I quattro elementi fondamentali dell’Universo.

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Claudio Della Volpe

Afferma Empedocle:

«Conosci innanzitutto la quadruplice radice
di tutte le cose: Zeus è il fuoco luminoso,
Era madre della vita, e poi Idoneo,
Nesti infine, alle cui sorgenti i mortali bevono»

Secondo una interpretazione Empedocle indicherebbe Zeus, il dio della luce celeste come il Fuoco, Era, la sposa di Zeus è l’Aria, Edoneo (Ade), il dio degli inferi, la Terra e infine Nesti (Persefone), l’Acqua.

Secondo altri interpreti i quattro elementi designerebbero divinità diverse: il fuoco (Ade), l’aria (Zeus), la terra (Era) e l’acqua (Nesti-Persefone).Tiziano, Concerto campestre, 1509, Parigi, Museo del Louvre. La donna alla fonte è una personificazione dell’Acqua. Il suonatore di liuto rappresenta il Fuoco. L’uomo con i capelli scompigliati dal vento simboleggia l’Aria. La donna di spalle raffigura la Terra.

 Col tempo a questi quattro elementi se ne aggiunse un quinto, la “quintessenza” o etere.
L’idea che la Natura potesse esser costituita con pochissimi elementi mescolati fra di loro è stata una delle idee più antiche ma anche di maggior successo nella storia umana.

Di fatti potremmo dire che tutto sommato la chimica moderna dice lo stesso.

Voi mi direte: ma non è vero la tavola periodica di cui celebriamo quest’anno il valore riporta ben 118 elementi possibili e sappiamo ce ne sono anche altri non ancora scoperti o sintetizzati.

Già ma di cosa sono fatti questi 118 atomi? Di cosa è fatto tutto ciò che ci circonda sulla Terra almeno? Cosa c’è dietro e per così dire “sotto” la Tavola Periodica?

Bastano solo quattro particelle: fotoni, protoni, neutroni ed elettroni; con queste quattro entità le leggi della chimica e della meccanica quantistica ricostruiscono tutto ciò che ci circonda; beh quasi, nel senso che ogni tanto arrivano raggi cosmici dal fondo cielo che si trasformano in mesoni e quelli non sono parte dei quattro oggetti nominati.

L’idea che a partire da pochi elementi si possa ricostruire tutto è stata accettata da grandi menti antiche e moderne; ovviamente per spiegare questo si sono ipotizzate e poi misurate esattamente le forze fra le particelle.

Newton che fu prima di tutto un grande alchimista (e solo dopo un fisico, era un chimico-fisico ante litteram, ma ce lo siamo fatto scippare dai fisici puri) ma è anche uno dei fondatori della fisica moderna scriveva:

There are therefore agents in nature able to make the particles of bodies stick together by very strong attractions. And it is the business of experimental philosophy to find them out. Now the smallest particles of matter may cohere by the strongest attractions and compose bigger particles of weaker virtue; and many of these may cohere and compose bigger particles whose virtue is still weaker, and so on for diverse successions, until the progression ends in the biggest particles on which the operations in chemistry, and the colors of natural bodies depend.” (I. Newton, Opticks).

(notate come parla di chimica e fisica INSIEME!!!)

Dunque per spiegare queste associazioni ci vogliono le forze che le manovrano.

Ma voglio essere più preciso; ne ho già parlato tempo fa su questo blog, discutendo la chimica ipotetica della materia oscura; i fisici hanno la loro “tavola” che si chiama “modello standard”; purtroppo i chimici non studiano queste cose, ma secondo me dovrebbero.

oppure questa è un’altra rappresentazione:

Ci sono nella materia ordinaria 18 componenti essenziali divisi fra 6 leptoni, 6 quark e 6 vettori delle forze.

Di questi 18 componenti per fare tutto ciò che si vede sulla Terra occorrono solo:

3 mediatori delle forze: fotoni, gluoni e bosone di Higgs, 2 quark, up (u) e down (d) che nelle combinazioni uud e udd producono protone e neutrone ed 1 solo leptone, ossia l’elettrone; sei entità (appartenenti rispettivamente tre ad una classe di componenti, due ad un’altra e il terzo ad un’altra ancora). E tutto viene fuori da questi 6.

Alla fine non siamo cascati così lontani. Credo che Empedocle si meraviglierebbe se tornasse a vivere di come la sua idea fosse dopo tutto vicina alla verità considerata tale anche dopo vari millenni.

Certo noi abbiamo una solida serie di esperimenti e di relazioni matematiche che supportano il nostro punto di vista, anche se non è ben chiaro perchè poi la matematica abbia così tanto successo (E. Wigner, The Unreasonable Effectiveness of Mathematics in the Natural Sciences); c’è stato un ampio dibattito su questo tema, che inizia da Galileo (il mondo è scritto in linguaggio matematico; e passando per Wigner approda a conclusioni anche opposte: siamo noi che vediamo tutto attraverso la lente della matematica (Richard Hamming); dove è la verità? Non lo so. Esiste una terza via?

Pitagora aveva notato questo strano matematizzarsi dell’Universo già oltre 2000 anni fa.

Per Pitagora (575 a.C. circa – 495 a.C. circa) la successione aritmetica dei primi quattro numeri naturali, geometricamente disposti secondo un triangolo equilatero di lato quattro, ossia in modo da formare una piramide, aveva anche un significato simbolico: a ogni livello della tetraktys corrisponde uno dei quattro elementi.

1º livello. Il punto superiore: l’Unità fondamentale, la compiutezza, la totalità, il Fuoco

2º livello. I due punti: la dualità, gli opposti complementari, il femminile e il maschile, l’Aria

3º livello. I tre punti: la misura dello spazio e del tempo, la dinamica della vita, la creazione, l’Acqua

4º livello. I quattro punti: la materialità, gli elementi strutturali, la Terra

Non vi ricorda qualcosa? 1 punto di un tipo, due del secondo, tre del terzo!! Divisi per classi ed in quantità crescente, 1, 2, 3, come i 6 componenti del modello standard che abbiamo citato prima (1 leptone, 2 quark e 3 mediatori delle forze). Stupefacente combinazione?!

OK, può essere, comunque, siamo arrivati a 6 per descrivere quello che c’è sulla Terra dopo oltre 2000 anni di travaglio e lavoro, ma in fondo ci erano arrivati anche Pitagora ed Empedocle e Democrito e con caratteristiche per certi aspetti simili.

Ne è valsa la pena? E’ una teoria che torna periodicamente, un’applicazione dei cicli storici di Giambattista Vico? Eterni ritorni nella spirale dialettica hegeliana? Non so, credo che la scienza moderna post-galileiana sia un grande metodo di scoperta, ma anche l’intuizione e la osservazione degli uomini che ci hanno preceduto non era poi così male, e come insegna Lucio Russo gli scienziati alessandrini ci hanno preceduto nell’uso del metodo moderno. Abbiamo ancora da rifletterci a lungo su questa relazione fra scienza, matematica e osservazione, capacità di meravigliarsi.

Qualche collega potrebbe lamentarsi dell’eccessivo spazio che do alla fisica ed alla matematica in questo post; ma non è così. A mio parere la visione del mondo naturale dovrebbe essere unitaria per quanto possibile, la materia è una; e la Chimica costituisce evvero un linguaggio euristico ed indipendente rispetto alla Meccanica Quantistica, è esistita senza di essa, ma ha contribuito a svilupparla. Ci sono alternative alla meccanica quantistica? Non so ma ne riparleremo in un prossimo post.

