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Sistemi in Chimica PDF Stampa E-mail
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Scritto da Giovanni Villani   
Venerdì 22 Gennaio 2010 18:35

In chimica il concetto di sistema coinvolge i suoi concetti fondanti di composto chimico, nel piano macroscopico e di molecola, nel piano microscopico. A differenza, quindi, della fisica, ambedue questi tipi di sistemi chimici svolgono un ruolo fondamentale in questa disciplina, configurando la chimica come la prima vera scienza sistemica. Da un punto di vista culturale e filosofico, la peculiarità del mondo chimico è quella di essere un mondo ricco qualitativamente: i suoi molteplici enti (molecole e composti) sono tutti diversi gli uni dagli altri al punto da meritare un nome individuale. È questa sua caratteristica che rende la chimica atta a spiegare tanto il complesso mondo macroscopico inanimato, fatto d’oggetti diversi sotto tanti punti di vista qualitativi, quanto, l’ancora più complesso, mondo vivente.


Anche dal punto di vista strettamente scientifico, le molecole e i composti chimici presentano delle peculiarità: sono il gradino precedente la biforcazione tra il mondo inanimato e quello animato. Rispetto al mondo vivente, le molecole ed i composti sono i livelli di studio immediatamente precedente e sono, quindi, fondamentali nel suo studio, come la biochimica sta ad evidenziare. Inoltre, essi sono anche i livelli immediatamente precedenti degli oggetti inanimati macroscopici che ci circondano e, anche per essi, il mondo molecolare e quello dei composti chimici diventano il referente di spiegazione.

Da un punto di vista storico, è nel Traité élémentaire de chemie del 1789 che la trasformazione del concetto di elemento giunge a compimento. Vale la pena evidenziare il passo di Lavoisier più chiaro a tale proposito perché, a nostro avviso, questo è uno dei momenti cruciali, non solo per la chimica, ma per l'intera costruzione concettuale della scienza. Lavoisier dice che «se con il termine elementi vogliamo indicare gli atomi semplici e indivisibili di cui è costituita la materia, allora è molto probabile che non sappiamo praticamente nulla di essi; ma se usiamo il termine elementi, o principi dei corpi, per esprimere la nostra idea del limite cui possiamo arrivare con la nostra analisi, allora dobbiamo includere fra gli elementi tutte le sostanze in cui siamo capaci di scomporre, con qualsiasi mezzo, i corpi» . Poi Lavoisier continua dicendo che non possiamo certo assicurare che tali sostanze non siano a loro volta costituite da due o più elementi; ma poiché questi elementi sono inseparabili (o meglio non abbiamo i mezzi per separarli) essi si comportano ai nostri occhi come sostanze semplici, e non dobbiamo pensarle come composte finché l’esperienza e l’osservazione non ce ne forniscano la prova.

Un punto essenziale nella genesi del concetto di composto chimico, come è ora concepito, è stato quello di superare la visione che tali sostanze fossero strettamente legate alla “metodologia” di ottenimento e che, quindi, fossero di numero infinito. A prima vista, può sembrare strano che per il concetto moderno di elemento si è dovuto procedere verso una pluralità (dai quattro elementi di Aristotele ai trentatré di Lavoisier) e per quello di composto ridurre la sua pluralità (da infiniti a moltissimi). In realtà, la logica riduzionista che porta a pochi elementi presuppone che i composti siano infiniti, perché mescolanza senza creazione di nuovo.

All’inizio dell’Ottocento si opposero due visioni dei composti chimici: quella di Claude Louis Berthollet e quella di Joseph Louis Proust. Per Berthollet il numero dei composti chimici era infinito ed in particolare dalla mescolanza di due reagenti si otteneva una serie infinita di prodotti la cui proporzione nei reagenti era sempre compresa tra due valori limite, un minimo ed un massimo. L’esistenza di due punti limite in un composto di due elementi, e quindi l’impossibilità di infiniti altri composti accanto agli infiniti possibili, emancipava parzialmente i composti chimici dalle circostanze di reazione perché vi erano dei composti non ottenibili, in qualunque circostanza di reazione. Dall’altra parte, a seguito di ricerche sperimentali, Proust enunciò la sua legge delle proporzioni definite secondo la quale ogni composto chimico era costituito da una proporzione fissa e costante dei componenti, indipendentemente dalle condizioni sperimentali nelle quali esso era formato. Le ricerche di Proust ebbero un discreto successo e la legge delle proporzioni definite prevalse sull’ipotesi continuista di Berthollet.

La magnificenza e l’illimitatezza delle produzioni naturali dei corpi composti trovarono, quindi, un limite nelle stesse leggi di natura. L’enfasi eccessiva che la chimica settecentesca metteva sul carattere decisivo delle “circostanze” nelle quali avvenivano le varie combinazioni chimiche rischiava di far perdere a questa scienza il suo carattere universale. Infatti, se erano le circostanze a decidere dei rapporti quantitativi mediante i quali avveniva la produzione dei composti, allora ognuno di questi doveva essere considerato un prodotto particolare ed eccezionale di un insieme di condizioni sperimentali, anche irripetibili. La natura, invece, non solo era sempre analoga a se stessa, anche nelle condizioni artificiali del laboratorio, ma essa era rigidamente discontinua, poiché agiva sempre secondo le stesse leggi ponderali universali “discrete”.

