L’origine della nomenclatura e della simbologia chimica moderna

Nota: si ricorda che le opinioni espresse in questo blog non sono da ascrivere alla SCI o alla redazione ma al solo autore del testo

a cura di Rinaldo Cervellati

Nella seconda metà del XVIII secolo la terminologia chimica era ancora intrisa del linguaggio e del simbolismo alchemico sicché a una data sostanza erano in generale associati più termini e altrettanti simboli derivati dagli alchimisti. Ad esempio per la magnesia (carbonato di magnesio) erano in uso ben nove diversi nomi.

All’inizio del 1787 Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794) decise di affrontare il problema del linguaggio chimico, nomenclatura e simbologia con un progetto di ampio respiro che coinvolse i seguenti chimici che avevano aderito alla “teoria dell’ossigeno” rigettando quella del flogisto: Guyton de Morveau (1837-1816), Claude Louis Berthollet (1748-1822), Antoine François Furcroy (1755-1809) e, per il nuovo sistema di caratteri chimici, Jean Henri Hassenfratz (1755-1827) e Pierre Auguste Adet (1766-1848). Il progetto si concretizzò con la memoria Mèthode de nomenclature chimique, illustrata all’Académie des Sciences fra aprile e giugno 1787, poi pubblicata in volume nello stesso anno [1][1].

nomenclatura1

L’opera si basava su due regole: la prima, la più importante, stabiliva che il nome avesse un significato conforme alla funzione chimica dell’oggetto da definire; la seconda adottava l’etimologia greca come privilegiata per la formazione dei futuri nomi delle sostanze [2, p.58].

In sintesi, nel volume vengono provvisoriamente elencati come elementi circa 55 sostanze che non potevano essere decomposte in altre più semplici con qualsiasi mezzo chimico noto all’epoca. Gli elementi inclusi sono: luce; calorico (“materia del calore”); ossigeno, idrogeno e azoto; carbonio; zolfo; fosforo; gli ancora sconosciuti “radicali” dell’acido muriatico (acido cloridrico), acido borico e acido fluorico (acido fluoridrico); 17 metalli; 5 terre (essenzialmente ossidi di metalli ancora sconosciuti come magnesia, barite, e strontia); tre alcali (potassa, soda e ammoniaca); e i “radicali” di 19 acidi organici. Gli acidi, considerati nel nuovo sistema come composti di vari elementi a diverso “grado di ossigenazione”, sono stati chiamati con il nome dell’elemento coinvolto insieme al grado di ossigenazione di tale elemento, per esempio acidi solforico e solforoso, acidi fosforico e fosforoso, acido nitrico e acido nitroso, il suffisso -ico indicando acidi con una maggiore percentuale di ossigeno rispetto a quelli con il finale -oso. Allo stesso modo, ai sali degli acidi –ico veniva dato il suffisso -ato, come in solfato di rame, mentre i sali degli acidi –oso venivano designati con il suffisso –ito, come in solfito di rame. L’effetto di questa nuova nomenclatura può essere valutato confrontando il nuovo nome “solfato di rame” con il vecchio termine “vetriolo di Venere”.

La nuova nomenclatura permise, combinando opportunamente i nomi a due a due e a tre a tre, di ottenere più di 320.000 nomi. A questi corrispondevano sostanze che in larga misura non erano ancora state isolate sperimentalmente ma che Lavoisier prevedeva di ottenere quando le tecniche analitiche si fossero raffinate. Il passaggio alla nuova nomenclatura non fu immediato anche a causa della difficoltà di traduzione in alcune lingue europee. Tuttavia, poiché la nuova terminologia chimica era un linguaggio universalmente comprensibile e di facile insegnamento, il successo ottenuto dalla nomenclatura di Lavoisier non ha precedenti nella Storia della Scienza [2, p.64] e, nonostante la revisione IUPAC, continua a essere di uso comune in campo chimico.