Sarà vero casomai che dopo tutto la fisica teorica attuale e Pitagora sono simili perché guardano al mondo prima di tutto tramite la sua simmetria e bellezza:

La bellezza è verità, la verità è bellezza: questo è tutto ciò che voi sapete in terra e tutto ciò che vi occorre sapere.

(John Keats, poeta)

Ma non lo fa anche il chimico quando sintetizza le sue molecole, strutture la cui simmmetria e bellezza, che ci ricorda Vincenzo Balzani, viene prima del loro uso?

Non so, riflessioni catalizzate dall’anno della tavola.

Cosa ne dite chimici?

La tavola periodica sottosopra.

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Claudio Della Volpe

Un recente articolo comparso su Nature Chemistry pone il problema di una ulteriore rivisitazione della Tavola periodica.

(Nature Chemistry | VOL 11 | MAY 2019 | 391–393 | http://www.nature.com/naturechemistry )

L’idea di base è che quando una persona guarda la Tavola non ne coglie subito la struttura e non ne riesce a coprire con un solo sguardo molti degli elementi; inoltre dato che l’idea che sta alla base alla tavola è quella del riempimento degli orbitali, l’aufbau, detto in tedesco, il riempimento di una cosa avviene dal basso verso l’alto; mentre l’attuale tavola è più una lista che si forma appunto scrivendo da sinistra a destra ma in direzione verticale opposta, cioè dall’alto verso il basso.

Dunque una tavola considerata come un contenitore da riempire di elettroni dal basso verso l’alto contro una tavola considerata come una lista e scritta invece dall’alto verso il basso. La tavola attuale è una lista; viene proposto un contenitore.

Contemporaneamente si pone anche il problema della posizione degli elementi di tipo f che vengono rappresentati separatamente; nella classica rappresentazione essi quasi scompaiono essendo elencati nella parte più bassa della Tavola, anzi al di sotto della Tavola, mentre in questo modo essi acquisterebbero una posizione centrale, il che non guasta pensando al ruolo che hanno in termini di tecnologia.

In alternativa, come mostrato qui sotto si può pensare ad una tavola extra-large che li mette nel posto a loro naturale, ma ovviamente a costo di avere bisogno di un foglio molto più largo che lungo.

L’articolo è supportato da una analisi basata su gruppi di persone a cui la proposta è stata fatta, sia fra gli specialisti che fra i non specialisti e sulle loro reazioni.

E’ una delle tante proposte che sarà dimenticata o invece che cambierà il nostro modo di vedere la tavola periodica?

A voi i commenti.

Come è nata la prima “Tavola Periodica “ di Mendeleev ?

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Roberto Poeti

Il museo

Penso non ci possa essere per un chimico una emozione tanto forte come quella che si prova visitando l’appartamento di Mendeleev all’Università di San Pietroburgo . Vi abitò dal 1867 al 1890 . L’appartamento si trova al pianterreno della Facoltà di Chimica ed era comunicante con il suo laboratorio . Dal 1911 , quattro anni dopo la sua morte , è stato trasformato in Museo . Ho visitato il Museo nel 2009 in occasione di un viaggio a San Pietroburgo . La cosa paradossale è che non avevo idea dell’esistenza di questo patrimonio . Il penultimo giorno di permanenza a San Pietroburgo mi sono accorto , consultando per l’ennesima volta la guida , che in un angolino , a caratteri minuti , era riportata la notizia dell’esistenza del museo. Quindi in pieno Ferragosto , giorno feriale in Russia , sono riuscito a trovare con difficoltà il museo e a visitarlo . Una visita tutta in solitario , con la Dott. Natalia che mi faceva da cicerone senza parlare inglese , ma leggendo le informazioni scritte in inglese da un suo quadernetto di appunti . Mi è sembrato di visitare un piccolo museo di paese senza ostentazioni , tutto molto informale . Quando si entra nell’ appartamento, dopo aver percorso alcune stanze , si arriva allo studio . Qui il tempo si è fermato , tutto è rimasto come era alla morte di Mendeleev. In un lato dello studio c’è la sua scrivania , la sua poltrona , gli scacchi . Ed è proprio qui che Mendeleev, ha fatto i suoi primi tentativi di sistemare gli elementi .

Lo studio di Mendeleev con la scrivania dove ha concepito la Tavola Periodica                                                                                                                                           Durante la visita ho potuto scattare molte foto , comprese copie di appunti che Mendeleev ha tracciato su alcuni fogli su cui sono rappresentati schemi di sistemazione degli elementi . Analizzando il contenuto di questi documenti in relazione alla loro cronologia si può seguire il cammino che ha compiuto M. per arrivare alla sua prima stesura della T.P. che dà alle stampe il 17 Febbraio 1869 e che intitola “ Un tentativo di sistemare gli elementi secondo i loro pesi chimici e le funzioni chimiche “ .

 Il contesto scientifico

Vediamo prima il contesto in cui si inserisce la scoperta di M. . Pochi anni prima al congresso di Karlsruhe ( 1861 ) era stato definito ad opera di Cannizzaro un metodo rigoroso per la determinazione dei pesi atomici. M. giovane chimico partecipa al congresso ed è tra quelli che è fortemente impressionato dalla soluzione proposta da Cannizzaro . Da quel momento i pesi atomici escono dalla ambiguità che li aveva prima caratterizzati e diventano uno dei parametri fondamentali dell’identità degli elementi . Si aggiungono a proprietà come la valenza , pesi specifici, calori specifici , volumi atomici , formazione e natura dei composti . Quest’ultimi sono stati studiati a fondo per anni da M. L’esigenza di passare dallo specifico al generale , cioè dal confronto di pochi elementi ad uno schema generale di classificazione che comprenda tutti gli elementi , diviene sempre più impellente . Nel 1867 a M. viene affidata l’importante cattedra di Chimica all’Università di San Pietroburgo , carica che era occupata prima dal suo mentore Voskresenskii . La riforma dei pesi atomici e la scoperta di nuovi elementi ha reso tutti i precedenti libri di testo superati e ha fatto emergere la necessità di un loro aggiornamento .

Un nuovo libro di testo

E’ questa esigenza che M. sente così importante e urgente . C’è bisogno di un nuovo libro di testo per la formazione chimica degli studenti universitari russi , ” Ho cominciato a scrivere [Principi] quando ho iniziato a tenere lezioni sulla chimica inorganica all’Università dopo [la partenza di] Voskresenskii e quando, dopo aver dato una occhiata a tutti i libri, non ho trovato nulla da consigliare agli studenti “. Così si accinge a scrivere nel 1868 il libro “ Principi di Chimica“. E’ un’opera che tratta in modo esteso la Chimica Generale e Inorganica . La prima parte dell’opera viene completata alla fine del 1868 . Vi sono trattati gli elementi H , O , N , C , detti elementi organogenesi , in ogni dettaglio . Ha ordinato gli elementi secondo la loro valenza . Segue per ultimo la trattazione del gruppo degli alogeni, considerati fortemente non metallici . Verso la metà di febbraio del 1869 completa i primi due capitoli della seconda parte dell’opera presentando i metalli alcalini , speculari agli alogeni, fortemente metallici e entrambi con valenza uno . Si presenta ora in tutta la sua acutezza il problema che si era già presentato nello stendere il piano preliminare della seconda parte dell’opera e cioè quali elementi trattare dopo i metalli alcalini , ma più in generale quale schema adottare nella trattazione di tutti gli elementi conosciuti . Ha trattato 8 elementi , ne restano 55 ( gli elementi conosciuti erano 63) . Ritiene sia necessario che gli elementi siano sistemati con un criterio più rigoroso , come poteva essere quello numerico . E’ una esigenza di tipo pedagogico quella che determina la necessità di ordinare in un sistema coerente gli elementi . L’obbiettivo è essenzialmente quello di preparare un testo aggiornato e utile per gli studenti .

