L'America, l'ossigeno e il merito della scoperta

Lavoisier fu sicuramente il primo al mondo a definire l'ossigeno così come oggi lo conosciamo. Ma non certo il primo ad individuare la sostanza aeriforme, che poi ha assunto quel nome. A chi spetta allora il merito della scoperta? Al primo che ha individuato la specifica sostanza o al primo che ne ha determinato le caratteristiche effettive?

img
Cristoforo Colombo ©Wikipedia
Salpato il 3 agosto 1492 dalla barra di Saltes, di fronte a Huelva (l'odierna Palos, in Spagna), il 12 ottobre 1492 Cristoforo Colombo (1541-1506) approdò a un'isola dell'arcipelago delle Bahamas, Guanahani, che chiamò San Salvador. In quel momento egli ritenne di aver finalmente raggiunto la costa orientale delle Indie. Tuttavia, nel corso della terza spedizione (1498), iniziò ad avere qualche dubbio. Era possibile, infatti, che le sue navi si fossero imbattute in una «terra grandissima della quale fino ad oggi non si è saputo nulla». Sarà Amerigo Vespucci (1454-1512) a stabilire con esattezza che quella terra non era il favoloso oriente raccontato da Marco Polo (1254-1324), ma un «altro mondo», come sottolineato da Niccolò Copernico (1473-1543) nel primo libro del De revolutionibus orbium coelestium (1543). Le esplorazioni del navigatore fiorentino (al servizio del Portogallo) dimostrarono che la costa sudamericana si estendeva per miglia e miglia senza soluzione di continuità (Vespucci scese fino alla latitudine di 50° sud). Si trattava dunque di un nuovo continente, ignorato dalla geografia tradizionale. Fu così che il geografo Martin Waldseemüller (1470-1520) propose, nel 1507, di battezzare da Amerigo il continente «America», anche se per molto tempo ci si riferì a quelle terre come al «Nuovo Mondo». Dunque chi ha scoperto l'America? Colombo o Vespucci?

Nel 1752 il medico scozzese Joseph Black (1728-1799) individuò una specifica sostanza gassosa, diversa dall’aria comune, che denominò «aria fissa», descrivendone le proprietà: non manteneva la combustione ed era nociva alla respirazione animale. Si trattava dell'anidride carbonica, la nostra (CO2), ma gli scienziati dell'epoca ancora non potevano saperlo, visto che la chimica moderna doveva ancora nascere. Nei decenni successivi vennero scoperte molteplici arie. Ciò determinò la nascita di un nuovo filone di ricerca, la chimica pneumatica. Intorno alla natura dell’aria fissa si aprì una accesa controversia nella quale si inserì anche un giovane chimico francese, Antoine-Laurent Lavoisier (1743-1794).

Ispirandosi ai principi filosofici dell'Illuminismo, Lavoisier rifiutò una visione qualitativa della struttura della materia, evitando di basare i suoi studi sull’esistenza di elementi o principi primi stabiliti a priori, prima di ogni esperienza di laboratorio, così come avveniva nell'ambito dell'aristotelismo (aria, acqua, terra, fuoco) o nel variegato universo dell'alchimia (zolfo, sale e mercurio). Analizzando i processi di combustione e di calcinazione (termine utilizzato per indicare l’operazione che sottopone una sostanza ad elevata temperatura per allontanarne tutte le sostanze volatili, oppure il processo applicato ai metalli per ottenere una calce, ovvero un ossido), si convinse che tali processi non potevano essere dovuti alla perdita di flogisto, la mitica sostanza imponderabile, la cui esistenza era stata teorizzata da Georg Ernst Stahl (1659-1734).

Piuttosto andavano attribuiti alla fissazione nei corpi di una specifica aria, sicuramente diversa da quella atmosferica. Nel 1772 Lavoisier dichiarò all’Académie des Sciences di Parigi di aver scoperto che lo zolfo, sottoposto a combustione, aumentava di peso e si convertiva in acido vitriolico (SO2), assorbendo una notevole quantità d’aria che si fissava in esso e che era all’origine del suo aumento ponderale. Anche il fosforo si comportava allo stesso modo. Inoltre, era probabile che lo stesso fenomeno fosse alla base dell’aumento di peso dei metalli sottoposti a calcinazione.

