Menu
flogista

IL FLOGISTO: LIQUIDO DIMAGRANTE PER METALLI

COME DA UNA TEORIA SBAGLIATA È NATA UNA SCIENZA

di Federico Atzori (keyword: flogisto)

Georg Ernst Stahl nel 1697 presentò al mondo la Teoria del Flogisto, un elemento tra chimica e magia che segnò il passaggio dall’alchimia alla chimica come scienza.

LA TEORIA DEL FLOGISTO

Facciamo un salto nel passato.

Tra il IV e il V secolo a.C. Platone, ipotizzò che gli oggetti bruciassero perché al loro interno contenevano un principio infiammabile, una sostanza che li facesse bruciare. Poco dopo, Aristotele, suo allievo, ipotizzò invece che tutto era formato da un sistema a quattro elementi: il fuoco, l’aria, la terra e l’acqua. Una sostanza come il legno era costituita da una combinazione dei quattro elementi. Quando bruciava l’elemento fuoco veniva eliminato attraverso la fiamma, qualsiasi vapore prodotto era aria, qualsiasi goccia di umidità era acqua e la cenere che rimaneva era terra. Fino al medioevo fu l’idea di Aristotele ad essere quella presa in considerazione.

Durante il Rinascimento l’idea di Platone tornò alla ribalta. Nacque dunque l’idea che questo elemento fosse lo zolfo (oggi 16S), già conosciuto nell’antichità. Fu ipotizzato che la legna bruciasse perché conteneva zolfo, emanava fiamme perché conteneva mercurio e lasciava ceneri perché conteneva sale.

L’idea di base su cui si fondavano queste teorie era cercare di spiegare la materia con il minor numero di elementi possibile.

A questo punto arrivò la “Teoria del Flogisto”. Elaborata inizialmente da Becher ma sviluppata e formulata dal Stahl nel 1697, questa teoria cercava di spiegare i processi di ossidazione e combustione.

Per farlo, lo scienziato introdusse al mondo e alla comunità scientifica il concetto flogisto. Il termine flogisto deriva dal greco e significa “fiamma” / “infiammabile”.

Gli scienziati del tempo osservarono che un metallo sottoposto all’azione del fuoco (ad alte temperature) si trasformava in calce (oggi chiamato processo di calcinazione).

Si resero conto che la calce, più il carbone, contenuti in forni chiusi con pochissima aria, in presenza di fuoco si trasformava di nuovo in metallo (oggi chiamato processo di riduzione).

Notarono anche che il legno in presenza di fuoco produceva cenere (oggi chiamato processo di combustione).

Iniziarono (giustamente) a domandarsi perché avvenissero queste “reazioni” ma invece di cercare di riprodurre l’effetto in laboratorio per sperimentare e approfondire si basarono solo sul ragionamento induttivo per spiegare queste trasformazioni della materia. Così facendo caddero in errore e interpretarono queste reazioni come aventi gli stessi meccanismi. L’assenza di metodo scientifico li portò inoltre a non considerare l’aria come elemento ma solo come vettore.

I due “alchimisti” quindi suggerirono che lo zolfo, fino a quel momento considerato fondamentale, fosse in realtà costituito da una combinazione di acido solforico (oggi H2SO4) più una nuova sostanza: il flogisto.

Ma cos’era il flogisto?

Secondo Stahl all’interno dei corpi ossidabili (o combustibili, ricordiamo che la combustione è un processo di ossidazione incontrollata che porta tutte le sostanze organiche a CO2) era presente un liquido magico chiamato appunto “flogisto”. Quando da un minerale si estraeva un metallo mettendolo in un forno, il flogisto del carbone che bruciava nei forni si trasferiva all’interno del metallo.