Una persona poliedrica

Con questo assillo il giorno 17 febbraio inizia la giornata preparandosi per un viaggio di dieci giorni , da tempo programmato , che lo avrebbe portato a visitare diverse cooperative di prodotti lattiero – caseari in alcuni distretti della Russia centrale . M. è una persona poliedrica , sensibile alle tematiche sociali , fornisce la sua collaborazione volontaria alla Società Economica di San Pietroburgo , una associazione diremmo oggi no-profit. Nella prima decade della seconda metà dell’ottocento la Russia , sotto lo Zar Alessandro II Romanov , vede l’attuazione di importanti riforme come l’abolizione della servitù della gleba che emancipa quaranta milioni di contadini , la riforma della giustizia, dell’istruzione , della stampa . Si creano ogni tipo di cooperative , crescono le piccole aziende artigiane. M. che ha sempre combattuto per le forme più avanzate di sviluppo economico nel suo paese fu un ardente fautore di queste nuove forme di produzione . Collabora con la Società Economica che aiuta e stimola queste forme associative.

La prima bozza

Ed è proprio la mattina del 17 Febbraio ( secondo il calendario Juliano ) mentre fa colazione , prima della partenza in treno, che M. riceve una lettera dal segretario dell’Associazione delle Cooperative che lo informa sui particolari del viaggio . Sul retro della lettera , sulla quale è rimasta l’impronta della tazza della bevanda che stava sorseggiando , M. traccia il primo appunto della giornata , il documento della Fig.1 . La sua giornata inizia in modo agitato tra i tempi stretti di una partenza e il pensiero pressante sul libro che sta scrivendo . Cosa contiene la prima bozza della giornata?

E’ il primo tentativo di ricerca di un criterio numerico per la sistemazione degli elementi . La scelta di M. cade sul peso atomico . Occorre precisare che il peso atomico aveva avuto un posto secondario nella trattazione degli elementi presenti nell’opera che stava in questo stesso periodo scrivendo . Il peso atomico era usato come una qualità secondaria che mostrava l’ordine gerarchico all’interno di una famiglia di elementi . Cosa rappresentano i numeri ?

La prima serie di numeri è attribuibile al peso atomico degli elementi alcalini , la seconda serie ad un gruppo di metalli con valenza due (rimane incerta la prima posizione ): ? , Mg , Zn , Cd. I pesi atomici dei due gruppi sono disposti in ordine crescente .

La novità sta nel confronto tra i pesi atomici di coppie di elementi dei due gruppi che si corrispondono . E’ in questo momento della mattinata che Mendeleev concepì l’idea di confrontare elementi chimicamente diversi in termini di grandezza dei loro pesi atomici . E questo confronto lo realizzò attraverso la differenza tra i loro pesi atomici .

Mendeleev sta lavorando in modo concitato , tallonato dagli impegni assunti , al punto che la sistemazione degli elementi diventa la priorità . Rinvierà poi il viaggio sprofondandosi nel nuovo compito . Ma da questo primo e confuso tentativo è sorprendente che nel volgere della giornata , attraverso momenti di stress e di depressione , come testimonia l’amico Inostrantzev che quel giorno gli ha fatto visita , raggiunga , come vedremo , il risultato rappresentato dalla compilazione della prima tavola periodica .

Un secondo tentativo

Da questo primo tentativo , confrontando i metalli alcalini con il gruppo di altri metalli , M. non ha ottenuto come risultato uno schema che lo convince . Tuttavia insiste sul criterio adottato , cioè la differenza tra pesi atomici . In un altro appunto sparso che ci ha lasciato e si suppone segua quello precedente ordina questa volta in una tabella i gruppi di non metalli, a valenza crescente , più noti in quel momento .

Il criterio principale che segue nel comporre questa tabella è sempre costituito dal confronto tra i pesi atomici degli elementi di gruppi adiacenti . In tutti questi casi , eccetto uno ( Tellurio) , il peso atomico di elementi successivi di gruppi diversi in una colonna decresce di circa la stessa quantità , poche unità atomiche . Ne segue che la posizione di un elemento è corretta se la dimensione del suo peso atomico rispetto agli elementi diversi , adiacenti nella stessa colonna , è di poche unità . Questo criterio acquisterà sempre più , mano a mano che progredisce nella costruzione del suo sistema , un rilievo dominante . A questo proposito nella relazione “ La correlazione delle proprietà e dei pesi atomici degli elementi “ che scrive per la Società Chimica Russa ( 6 Marzo 1869 ) , poco tempo dopo la compilazione della sua prima T.P. , renderà esplicita la scelta di questo criterio :

Lo scopo del mio saggio sarebbe interamente raggiunto se riuscissi ad attrarre l’attenzione degli studiosi verso le relazioni tra le dimensioni dei pesi atomici di elementi non simili [di gruppi diversi ] , che , mi sembra , siano state fino ad oggi ignorate“.

Un passo in avanti

In una successiva bozza che riporta sempre la data del 17 Febbraio M. inserisce nella Tab 1 altri elementi passando da quindici a quaranta circa . La bozza è costituita da due distinti tentativi di ordinazione degli elementi , disposti nello stesso foglio . Il primo , in ordine cronologico , è quello nella parte superiore e il secondo successivo in ordine di tempo è collocato nella parte inferiore . Tra il primo e il secondo M. apporta significanti modifiche .

Vi sono aggiunti tre gruppi rispetto alla Tab.1 , quello dei metalli alcalini , dei metalli alcalini terrosi e il gruppo di metalli che abbiamo già incontrato nel primo tentativo che fa M. nella prima bozza Mg , Zn , Cd . Vi sono altri elementi che chiaramente M. ha difficoltà a inserire e che dispone ai margini . La cosa interessante è il cambiamento che interviene passando dalla disposizione in alto a quella successiva in basso :

 Il corpo centrale della T.P. prende forma , manca il terzo gruppo , la posizione del Berillio e Idrogeno sono incerte .

Un lavoro incessante

Il lavoro di M. prosegue senza pausa . Il documento che più di tutti esprime lo sforzo intellettuale di M. è il seguente , successivo nel tempo a quello della Fig 2 .

La bozza ( Fig.3 ) è un vero e proprio laboratorio sperimentale dove gli elementi vengono collocati singoli o in gruppi, spostati , cancellati , sostituiti. La vera novità rispetto alla bozza di Fig 2 sta nell’avere ampliato la tavola riuscendovi a collocare i metalli di transizione che avevano rappresentato il suo più grosso ostacolo sia per l’incertezza di alcuni pesi atomici , sia per la minore conoscenza delle loro proprietà.  . Trova una collocazione al Be , attribuendogli il corretto peso atomico , superando le difficoltà precedenti. Individua per la prima volta il terzo gruppo con B – Al . Inserisce nel sistema 61 elementi , quasi la totalità di quelli conosciuti . Alla sommità dello schema ci sono le terre rare a cui sono attribuiti pesi atomici non corretti , e il cui inserimenti nella T.P. costituirà sempre un problema per M. All’Uranio è attribuito la metà del suo peso atomico . Alla fine si delinea un sistema con i pesi atomici che crescono di poche unità dal basso verso l’alto e una disposizione degli elementi simili per gruppi , collocati nella stessa riga orizzontale , mentre sono incolonnati in periodi gli elementi i cui pesi atomici variano gradualmente . Il risultato complessivo alla fine è rappresentato da un sistema sufficientemente compatto e coerente .