image
Antoine-Laurent de Lavoisier ©Wikipedia
Contrariamente a quanto aveva concluso Lavoisier, Louis-Bernard Guyton de Morveau (1737-1816), che pure aveva dimostrato in maniera inequivocabile, grazie ad accurate esperienze quantitative, che i metalli sottoposti a calcinazione aumentavano di peso, cercò di spiegare il fenomeno attribuendo al flogisto un peso negativo; una soluzione effettivamente stravagante: «il flogisto, essendo più leggero dell’aria, deve diminuire in questo mezzo il peso del corpo al quale si unisce; (...) questa diminuzione deve essere considerata come il prodotto dell’eccesso della sua leggerezza rispetto all’aria. (...) In tal modo, benché ogni addizione di materia aumenti il peso assoluto di un corpo, è possibile che il flogisto, aggiunto ai corpi, non aumenti il loro peso specifico, ma lo diminuisca in un mezzo aeriforme». L’artificiosa spiegazione di Guyton de Morveau non poteva certo soddisfare Lavoisier. Consapevole che la questione dell’aria fissa fosse destinata a produrre degli effetti rivoluzionari sugli sviluppi della chimica, il 20 febbraio del 1773 Lavoisier annotò sul proprio registro di laboratorio un piano di indagini sperimentali, i cui risultati videro la luce negli Opuscules physiques et chimiques, che apparvero a Parigi nel dicembre 1773, pur recando la data gennaio 1774.

Lavoisier, tuttavia, non aveva ancora compreso la differenza tra l’aria che si fissava, ad esempio, nei carbonati e quella che aveva a che fare con l’aumento di peso delle calci metalliche. Ma la soluzione al problema non sarebbe tardata ad arrivare. Nell'agosto del 1774 Joseph Priestley (1733-1804), scaldando l’ossido rosso di mercurio sotto una campana rovesciata, raccolse un nuovo gas che aveva la capacità di mantenere in maniera vivace la combustione. Si trattava dell’ossigeno, classificato come «aria deflogisticata», cioè del tutto priva di flogisto.

Nel frattempo, la stessa aria venne isolata, in maniera del tutto indipendente, da Carl Wilhelm Scheele (1742-1786), che la chiamò «Feuer Luft» (aria di fuoco).

Lavoisier comprese che le caratteristiche dell’aria deflogisticata consentivano di risolvere tutta la questione. Nella primavera del 1775 stabilì la differenza esistente tra le varie arie fino ad allora scoperte (fissa, infiammabile, flogisticata, deflogisticata, ecc.).

Il 26 aprile lesse all’Académie des Sciences una celebre memoria nella quale definì l’agente responsabile dell’aumento di peso delle calci metalliche, ovvero degli ossidi: «il principio che si unisce ai metalli durante la loro calcinazione, che ne aumenta il peso e che li costituisce nello stato di calce, non è altro che la parte più salubre e più pura dell’aria. Infatti, se l’aria, dopo essere stata in una combinazione metallica, ritorna libera è in uno stato eminentemente respirabile ed è più adatta dell’aria atmosferica a mantenere l’infiammabilità e la combustione dei corpi».

Nel Mémoire sur la combustion des chandelles dans l’air atmosphérique et dans l’air éminemment respirable (1777), offrì quindi una chiara descrizione della composizione dell'aria atmosferica, stabilendo che essa era un miscuglio di gas, composto principalmente da ossigeno e azoto, termini coniati dallo stesso Lavoisier, la cui nuova nomenclatura è alla base di tutta la chimica moderna.

Dunque Lavoisier fu sicuramente il primo al mondo a definire l’ossigeno così come oggi lo conosciamo. Ma non certo il primo ad individuare la sostanza aeriforme, che poi ha assunto quel nome. A chi spetta allora il merito della scoperta? Al primo che ha individuato la specifica sostanza o al primo che ne ha determinato le caratteristiche effettive? Facendo un paragone con le vicende relative a Colombo abbiamo a disposizione due alternative: se Colombo ha scoperto l’America, allora Priestley e/o Scheele hanno scoperto l’ossigeno; se invece riteniamo che sia stato Lavoisier a scoprire l’ossigeno, allora dobbiamo dire fu Vespucci a scoprire l’America, e non Cristoforo Colombo.

Riferimenti bibliografici

  • M. Ciardi. 2003. Breve storia delle teorie della materia, Roma: Carocci.
  • M. Ciardi. 2013. Terra. Storia di un'idea, Roma-Bari: Laterza.
  • C. Colombo. 1992. I diari di bordo, a cura di M. L. Fagioli, Pordenone: Edizione Studio Tesi.
  • A.-L. Lavoisier. 2005. Opuscoli di fisica e di chimica, a cura di M. Ciardi e M. Taddia, Bologna: Bononia University Press.
  • P. Rossi. 1991. Il passato, la memoria, l’oblio, Bologna: Il Mulino.