L’ottica chimica che risulta dall’esame dei suoi fondamentali concetti di molecola e composto si inquadra perfettamente nella sistemica. Un sistema è costituito di parti, ma esse non sono reperibili al suo interno uguali a quelle isolate. Tanto il composto chimico, le cui parti sono gli elementi, quanto la molecola, le cui parti sonno gli atomi, sono dei sistemi, sono ciò delle nuove entità le cui proprietà sono diverse da quelle medie dei costituenti. I sistemi chimici sono diversi tra loro e, ancor più dei sistemi fisici, questa loro diversità e individualità è evidenziata dalla chimica. I nomi propri sono la controprova di questa situazione.

Il mondo trattato dalla chimica, lo abbiamo visto, è un mondo plurale e ancora in piena esplosione. Per essere padroneggiato esso ha bisogno di essere rappresentato. Con questo termine s’intende racchiudere più di un aspetto. Quello di imporre un nome alle sostanze, evitando i nomi arbitrari. Blu di Prussia o reattivo di Grignard, sono esempi di nomi convenzionali, vecchi e nuovi, d’etichette che identificano una sostanza chimica, ma che non hanno alcun rapporto né con la sua struttura molecolare né con le proprietà macroscopiche della sostanza. Vi è poi il problema della quantità. Se le sostanze chimiche da identificare fossero state dieci o cento, i nomi arbitrari sarebbero stati ancora possibili. Quando, invece, le sostanze da etichettare diventano milioni, allora i nomi arbitrari perdono la loro utilità ed occorre un sistema sicuro, collaudato, per imporre un nome alle nuove sostanze che sono prodotte o per risalire e identificarne le proprietà di quelle vecchie ed etichettate. Accanto a questo problema, e da supporto alla rappresentazione per nomi, si pone il problema della rappresentazione grafica. Non stiamo qui parlando del disegno “realistico” delle molecole, ma di schematizzare le formule molecolari per fornire informazioni aggiuntive alla semplice composizione, qualitativa e quantitativa, nei costituenti. Queste rappresentazioni devono soddisfare a due criteri opposti. Da un lato devono essere semplici, schematiche, non possono ciò essere delle autentiche “foto molecolari”. Dall’altro, se queste rappresentazioni grafiche vogliono avere una funzione, devono “trasportare” informazioni, quanto più è possibile, suggerire analogie, avere insomma una funzione di rappresentazione, ma anche di spiegazione chimica.

Come codificare l’immenso sapere accumulato? Nella nomenclatura chimica odierna, non occorre più denominare integralmente, ma simbolizzare e scoprire un sistema di abbreviazioni. Non vi è nulla che non sia previsto e un vero nugolo di affissi circondano, per così dire, le grosse molecole, aderendo così bene ad esse da riflettere la loro essenza e la loro organizzazione. I sostantivi non si confondono con le volgari e comode etichette, incollate per designare, ma al contrario mettono in luce l’intimo della sostanza. Eppure non è tutto così semplice. I neologismi, intanto, perdono qualsiasi riferimento con la realtà sensibile, le qualità e le apparenze. Le parole dotte, sorta di polinomi algebrici, non ci riguardano più. Ormai sradicati, sono rivolti solo alla comprensione delle strutture.

Alla fine nella chimica odierna dobbiamo contare quattro linguaggi:

  1. Lo storico residuale che conserva ancora dei vocaboli non razionali, dalle pittoresche etimologie, come formico (dalle formiche), lattosio (dal latte), oleico (dall’olio), ecc.
  2. La nomenclatura organizzata, celebrazione del progetto lavoisieriano, della quale abbiamo parlato.
  3. La lingua scritta. La prima scrittura, quella che utilizzava per trascrivere solo le lettere, offriva pochi vantaggi e quindi, nella prima metà del XIX secolo fu affiancata da una vera e propria stenografia. Come detto, fu Berzelius a raccomandarne l’uso esaltandone e fissandone le regole di impiego.
  4. Il grafico o la formula sviluppata, con la riserva che con questa non si può costituire un indice che renda gestibile la reperibilità dell’informazione. Non è possibile creare un catalogo di figure in maniera univoca e semplice.

Il problema della nomenclatura, come si è posto e si pone in chimica, non è un problema esclusivamente formale, un problema di etichette e di nomi. Esso è un problema di sostanza, intesa nello doppio senso di sostanza chimica e sostanza, come sinonimo di fondamentale. Ancora una volta la specificità della chimica, la pretesa di trattare, di capire, di catalogare, di relazionare milioni di enti rappresenta la fonte della sua ricchezza e delle sue difficoltà. Tutti gli idiomi si sono rivelati incapaci di includere la ricchezza straordinaria che la chimica ha scoperto all’interno delle molecole. La simbolica, che si sostituisce immediatamente alla lessicografia, continua a diversificarsi e a complicarsi, come se fosse sempre più temerario imprigionare l’universo o fotografarlo, condensarlo in pochi tratti. È stato necessario ammettere il regresso del realismo e la chimica attuale ci appare tesa verso la pittura astratta, sempre più idealizzante.

Tali argomenti sono stati sviluppati nelle parti generali del mio libro Complesso e Organizzato. Sistemi strutturati in fisica, chimica, biologia ed oltre, (Franco Angeli, Milano, 2008). Si riporta qualche breve pezzo significativo.

 

 

 

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Ultimo aggiornamento Venerdì 22 Gennaio 2010 19:02