Gli spazi vuoti

L’ aspetto “rivoluzionario “ di questo lavoro è la presenza di diversi spazi vuoti tra alcuni elementi appartenenti a gruppi diversi . Tra questi ultimi elementi esiste una differenza tra i loro pesi atomici troppo alta, non di poche unità ( ricordiamo che questo è il criterio fondamentale che impiega M. ) . La possibile esistenza di elementi ancora da scoprire che riempiano queste vacanze è una ipotesi ancora prematura . M. ha cercato di costruire uno strumento didattico, gli spazi vuoti hanno il significato che lo schema non è definitivo sia perché diversi pesi atomici sono provvisori , non corretti o non conosciuti , sia perché i vuoti potrebbero essere ridotti con una migliore distribuzione degli elementi.    Rappresentano perciò la spia che il sistema deve essere ancora migliorato .   E’ sorprendente come queste lacune che nascono come difetti del sistema , diventeranno poi la caratteristica che legittimerà agli occhi del mondo il sistema stesso . In nessuna sistemazione degli elementi fatta in quello stesso periodo , quella di John Newlands (1865 ) , di Lothar Meyer (1869 ) e di De Shancourt era prevista la presenza di vuoti nei loro schemi . Il criterio che adotta M. ha una peculiarità unica , mostra i punti dove è da correggere . Nonostante le correzioni , i miglioramenti che M. apporterà al suo primo schema , le lacune continueranno a esistere . M. comincerà a pensare alla possibilità che siano espressione di elementi mancanti , non scoperti .

Ma alla compilazione della sua prima T.P. questo pensiero non si è ancora maturato .

La tavola si ribalta

Alla fine di una lunga giornata di intenso lavoro , dopo un breve riposo , Mendeleev porta una modifica , l’ultima , allo schema visto precedentemente . Immaginiamo di ruotare lo schema di Fig.3 di 180 ° attorno al suo asse X . Otteniamo lo schema di Fig 4 dove il peso atomico degli elementi cresce dall’alto verso il basso ( come nella odierna T.P. ) . La prima versione rifletteva il criterio adottato da M. , infatti egli faceva la differenza tra le dimensioni dei pesi atomici . Nella differenza tra due numeri il più grande si posiziona in alto , da qui la prima sistemazione degli elementi.

E’ in questa ultima forma che M. sistema gli elementi nella sua ultima bozza (Fig 5) , che farà stampare subito dopo .

Vi apporta delle modifiche . Riempie lo spazio vuoto tra Fe e Cu con Ni e Co ai quali tuttavia assegna lo stesso peso atomico ( la posizione di entrambi sarà risolta con la conoscenza della struttura atomica ) . Si mostra nuovamente incerto nel collocare il Mg . Inserirà di nuovo il gruppo Be , Mg , Zn , Cd ( era il gruppo che aveva confrontato all’inizio con i metalli alcalini ) , separando il Mg dal secondo gruppo (Ca, Sr,Ba )

Una tavola periodica familiare

Forse osservando questa ultima bozza , abbiamo l’impressione che sia molto diversa dalla versione che oggi ci è familiare . I gruppi degli elementi sono disposti in righe , mentre i periodi in colonne . Ma se separiamo la bozza in tre parti ( Fig 6) e poi le ricollochiamo in un ordine diverso ( separando gli elementi delle terre rare ) ma rispettando la progressione dei pesi atomici , otteniamo una forma che ci è familiare (figura a destra ). In termini moderni nella prima T.V. di M. troviamo distinti gli elementi divisi nei tre blocchi s , p , d , rispetto al riempimento degli orbitali , come nella versione odierna della T.V.

Nasce così verso la sera del 17 febbraio 1869 , dopo una lunga giornata di intenso e stressante impegno intellettuale, in cui si alternano momenti di esaltazione a periodi di depressione , la prima sistemazione degli elementi di Mendeleev. Fa stampare la bozza , 150 copie in russo e 50 in francese che invia a vari chimici .

Lo chiama “Tentativo “ . M. è ben consapevole del carattere ancora provvisorio del suo lavoro e delle posizioni incerte di diversi elementi . Ma le basi sono gettate. In questo momento la consapevolezza di una legge periodica che sottostà al suo schema non è ancora maturata . Infatti è improbabile che Mendeleev avesse compreso la generalità del suo sistema, quando lo sviluppò nel febbraio 1869 . Se fosse stato consapevole delle implicazioni del sistema periodico, egli molto probabilmente non avrebbe relegato al suo amico Nokolay Menshutkin la presentazione iniziale di esso alla Società Chimica Russa nel marzo 1869 mentre era a ispezionare le cooperative per conto della Società Economica di San Pietroburgo . Così come era ancora lontano dalla possibilità di prevedere nuovi elementi che occupassero gli spazi vuoti . Scriverà il primo articolo scientifico sulla sua prima T.P. nell’Aprile 1869 , due mesi dopo che ha fatto stampare la prima bozza . Fa alla fine dell’articolo una lista di otto vantaggi che il suo sistema avrebbe nei confronti delle altre classificazioni concorrenti in quel periodo . Al sesto punto vi compare il primo accenno sulla possibilità di prevedere nuovi elementi . E’ una predizione debole , la colloca solo al sesto punto ed è molto vaga . Prevale , dalle sue note , la scelta di cercare di riempire gli spazi vuoti con elementi già esistenti in base alle proprietà chimiche , e vedere se per esempio i loro pesi atomici fossero stati erroneamente misurati . Solo nell’agosto 1869 in un articolo sul volume atomico abbandonerà questo approccio e alcune delle precedenti vaghezze . Apporterà nei due anni successivi diverse modifiche alla sua prima bozza , fornendo varie versioni ( ma questa è un’altra storia ) .

Una ricostruzione della T.P. a posteriori

Quando immaginiamo di costruire la Tavola Periodica mettendo gli elementi secondo l’ordine dei loro pesi atomici crescenti e osservando che a certi intervalli si ripresentano elementi con proprietà simili , stiamo facendo una ricostruzione a posteriori che è efficace nella pratica didattica , ma che non è corretta come ricostruzione storica .

Le proprietà periodiche e la legge della periodicità sono emerse in seguito , diverso tempo dopo la compilazione della prima T.P. Quest’ultima già contiene i caratteri di periodicità , ma il riconoscimento di una legge di natura è stato più complesso della presenza di una certa regolarità nel sistema . In realtà , come si è visto , Mendeleev non usa il peso atomico quanto piuttosto la differenza tra i pesi atomici come criterio per creare un sistema di elementi .

La sua prima T.P. mostra come i gruppi di elementi siano stati sovrapposti , come gli elementi di una pila di Volta , secondo il criterio della minima differenza tra i pesi atomici di elementi adiacenti di gruppi diversi . E là dove i gruppi di elementi non erano ben caratterizzati e differenziati , come tra i metalli della serie di transizione , è riuscito a trovare, dopo un lavoro tormentato fatto di prove ed errori come abbiamo visto , una loro definizione e collocazione seguendo il criterio principale da lui adottato . La periodicità non viene scoperta e quindi subito riconosciuta , quanto piuttosto emerge come una conseguenza del criterio che lui adotta nel suo sistema . Ne è un conseguenza , da qui il tempo più lungo per riconoscerne la sua importanza .