Stahl suggerì che il flogisto venisse rilasciato da tutte le sostanze quando bruciavano. Quindi, mentre il legno bruciava, rilasciava flogisto nell’aria, producendo la cenere. Gli elementi che bruciavano bene (come ad esempio lo zolfo) erano caratterizzati da grandi quantità di flogisto. Spiegarono le reazioni in questo modo:

Metallo → Calce + Flogisto

Calce + Flogisto → Metallo

Materia combustibile (legno) → Cenere + Flogisto

Questa teoria divenne rapidamente (e pericolosamente) riconosciuta come valida tanto che anche altre trasformazioni chimiche vennero spiegate alla luce della teoria: come l’ossidazione. Si sostenne che mentre il metallo arrugginiva, rilasciasse flogisto nell’aria, quindi un metallo era una combinazione di ruggine e flogisto.

Si presentarono però diversi problemi. Per esempio, alcuni esperimenti dimostrarono che se un pezzo di legno veniva bruciato in uno spazio ristretto (come una campana di vetro) dopo poco tempo la combustione si fermava. Ma per i sostenitori del flogisto questo aveva una motivazione, infatti dato che l’aria poteva contenere solo una certa quantità di flogisto, una volta saturata, la combustione si interrompeva.

In realtà nell’enunciazione della sua teoria, Stahl presentava il flogisto come un vago elemento, furono i suoi seguaci a cercare di spiegare qualsiasi fenomeno alla luce del nuovo elemento.

L’ELEMENTO CHE SCAPPAVA

Questa teoria iniziò a barcollare quando i suoi seguaci cercarono di approfondire lo studio di questo elemento e assegnare proprietà fisiche all’elemento.

Iniziarono a fare alcuni esperimenti e ipotizzarono allora che la cenere che il legno lasciava dopo la combustione fosse più leggera dell’elemento iniziale (legno) perché il flogisto era scappato. Quando un metallo come il ferro arrugginiva produceva appunto la ruggine che appariva più leggera e quindi ancora una volta il peso mancante era il flogisto scappato via.

Tutte queste supposizioni furono una rivoluzione per l’alchimia perché spiegavano tante reazioni chimiche fino ad allora incomprese. Poi arrivò il metodo scientifico. Alcuni scienziati iniziarono a notare per esempio che la ruggine prodotta dai metalli appariva solo più leggera, ma in realtà pesava di più.

Cosa fare ora? La soluzione dei flogisti non tardò ad arrivare. Louis-Bernard Guyton de Morveau sostenne che il flogisto non aveva tra le sue caratteristiche il peso ma piuttosto una “leggerezza”. Dunque, perdendo “flogisto”, il materiale aumentava di peso perché perdeva leggerezza. Era un materiale dal peso negativo capace dunque di togliere peso. Incredibile, no?

Nel 1750 il chimico J. Black scoprì l’anidride carbonica (CO2) e dato che l’anidride carbonica esposta a basse temperature solidifica, la chiamò “aria fissa”. Nel 1766, H. Cavendish durante uno dei suoi esperimenti si rese conto che mescolando acido cloridrico (HCl) e metalli si generava “un’aria infiammabile”. Cavendish pensò di aver finalmente trovato la prova sperimentale della teoria del flogisto: l’aria infiammabile era il flogisto. In realtà aveva scoperto l’idrogeno (1H), successivamente all’eroe di questa storia, l’elemento fu correttamente riconosciuto e nominato.

Il sistema del flogisto iniziò comunque a barcollare. Quando nel 1774, Priestley (un chimico inglese sostenitore del flogisto) si rese conto che la teoria era contradditoria grazie ai suoi esperimenti con i gas. Durante uno dei suoi esperimenti, facendo salire la temperatura dell’ossido di mercurio (HgO) utilizzando un contenitore rovesciato, fu capace di raccogliere un nuovo gas che poteva mantenere la combustione a lungo. Lo classificò come “aria deflogisticata”, cioè senza flogisto. Il chimico C. W. Scheele la chiamò «Feuer Luft» (aria di fuoco). Anche qui fu il nostro eroe a trovare la soluzione.

LA CONFUTAZIONE

L’eroe della nostra storia si chiama Antoine-Laurent de Lavoisier il quale confutò definitivamente la teoria del Flogisto grazie all’applicazione del metodo scientifico.

Il signor Lavoisier nei primi anni ’70 del 700 svolgeva esperimenti simili a quelli di Priestley ma non credeva all’esistenza del flogisto. Suggerì una spiegazione più semplice dei processi di ossidazione e della combustione: il nuovo gas di Priestley (di cui esisteva prova empirica).

