempio l’unione di due molecole di ottanolo, che contengono, ciascuna, otto atomi di carbonio uniti in catena con legame semplice, è rappresentata così:

■ Le ricerche di Langmuir ed altri hanno mostrato che siffatte lunghe molecole a volte si dispongono, se distese sull’acqua — come ad es. nel caso degli acidi grassi — ritte come l’erba nel prato. La rappresentazione simbolica di questo fenomeno ne dà la sensazione quasi visiva:

[L’articolo originale non prosegue, non è presente ulteriore testo oltre questo punto. N.d.SeS.]”