Un paradosso

La tavola periodica e la enunciazione della legge della periodicità che sarà il traguardo finale di M. hanno costituito lo strumento più potente in mano ai chimici e fisici per arrivare a comprendere la struttura dell’atomo . Ed è paradossale, ma nella storia della scienza altri esempi non mancano , che proprio M. che ha costruito questo strumento , abbia nutrito nei confronti della teoria atomica una buona dose di diffidenza e che di fronte alla possibilità , in seguito , che l’atomo avesse una struttura subatomica opponesse il suo scetticismo .

Immagini del Museo

Nel mio blog è contenuto un articolo sull’appartamento – museo di Mendeleev all’Università di San Pietroburgo .

Sono raccolte le immagini delle stanze dell’appartamento , delle foto e dei quadri appesi alle pareti   , di vari documenti raccolti nelle bacheche . Le didascalie sono state tradotte dal russo .

http://www.robertopoetichimica.it/universita-san-pietroburgo-la-casa-museo-dimitrij-ivanovic-mendeleev/

Bibliografia

Michael D.Gordon “ A well – ordered thing “

B.M. Kedrof “ On the question of the psychology of scientific creativity ”

Masanori Kaji “ D. I. mendeleev’s concept of Chemical elements and the principles of chemistry “

Eric Scerri “ How exactly did Mendeleev discover his periodic table of 1869? “

Eric Scerry “ The Periodic Table: A Very Short Introduction “

La Tavola Periodica fra chimica e fisica

Rinaldo Cervellati

Nel 2019 cade il 150° anniversario della pubblicazione della prima Tavola Periodica degli elementi. L’UNESCO ha voluto celebrare l’avvenimento proclamando il 2019 Anno Internazionale della Tavola Periodica degli Elementi.

Una delle prime riviste che ha fornito un contributo all’evento è stata Chemistry & Engineering news, affermando che nonostante la Tavola Periodica campeggi in ogni aula di chimica del mondo e sia uno dei simboli più riconoscibili della scienza chimica, storici e filosofi della chimica stanno ancora dibattendo su quale sia la migliore interpretazione della Tavola e di conseguenza la sua miglior rappresentazione [1].

Ripercorriamo brevemente la genesi già presentata in un post pubblicato su questo blog [2].

Nel 1869 il chimico russo Dmitri I. Mendeleev (1834-1907) pubblicò una tabella in cui i 56 elementi fino allora conosciuti erano ordinati in base al peso atomico crescente in gruppi orizzontali e periodi verticali in modo che ad ogni periodo corrispondevano elementi con proprietà fisiche chimiche simili e in ogni gruppo queste proprietà variavano allo stesso modo in cui variano le valenze degli elementi stessi. La tabella fu chiamata Sistema Periodico dallo stesso Mendeleev ed è mostrata in figura 1, tratta dal lavoro originale dell’Autore [3a].

Figura 1.

Il lavoro, intitolato Sulla dipendenza tra le proprietà e i pesi atomici degli elementi, fu pubblicato in un’oscura rivista russa [3a] quindi ripubblicato in tedesco sullo Zeitschrift für Chemie [3b]. La genialità di Mendeleev sta non solo nell’aver lasciato caselle vuote dove non trovava elementi che dovevano appartenervi, ma nell’aver previsto i pesi atomici e le proprietà chimiche di questi, che furono poi effettivamente scoperti (ad es. il germanio fra il silicio e lo stagno, ecc.).

Nel 1871 Mendeleev pubblicò la sua tavola periodica in una nuova forma, con i gruppi di elementi simili disposti in colonne piuttosto che in righe, numerate da I a VIII in corrispondenza delle valenze minima e massima dell’elemento[1].

Lemonick [1] sostiene che Mendeleev apparentemente organizzò la sua tavola in base al peso atomico crescente, ma diede piuttosto alle proprietà chimiche un ruolo decisivo. Ad esempio, il tellurio è leggermente più pesante dello iodio ma Mendeleev mise il tellurio prima dello iodio perché ha la stessa valenza di ossigeno, zolfo e altri elementi di quel gruppo.

Al tempo di Mendeleev nulla si sapeva circa la struttura interna degli atomi, il modello atomico di Rutherford è del 1909-1911, il concetto di numero atomico si deve a Moseley (1911), sicché Mendeleev non poteva sapere che il tellurio ha un minor numero di protoni – e quindi ha numero atomico inferiore. Quindi gli elementi nella Tavola periodica sono ordinati in base al numero atomico crescente.

Gli anni successivi al 1871 videro la scoperta di molti nuovi elementi che in base alle previsioni di Mendeleev andarono a riempire le caselle vuote e la tavola si arricchì di una colonna, quella dei gas nobili (gruppo 0). Sta comunque di fatto che la scoperta della maggior parte dei nuovi elementi è stata fatta secondo manipolazioni chimiche sulle indicazioni fornite dalle loro previste proprietà.

Insieme ai protoni arrivò la scoperta degli elettroni e l’idea quantomeccanica degli orbitali atomici. Questi risultati hanno fornito un nuovo tipo di logica per il sistema periodico. Sebbene l’organizzazione del sistema di Mendeleev non fosse cambiata, gli scienziati ora potevano vedere che era la struttura elettronica a stabilire le proprietà degli elementi e a spiegare perché i membri dello stesso gruppo avessero proprietà simili. La regola di Madelung, o principio aufbau, che impone che gli elettroni riempiano prima l’orbitale 1s e poi i 2s e i 2p e così via, ha ulteriormente fatto luce su come si ordinano gli elementi [1].

Questo ci porta alle tavole odierne che non sembrano così diverse dalle versioni che il famoso chimico Glenn T. Seaborg (1912-1999)[2] disegnò negli anni ’40. Seaborg spostò gli elementi del blocco-f, chiamati anche la serie dei lantanidi e degli attinidi, fuori dalla tavola principale elencandoli nella parte inferiore della tavola con un richiamo a uno spazio lasciato vuoto o comprendente i simboli del primo e dell’ultimo elemento del gruppo nel corpo della tabella, fig. 2.

Questa decisione è generalmente considerata come una concessione alla convenienza e cioè che la Tavola si adatti a un foglio di carta standard [1].

Seaborg incluse 15 elementi nel suo blocco f. Ciò non ha molto senso dal punto di vista della configurazione elettronica, poiché gli orbitali f possono ospitare solo 14 elettroni.

Figura 2. Tavola Periodica di Seaborg (1940).

Ma molte tabelle, inclusa la tabella sul sito web dell’Unione internazionale di chimica pura e applicata (IUPAC), che ha l’ultima parola sulla terminologia chimica, condividono questa caratteristica (figura 3).

È un modo per evitare una delle domande più controverse sulla tavola periodica: quali elementi appartengono al gruppo 3? Nessuno contesta lo scandio e l’ittrio. Ma quali elementi vengono al di sotto di questi due? Lantanio e attinio? O lutezio e laurenzio

Figura 3. Tavola Periodica IUPAC- La questione del gruppo 3 viene evitata.

Attualmente non c’è uniformità nelle tabelle periodiche che si trovano in aule, laboratori e libri di testo. Alcuni evitano la questione del gruppo 3 e usano un blocco di 15 elementi. Altri mettono La e Ac nel gruppo 3, e altri ancora pongono Lu e Lr, con il resto del blocco f sottostante.

La IUPAC ha convocato un gruppo di lavoro con il compito di dare una raccomandazione definitiva in un modo o nell’altro.

Philip Ball, uno scrittore scientifico e membro del gruppo di lavoro, dice che il dibattito si riduce alla questione fondamentale se debba essere la “fisica” o la “chimica” a dirimerla. Detto in altre parole il gruppo sta discutendo se schierarsi con la fisica quantistica che determina le configurazioni elettroniche degli elementi o con le proprietà e il comportamento chimico degli elementi.