Nel 1772 Lavoisier annunciò una scoperta sensazionale: lo zolfo sottoposto a combustione, aumentava di peso e si convertiva in acido vitriolico o anidride solforosa (SO2) perché assorbiva l’aria che si fissava in esso. Ma queste teorie e scoperte vennero ovviamente rigettate dai sostenitori del flogisto.

Nel 1774 Lavoisier con un esperimento passato alla storia come “esperimento dei 12 giorni” dimostrò che “l’aria deflogisticata” di Priestley era ossigeno (O2).

Il 26 aprile 1775 riuscì a definire gli ossidi, responsabili dell’aumento del peso delle calci metalliche. Spiegò che le calci si combinavano con l’ossigeno durante il processo di combustione e questo generava l’aumento del peso.

Il vantaggio di queste teorie rispetto al flogisto era il fatto che potevano spiegare anche l’aumento di peso della ruggine (ossido di ferro) rispetto al materiale di partenza. Dimostrò che l’aria (ossigeno) non era solo il luogo dove avveniva la trasformazione ma ne faceva parte.

Furono finalmente scoperte le giuste formule di reazione:

Metallo + Ossigeno + calore → Calce

Calce + calore → Metallo + Ossigeno

Calce + carbone + calore (in forni chiusi) → Metallo + Anidride Carbonica

 

Questo fu possibile grazie all’invenzione da parte dello scienziato di tre bilance estremamente precise per il suo tempo.

È doveroso chiarire che, attualmente, con il termine calci metalliche ci riferiamo agli ossidi dei metalli alcalini come sodio (Na), calcio (Ca) e litio (Li).

Con il termine generale di calce (Ca(OH)2), invece, ci riferiamo ad una serie di materiali, utili per la produzione della malta, ottenuti attraverso la cottura ad altissima temperatura (calcinazione) di minerali ricchi di carbonato di calcio (CaCO3) come marmo e calcare.

Oggi conosciamo anche le esatte reazioni per l’ottenimento della calce, che sono riportate qui sotto.

CaCO+ calore (1200°C) → CaO (calce viva) + CO

CaO + H2O → Ca(OH)(calce spenta)

Priestley, passò a studiare ciò che lui chiamava “la flogisticazione dell’aria”, oggi noto come saturazione e scoprendo che un ambiente chiuso e affollato è insalubre (cioè dannoso per l’uomo). Incuriosito da ciò Lavoisier iniziò a lavorare su questo argomento e arrivò ad una conclusione: l’ossigeno era l’elemento che generava la terra rossiccia dal ferro (ruggine).

Arrivò anche ad un’altra incredibile intuizione: l’ossigeno che entra nel corpo si combina con il sangue e gli conferisce il colore rosso. Intuì che durante la respirazione dovesse accadere qualcosa di simile a ciò che accadeva durante la combustione (ossidazione) e che durante la respirazione non si liberasse il flogisto.

Il ruolo centrale dell’ossigeno era stato finalmente riconosciuto.

Tutte queste scoperte, grazie agli esperimenti di Lavoisier, portarono alla prima definizione dei 3 stati della materia: solido, liquido e aeriforme.

Anche se il nostro eroe cadde in errore quando affermò (1779) che l’ossigeno era presente in tutti gli acidi (l’acido cloridrico – HCl – è un esempio di acido senza ossigeno) questo gli permise di confermare comunque il ruolo centrale dell’ossigeno, spiegando in modo scientifico molti più eventi del flogisto.

Nel 1783 fu scoperto che l’acqua (H2O) non era un elemento semplice (come sostenuto dai naturalisti e seguaci di Aristotele), ma un composto di più sostanze. Peccato che chi lo scoprì, Cavendish, definì l’acqua come una combinazione di aria deflogisticata e flogisto.

Dunque:

Aria deflogisticata + Aria infiammabile (o flogisto) → Acqua

Lavoisier creò una serie di macchinari per decomporre l’acqua e decise di ripetere gli esperimenti di Cavendish. Nel 1786 definì l’acqua come un composto formato da ossigeno e idrogeno (HO, mentre oggi sappiamo che l’idrogeno nel composto acqua ha due molecole: H2O).