I simboli proposti nella Méthode non ebbero però uguale successo, i caratteri consistono in figure geometriche (linee, cerchietti, quadrati, triangoli con o senza lettera all’interno).

John Dalton (1766-1844), il fondatore della teoria atomica, nella sua fondamentale opera: A New System of Chemical Philosophy (1808), propose un sistema di simboli per gli atomi degli elementi e per le loro combinazioni (atomi composti [molecole]). I simboli di Dalton sono cerchietti per gli atomi degli elementi (con un segno convenzionale o una lettera all’interno) e cerchietti a contatto fra loro per rappresentare le particelle delle sostanze composte, come mostrato in figura. [3]

nomenclatura2Non è scopo di questo post discutere le basi della teoria atomica di Dalton e il suo sistema di pesi atomici, vale però la pena sottolineare che le ipotesi di Dalton, che considerava gli atomi come sfere infinitesime dotate di massa, si basavano sulla meccanica newtoniana, una delle più grandi costruzioni nella storia del pensiero umano e che si supponeva potesse spiegare tutto l’universo, dal macro al micro. Si possono quindi considerare le figure daltoniane come rappresentazioni strutturali delle particelle delle sostanze in base alla meccanica di Newton.

A quanto pare il sistema di simboli di Dalton non ebbe largo impiego.

Il successivo sviluppo che condurrà alla simbologia attuale è dovuto al chimico svedese Jöns Jacob Berzelius (1779-1848). Grande chimico, abile sperimentatore e notevole teorico, spaziò dalla chimica inorganica (identificò e scoprì nuovi elementi, inclusi silicio, selenio, cerio e torio, sviluppò tecniche analitiche, ecc.) alla chimica organica (suoi sono i termini allotropo, isomero, polimero, catalisi), enunciò la teoria elettrochimica dualistica per interpretare l’affinità chimica.

Convinto che una notazione chimica dovesse esprimere in modo preciso di quali elementi e in che numero un composto è formato, nel 1814 pubblicò la III parte di un lungo articolo[2] intitolata:

On the Chemical Signs, and the Method of employing them to express Chemical Proportions [4]. Scrive Berzelius:

I simboli chimici dovrebbero essere lettere per la loro maggiore facilità di scrittura [rispetto a segni e figure geometriche] così da non complicare la stampa dei libri……

Prenderò quindi … la lettera iniziale del nome latino di ciascuna sostanza elementare, ma poiché molti hanno la stessa lettera iniziale, li distinguerò nel modo seguente: 1. Nella classe che chiamo metalloidi, impiegherò la sola lettera iniziale, anche se questa lettera è in comune al metalloide e ad alcuni metalli. 2. Nella classe dei metalli, distinguerò quelli che hanno la stessa iniziale con un altro metallo o metalloide scrivendo le prime due lettere del nome. 3. Se le prime due lettere sono in comune fra due metalli, in questo caso, aggiungerò alla lettera iniziale la prima consonante che essi non hanno in comune, per esempio: S = sulphur, Si = silicium, St = stibium (antimony), Sn = stannum (tin), C = carbonicum, Co = cobaltum (cobalt), Cu = cuprum (copper), O =oxygen, Os = osmium, etc.[4, p. 51-52].

Per i composti Berzelius si basa sui “volumi”, quindi: “poiché l’oxidum cuprosum si forma da un volume di rame e uno di ossigeno dovrà scriversi Cu + O, mentre l’oxidum cupricum si scriverà Cu + 2O. Allo stesso modo per l’acido solforico [anidride solforica] si scriverà S + 3O, per l’acido carbonico [anidride carbonica] C + 2O, per l’acqua 2H + O ecc.” [4, p.52].

Per composti come il solfato di rame, Berzelius suggerisce di omettere il segno + fra i “simboli” dei due componenti [ossido di rame e anidride solforica] indicando con un numero posto sopra al simbolo i “volumi” di ossigeno coinvolti, sicché CuO + SO3 sarà il solfato di rame[3].