Dal lato del comportamento chimico c’è Guillermo Restrepo, un chimico matematico del Max Planck Institute for Mathematics in the Sciences. Restrepo ha una visione storica di come dovrebbe essere organizzata la tavola. Indica Mendeleev e i suoi contemporanei, che hanno proposto i loro sistemi periodici studiando le proprietà chimiche degli elementi, spesso attraverso il loro comportamento reattivo. “Al centro del sistema periodico, c’è la chimica“, afferma Restrepo.

Restrepo e colleghi hanno analizzato circa 4.700 composti binari contenenti 94 elementi per determinare come le reazioni chimiche informino il sistema periodico [4]. Le molecole potrebbero consistere di più di un atomo ma solo di due elementi. Applicando la teoria delle reti e l’analisi topologica, i ricercatori hanno creato una mappa che raggruppa elementi vicini che formano composti. Ad esempio, il cloro, il bromo e gli altri alogeni si accostano l’uno all’altro perché si legano tutti con gli stessi elementi. Restrepo afferma che questa mappa di somiglianze mostra che il lantanio è più simile allo scandio e all’ittrio rispetto al lutezio, quindi dovrebbe essere nel gruppo 3. Ma la stessa analisi non fornisce una risposta su Lr versus Ac. Restrepo dice che il problema è che non ci sono molti dati su come Lr e Ac si legano ad altri elementi. Mentre ci sono decine di migliaia di composti che si possono usare per studiare le somiglianze di Sc, Y, La e Lu, Ac fornisce solo circa 70 punti dati, e Lr, meno di 40.

Eric Scerri, storico della chimica e filosofo della scienza all’Università della California, a Los Angeles, presidente del gruppo di lavoro IUPAC, non è d’accordo. Ritiene che Sc, Y, Lu e Lr dovrebbero essere elementi del gruppo 3, ma pensa che focalizzare l’attenzione sulle proprietà chimiche o fisiche sia fuorviante. “Si dovrebbe invece utilizzare un qualcosa di fondamentale”, come ad esempio la configurazione elettronica. Non che la configurazione elettronica sia la scelta perfetta dice però Scerri. In termini di riempimento degli orbitali sono state fatte eccezioni per alcuni elementi nella tavola periodica, come il rame. Con la logica della tavola periodica, tutti gli elementi del blocco-d avrebbero dovuto riempire gli orbitali s. Ma il rame sfida questa logica. Dovrebbe avere la configurazione elettronica [Ar] 3d9 4s2. Invece, il suo orbitale atomico 4s rimane semivuoto, e un elettrone entra nel suo guscio 3d, portando alla configurazione [Ar] 3d10 4s1, che è più stabile. Scerri vede una logica ancora più semplice per interpretare la Tavola risolvendo nel contempo la questione del gruppo 3: il numero atomico.

Il mio suggerimento è semplicemente questo”, dice Scerri. “Rappresentare la tavola periodica nel formato a 32 colonne.

Secondo Scerri la rappresentazione a 32 colonne è la forma più naturale per la Tavola periodica, visto che quella a 18 colonne obbedisce solo a una questione di praticità.

Figura 4. Tavola periodica a 32 colonne.

Una tabella a 32 colonne (figura 4) utilizza i numeri atomici come fondamento logico, non solo risolve la questione del gruppo 3 ma Scerri aggiunge che 32 colonne sarebbero più corrette perché collocherebbero il blocco-f nella sua giusta posizione: all’interno della tavola anziché all’esterno per comodità. In una tabella a 32 colonne ordinata per numero atomico crescente, il lantanio (numero atomico 57) segue il bario (numero 56) per avviare il blocco f, con l’attinio sotto di esso. Ciò rende il lutezio il primo elemento nella terza riga del blocco-d, con sopra scandio e ittrio e il laurenzio sotto a formare il gruppo 3. La stretta aderenza al numero atomico soddisfa il desiderio di Scerri di un principio organizzativo fondamentale eludendo in modo chiaro riferimenti a proprietà chimiche o fisiche.

Riguardo all’ordine di riempimento degli orbitali va sottolineato che molti chimici ritengono che potrebbe non reggere più a lungo. Alcuni calcoli mostrano che la regola di Madelung non vale più a numeri atomici molto alti a causa degli effetti relativistici. Gli elettroni di atomi pesanti si muovono così velocemente che il loro comportamento – e le proprietà degli atomi cui appartengono – iniziano a cambiare.

Philip Ball, Guillermo Restrepo ed Eric Scerri, membri della Commissione IUPAC per la Tavola Periodica.

I fan degli effetti relativistici saranno felici di sapere che c’è anche una tabella per loro. Pekka Pyykkö, un chimico teorico dell’Università di Helsinki, ha calcolato le configurazioni di elettroni fino all’elemento 172 e ha proposto una diversa versione della tavola [5]. Pyykkö non si preoccupa della questione del gruppo 3. La sua tabella lascia un buco sotto ittrio e ha tre file di 15 elementi in un blocco-f posto sotto la tavola principale [1]. E non è così limitata dai numeri atomici. Ad esempio, l’elemento 164 è seguito dagli elementi 139, 140 e poi 169. Secondo i calcoli di Pyykkö, 139 e 140 sono i primi elementi con gli elettroni nell’orbitale 8p.

Infine, al di là delle disquisizioni, c’è una fantasia senza limiti: sono state e vengono proposte forme della tavola le più stravaganti. Alcune tabelle sembrano anelli o spirali. Alcune sono in 3-D. Come ho scritto nel precedente post [2] si può consultare l’Internet Database of Periodic Tables, il database più completo che raccoglie e aggiorna le centinaia di forme diverse di tavole periodiche da Mendeleev ai giorni nostri [6].

Bibliografia

[1] S. Lemonick, The periodic table is an icon. But chemists still can’t agree on how to arrange it., Chem. Eng. News, 2019, 97(1)

https://cen.acs.org/physical-chemistry/periodic-table/periodic-table-icon-chemists-still/97/i1

[2] https://ilblogdellasci.wordpress.com/2017/09/08/la-tavola-periodica-dimenticata-di-w-rodebush/

[3a]D.I. Mendeleev, On the Correlation Between the Properties of Elements and Their Atomic Weight (in russo), Zurnal Russkogo Kimicheskogo Obshchestva 1, no. 2-3 186935, 60-77; [3b] D.I.

Mendeleev, Über die Beziehungen der Eigenschaften zu den Atomgewichten der Elemente, Zeitschrift fur Chemie1869XII, 405-406a

[4] W. Leal, G. Restrepo, A. Bernal, A Network Study of Chemical Elements: From Binary Compounds to Chemical Trends., MATCH Commun. Math. Comput. Chem., 2012, 68, 417-442.

[5] P. Pyykko, A suggested periodic table up to Zr>172, based on Dirac–Fock calculations on atoms and ions., Phys. Chem. Chem. Phys., 2011, 13, 161–168.

[6] The INTERNET Database of Periodic Tables

http://www.meta-synthesis.com/webbook//35_pt/pt_database.php

[1] Questa è sostanzialmente analoga alla forma in cui si presenta la maggior parte delle tavole odierne.