Grazie a questi esperimenti il nostro eroe aveva finalmente fatto prevalere il metodo scientifico sul ragionamento induttivo.

Da questo momento l’esame quantitativo dei pesi e dei volumi dei corpi sostituiva qualsiasi altra tecnica meta-scientifica di analisi.

Il 17 gennaio 1789 Lavoisier pubblicò i due volumi del “Traité élémentaire de chimie”, un’opera destinata ad aprire una nuova epoca nella chimica, rivoluzionando tutto ciò che nel passato sembrava essere costituito su solide fondamenta teoriche. Venne finalmente abbandonata l’idea di ridurre la complessità della materia a un numero limitato di elementi semplici.

Nello stesso anno Priestley, che ancora sosteneva il flogisto, pubblicò il suo ultimo libro ma non venne preso in considerazione. Il flogisto era ormai scomparso.

Lavoisier, che lavorava come esattore delle tasse, l’8 maggio 1794, in piena rivoluzione francese ed all’età di 50 anni, fu ghigliottinato a Parigi. Su di lui Lagrange scriverà:

Ci sono voluti solo un istante per tagliare questa testa, e cento anni potrebbero non bastare a riprodurre il suo simile.

LA CHIMICA: LA MAGIA DIVENTATA SCIENZA

La Chimica venne inserita tra le Scienze a partire dal XVII secolo cioè da quando venne applicato il metodo scientifico per spiegare le caratteristiche e le trasformazioni della materia. Non esiste una data esatta di questo passaggio, poiché un processo lungo e complesso. Ciò di cui siamo sicuri è quale fu la miccia che innescò questo processo: una teoria sbagliata.

Ciò che era la chimica prima di questo processo viene oggi definito “proto-scienza”. Pierre Macquer scriveva:

Le differenti parti della chimica esistevano ma la chimica non esisteva ancora.

(1766, Dictionnaire de chymie)

Basti pensare che la Tavola periodica degli elementi, che tutti noi conosciamo, risale al 1869 con gli elementi che venivano rappresentati attraverso dei simboli, come il mercurio (80Hg) che vedete qui di fianco.

La chimica nel corso dei secoli della sua storia è stata costellata di teorie sbagliate, in parte per la mancanza di un’adeguata e abbastanza avanzata strumentazione che permettesse di studiare la materia. La fine della teoria del flogisto segnò l’inizio della prima rivoluzione della chimica e l’introduzione di primi avanzati strumenti di lavoro.

BIBLIOGRAFIA
  • (Wikipedia, 2018) Antoine Lavoisier [Consultato il 18 agosto 2018]
  • (Guerlac, 1973) Guerlac, Henry, Antoine-Laurent Lavoisier – Chemist and Revolutionary (Macquer, 1766) Dictionnaire de chymie [Consultato il 19 agosto 2018]
  • (Chang, 2015) Chang, Raymond, Fondamenti di chimica generale, McGraw-Hill Education, 2015
  • (Wikipedia, 2018) Georg Ernst Stahl [Consultato il 18 agosto 2018]
  • (Wikipedia, 2018) Il chimico scettico [Consultato il 18 agosto 2018]
  • (UNICAM, 2018) Idrogeno [Consultato il 18 agosto 2018]
  • (Treccani, 2018) Il metodo scientifico [Consultato il 18 agosto 2018]
  • (Wikipedia, 2018) Phlogiston theory [Consultato il 18 agosto 2018]
  • (Wikipedia, 2018) Storia della chimica [Consultato il 18 agosto 2018]

 

 

A cura di Federico Atzori. Revisionato da Luca Malinverno.

 

 

Licenza Creative Commons
Quest’opera di Biochronicles A.P.S. è distribuita con Licenza Creative Commons Attribuzione – Condividi allo stesso modo 4.0 Internazionale.


About the Author : Biochronicles

Associazione di Promozione Sociale per la divulgazione scientifica.

0 Comment

Leave a Comment

Your email address will not be published.

Related post

  TOP