Nascono così le formule chimiche.

“Ci si può difficilmente rendere conto dell’enorme importanza che questo linguaggio, che noi usiamo come cosa in se stessa ovvia, ebbe a quei tempi per il progresso della scienza chimica…solo a fatica riusciamo a riportarci al modo di pensare chimico del periodo anteriore all’introduzione delle formule, solo sullo sfondo del quale possiamo apprezzare il significato e l’importanza della nuova lingua”. [5]

Tuttavia i chimici dell’epoca trovarono, nell’immediato, i simboli e le formule di Berzelius poco chiari, atti a trarre in inganno e addirittura inutili. Fra i detrattori proprio John Dalton che nel 1837 sostenne che i simboli letterali di Berzelius “gli sembravano iscrizioni in antico ebraico” [5].

Jean Baptiste Andrè Dumas (1800-1824), chimico francese, pare sia stato il primo, nel 1826, a rappresentare reazioni chimiche con equazioni chimiche, utilizzando il simbolismo di Berzelius [6].nomenclatura3

Scorrendo il suo lavoro si evince che egli ritiene valida, insieme con Ampère, l’ipotesi di Avogadro e, a questi due grandi fisici teorici (insieme ai chimici Gay-Lussac, Berzelius, Mitscherlich e Dulong & Petit) vanno i ringraziamenti di Dumas [6, p. 391][4]. Dumas fu anche il primo (o quantomeno uno dei primi) a usare il segno = per separare reagenti e prodotti e a usare i coefficienti per bilanciare le equazioni chimiche [6, pp. 366, 372, 373].

Nei trattati di chimica le formule e le equazioni cominciarono a comparire fra il 1827 e il 1831, l’uso dei pedici per indicare il numero degli atomi della stessa specie fu proposto da J. Liebig nel 1834 [5, p. 156-157]. La “rivoluzione” nella simbolistica chimica si andava completando.

[1] MM. De Morveau, Lavoisier, Bertholet & De Fourcroy, Métode de Nomenclature Chimique, Couchet, Paris, 1787, 1 vol di pp. 313 e 5 tavole.

[2] M. Beretta, Lavoisier – La rivoluzione chimica, I grandi della Scienza, anno I, n.3, maggio 1998, Le Scienze, Milano, 1998.

[3] J. Dalton, A New System of Chemical Philosophy (3 vols. Manchester, 1808, 1810, 1827), Vol I, Part I, p. 211-212

[4] J.J. Berzelius, On the Chemical Signs, and the Method of employing them to express Chemical Proportions, Annals of Philosophy, 1814, Vol III, 51-62, 93-106, 244-256, 353-364

[5] E. Ströker, citato da J.I. Solove’v, Storia del Pensiero Chimico, EST, Mondadori, Milano, 1976, p. 156.

[6] J.B. Dumas, Mèmoire sur quelque Points de la Théorie Atomistique, Annales de Chimie et de Physique, 1826, 33, 327-391.

[1] Il volume è suddiviso in articoli e note, ciascuno relativo a uno degli autori.

[2] L’intero articolo si intitola: Essay on the Cause of Chemical Proportion, and on some Circumstances relating to them: together with a short and easy Method of expressing them. Parte I: On the Relation between the Berthollet’s Theory of Affinities and the Laws of Chemical Proportions, Annals of Philosophy, 1813, Vol II, 443-444. Parte II: On the Cause of Chemical Proportions, ibid, 444-454.

[3] Successivamente Berzelius userà anche altri simboli, ad esempio O per indicare 2 atomi di ossigeno, oppure un numero di pallini pari al numero di atomi sopra al simbolo dell’elemento.

[4] Come noto l’ipotesi di Avogadro fu recepita universalmente valida solo nel 1860 grazie all’opera di Stanislao Cannizzaro.

2 thoughts on “L’origine della nomenclatura e della simbologia chimica moderna

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