[2] Glenn Seaborg (1912-1999) chimico statunitense. Nel 1940 sintetizzò il plutonio (n 94). Successivamente, con metodi radiochimici isolò nel 1944 l’americio (n 95) e il curio (n 96), nel 1949 il berkelio (n 97) e il californio (n 98), nel 1953 l’einsteinio (n 99) e i fermio (n 100). Premio Nobel per la chimica 1951 per i suoi studi sugli attinidi

Mendeleev – La Tavola Periodica degli Elementi

Margherita Venturi

Recensione.

Mendeleev – La Tavola Periodica degli Elementi

Giovanni Villani

Edizioni Grandangolo Scienza (Corriere delle Sera)

Il libro di cui vi parlo oggi “Mendeleev. La Tavola periodica degli elementi” di Giovanni Villani è uscito il 24 maggio 2017; fa parte della Collana Grandangolo Scienze ed era possible acquistarlo assieme al quotidiano Corriere della Sera. Avevo saputo della sua imminente pubblicazione dall’autore, ma devo dire che ho penato non poco ad averlo: in molte edicole non era disponibile e occorreva richiederlo espressamente; conclusione dei fatti è che ne sono venuta in possesso solo alla fine dell’estate. Quindi, ho il sospetto che sia sfuggito a molti e ciò è un vero peccato, dal momento che, a mio parere, è un volumetto che tutti dovrebbero avere nella biblioteca “di casa”.Si tratta di un’edizione tascabile e, pertanto, il libro è comodo da leggere ovunque, anche perché è scritto in maniera agile e con un linguaggio accessibile a chiunque; è la pubblicazione più “leggera” (l’autore non me ne voglia, è un complimento!) di Giovanni Villani, chimico ed epistemologo, ricercatore del CNR di Pisa e presidente della Divisione di Didattica della Società Chimica Italiana.

Nel libro l’autore ha cercato di inquadrare in un contesto storico/epistemologico la figura di Mendeleev e lo sviluppo della Tavola Periodica; proprio in questo sta la fruibilità del libro: anche chi sa poco o nulla di chimica ha sentito parlare di Mendeleev e della Tavola degli Elementi e qui può trovare argomenti di tipo storico, sociale e, ovviamente, scientifico che lo possono interessare, indipendentemente dalla sua estrazione culturale. Ma non mettiamo in carro davanti ai buoi e andiamo per ordine.

Il libro è diviso in tre parti fondamentali: il panorama storico (a cura di Giorgio Rivieccio), il focus scientifico e alcune letture di approfondimento. Benché si tratti di tre parti separate, sono tutte perfettamente consequenziali, compenetranti l’una nell’altra e indispensabili per capire la figura del chimico russo e l’importanza della sua opera scientifica.

Mendeleev è sicuramente uno degli scienziati più imponenti: imponente fisicamente, almeno così ci appare dalle immagini che lo riportano; un uomo grande, con una gran barba e un’espressione sempre molto seria e scrutatrice; imponente scientificamente, perché la sua figura ha dominato la scienza della fine dell’ottocento.

Nel libro, però, emergono anche altri aspetti di Mendeleev, quelli che riguardano l’uomo e che lo avvicinano “ai miseri mortali”: l’amore struggente per la giovanissima Anna Ivanova Popova, osteggiato da tutti, in particolare dalla moglie che non gli voleva concedere il divorzio, il suo difficile rapporto con le istituzioni, prima fra tutte l’Accademia delle Scienze di Pietroburgo di cui non riuscì mai a diventare membro effettivo, il suo atteggiamento critico nei confronti del sistema scolastico, della situazione sociale ed economica del paese, tanto da essere considerato un elemento poco desiderabile.

Il Mendeleev che ci appare è un uomo solo e, quindi, ci ispira un grande affetto, così come ci ispira un grande affetto anche lo scienziato, che cerca di scoprire l’armonia generale della natura avendo a disposizione ben pochi dati oggettivi e che è certo dell’esistenza di questa armonia, tanto da lasciare “buchi vuoti” nella tabella unificatrice che tentava faticosamente di costruire.

Ovviamente questa è la parte più “impegnativa” del libro, in cui si affrontano concetti epistemologici ed altri specificatamente chimici, ma, come ho detto all’inizio, l’autore riesce anche in questo caso ad essere chiaro e piacevole. È molto interessante il confronto fra le idee del chimico russo e quelle degli altri scienziati che si sono posti il problema di ordinare e organizzare gli elementi; da questo confronto appare evidente la superiorità di Mendeleev, l’unico che sia riuscito a tenere assieme l’individualità degli elementi e il loro stare in “gruppo”, ad individuare quello che specifica e quello che unisce; infatti come lui stesso dice: negli atomi vediamo, simultaneamente, le loro peculiarità individuali, la loro molteplicità infinita e la sottomissione della loro apparente libertà all’armonia generale della Natura.

La prima versione della Tavola Periodica

Ho apprezzato moltissimo anche la parte che riguarda l’evoluzione storica del concetto di elemento, dai quattro elementi di Empedocle e di Aristotele agli oltre cento attuali, passando dalla fisica classica alla fisica quantistica, dal Congresso di Karlsruhe del 1860 alla scoperta della radioattività naturale ed artificiale. A proposito del congresso di Karlsruhe, Mendeleev, che vi partecipò, scrisse al suo ritorno: il meeting ebbe un notevolissimo impatto sulla storia della nostra scienza. Ciò si dovette soprattutto all’intervento di Cannizzaro, che aprì la strada allo sviluppo della Tavola Periodica [1]. A tutto ciò fanno da coronamento sei pagine alla fine della sezione iniziale sul panorama storico che descrivono sinteticamente i fatti storici, le idee filosofiche, i movimenti letterari e artistici e le scoperte scientifiche e tecnologiche degli ultimi 50 anni dell’ottocento.

Ho detto prima che Mendeleev ci appare solo, sia come uomo, in costante conflitto con la società dell’epoca, che come scienziato, ripiegato su se stesso alla ricerca di quel filo conduttore fra gli elementi della cui esistenza era certo, ma che faticava a palesarsi. Questo però è il destino “crudele” di che è troppo avanti per i suoi tempi e quanto il nostro sia moderno e attuale è molto evidente nella parte delle letture di approfondimento, in particolare quella che riguarda la sua partecipazione alla Commissione sullo spiritismo. Presiedendo la commissione egli tenta in tutti i modi di far capire agli “spiritisti” che per credere ci vogliono prove concrete e scientifiche, senza però ottenere grandi risultati come si evince dalla sua conclusione sconsolata: quando uno vuole credere, non c’è prova scientifica che tenga; ancora oggi spesso e volentieri ci troviamo a dover combattere questo atteggiamento e, ancora oggi, il più delle volte, è fatica sprecata! Mi ha colpito molto anche quanto Mendeleev dice sempre agli spiritisti: rivolgete piuttosto la vostra attenzione a questioni di ben altra importanza, date il vostro appoggio alla causa di chi, oppresso, lotta e soffre, di chi insorge contro il proprio tiranno. Anche in questi combattimenti si è manifestato uno spirito, e quanto vigile e vigoroso! La sua attenzione per i problemi sociali e per la sofferenza dei più deboli è un’altra dimostrazione di quanto sia stato grande questo scienziato.

Le 166 pagine del libro si completano con un breve glossario, una bibliografia molto snella e una sezione sui luoghi di interesse. Mi è allora tornato alla mente il viaggio in Russia che ho fatto tanti anni fa e il rispetto reverenziale con cui ho visitato l’appartamento di Mendeleev; quasi senza fiato ho girato in quella stanza piena di scaffali traboccanti di libri, pensando che proprio lì era nata la Tavola Periodica, considerata da molti scienziati l’idea più grandiosa degli ultimi dieci secoli.

Sinistra: Monumento a Mendeleev a San Pietroburgo e la versione in cirillico della Tavola Periodica riprodotta sul muro accanto alla statua; destra: una foto dello studio di Mendeleev a San Pietroburgo

Ci sarebbe ancora tantissimo da dire su questo libro, ma mi fermo qui, volutamente, per stuzzicare la curiosità dei potenziali lettori.

Per concludere non posso però evitare di ricordare Primo Levi e il suo libro Il Sistema Periodico; Levi dice giustamente: il Sistema Periodico di Mendeleev, che proprio in quelle settimane imparavamo laboriosamente a dipanare, era una poesia, più alta e più solenne di tutte le poesie digerite in liceo: a pensarci bene aveva perfino le rime! In effetti si tratta proprio di una meravigliosa poesia che racchiude in sé, in maniera concisa e unitaria, buona parte della Chimica e nessun’altra disciplina scientifica può vantare una simile tavola iconografica. Si tratta, però di una poesia senza fine, a cui giorno dopo giorno si aggiungono nuovi versi (nuovi elementi) che andranno a creare nuove rime; questo è forse il motivo per cui la Tavola Periodica conserva ancora oggi quell’alone quasi mistico che ha accompagnato la sua nascita: nonostante sia ormai stato razionalizzato il motivo delle similitudine fra gli elementi, la magia di questo documento sta nel fatto che l’ordine palese degli elementi ci svela un ordine molto più profondo, quello intrinseco della Natura.

[1] Se qualcuno fosse interessato a saperne di più sul convegno di Karlsruhe consiglio l’articolo “When science went International” di Sara Evert pubblicato su Chemical & Engeneering News (2010, 88(36), 60), in occasione del 150° anniversario del congresso.

Chiediamo alla IUPAC di assegnare il nome Levio (Levium) ad uno dei 4 nuovi elementi.

a cura di Claudio Della Volpe

Pochi giorni fa Philip Ball, già editor di Nature, ha scritto un bel fondo (http://www.nature.com/polopoly_fs/1.19145!/menu/main/topColumns/topLeftColumn/pdf/529129a.pdf) sulla rivista in cui analizza la recente conferma della scoperta di 4 nuovi elementi chimici da parte di IUPAC, la Unione internazionale di Chimica Pura ed Applicata, un fatto di cui abbiamo parlato anche noi sul blog(http://wp.me/p2TDDv-27o).

Ball è famoso per le sue posizioni spesso originali ed acute; è un chimico con un PhD in fisica; è quindi competente di ciò di cui discute, che è poi il ruolo della Chimica oggi.

La scoperta dei nuovi 4 elementi e la risonanza che ha avuto sui media, dice Ball, potrebbero rafforzare l’idea che la scienza sia in fondo in fondo l’aggiornamento della lista delle nostre conoscenze; ma non è così.

mozione1

La tavola periodica è la parte più famosa, significativa e conosciuta della Chimica, quasi un simbolo della nostra disciplina e quindi essa deve essere non solo la lista degli elementi ma qualcosa di più.

Il grande pubblico guarda alla tavola periodica in un modo diverso da quello con cui ci guarda il chimico professionista; non è la chimica solo la lista degli elementi o la loro ricerca; la chimica è molto di più; la tavola è soprattutto un modo di guardare alla Natura, di dire che siamo in grado di guardarci dentro. Ma dopo tutto l’obiettivo della Chimica non è tanto quello di scoprire nuovi elementi (anche perchè ormai questa scoperta o sintesi è diventata appannaggio di pochissimi laboratori e sempre più gioca al confine fra Chimica nucleare e Fisica delle alte energie) ma di esplorare lo spazio chimico, il chemical space, (http://wp.me/p2TDDv-1Xo) che per il grande pubblico è ancora sconosciuto, ossia l’enorme quasi infinito set delle combinazioni fra gli atomi per costruire nuove molecole, nuovi materiali, una strada che abbamo percorso solo per piccolo tratto ma che ci ha regalato oltre 100 milioni di molecole diverse che abbiamo appena cominciato ad usare ed il cui uso (spesso disattento) ha già creato grandi opportunità e grandi problemi.

ChemicalSpace

E questo è il punto essenziale.

Dice Ball: il sistema periodico, che come in altri settori della scienza appassiona il pubblico per la sua natura di lista, semplice da accettare e concepire, maschera, come in altri settori, una molto più complessa ed articolata realtà della ricerca e della Natura; sia esso ancor più un simbolo di come la scienza non è uno strumento per pochi ma per tutti.

La tavola periodica è di tutti.

Ball conclude in modo inaspettato ma condivisibile:

PrimoLevi

Mi piacerebbe molto vedere un elemento chiamato Levio, dal nome del chimico e scrittore Primo Levi. Il suo “La tavola periodica” (Einaudi, 1975) rimane il miglior libro mai scritto sulla chimica, e soddisferebbe il mio senso dell’ironia vedere un elemento superpesante chiamato con un nome che può essere interpretato come un riferimento alla leggerezza.

In effetti non si tratta proprio di leggerezza. Il racconto di Levi sulla sua vita ad Auschwitz, “Se questo è un uomo”, scritto nel 1947 è uno dei più profondi ed umani testi del secolo, un testamento del fatto che la scienza può essere una forza di liberazione e salvezza universali, senza però disconoscere la sua possibilità di essere abusata in modi terribili. Levio signficherebbe che la tabella periodica è per tutta l’Umanità.

Abbiamo condiviso come redazione del blog immediatamente l’idea di Ball e lanciamo quindi usando queste sue frasi tradotte anche in altre lingue la proposta su uno dei principali contenitori internazonali di petizioni change.org.

Perchè anche in altre lingue? Perchè, come dice Ball, non è questione di scegliere nomi degli elementi per piantare una bandiera di uno scienziato, una città, una nazione o di un continente; qua si tratta di riconoscere che la Scienza è, deve essere, per tutti, altrimenti diventa strumento di oppressione, di morte e di violenza; Levi non è solo un bravissimo scrittore italiano, il più letto e conosciuto raccontatore del sistema periodico, ma è il simbolo con la sua vita dolorosa e con la sua morte di una umanità sofferente che intravede però nella scienza la sua possibile ancora di salvezza a patto di usarla per tutti.

Levium come nome di uno degli elementi superpesanti per significare da una parte la doppia natura di vita e di morte della scienza; dall’altra per indicare ironicamente la negazione, la rivolta contro una scienza per pochi, per un solo paese, per un solo continente, per il profitto di pochi; la scienza o è per tutti o non è strumento di liberazione ma di morte.

Scienza e democrazia, scienza e libertà, una accoppiata ineliminabile.

Levium significherebbe questo.

La redazione del blog (sotto elencata) vi chiede di aderire a questa richiesta che è rivolta a IUPAC, che è l’organismo internazionale che decide i nomi degli elementi; firmate con noi, auspicando che la SCI, che è membro istituzionale dello IUPAC, faccia poi propria questa richiesta !

https://www.change.org/p/international-union-of-pure-and-applied-chemistry-giving-name-levium-to-one-of-the-4-new-chemical-elements?recruiter=1564008&utm_source=share_for_starters&utm_medium=copyLink

Ringraziamo Karin Krieg, Sylvie Coyaud e Daniela Della Volpe per averci aiutato nella traduzione del testo.

La redazione del blog della SCI (in ordine alfabetico)

Vincenzo Balzani

Luigi Campanella

Claudio Della Volpe

Mauro Icardi

Annarosa Luzzatto

Giorgio Nebbia

Margherita Venturi