La chimica organica

Il contributo è tratto da Storia della civiltà europea a cura di Umberto Eco, edizione in 75 ebook

Lo sviluppo delle analisi sulle sostanze organiche nell’Ottocento costituisce una novità senza precedenti nell’ambito della ricerca chimica. La costante scoperta di nuovi composti e la formulazione di raffinate teorie interpretative aprono questioni non facilmente conciliabili con gli studi di chimica inorganica. L’evoluzione della chimica organica rappresenta una tappa fondamentale anche in numerosi settori industriali.

Il boom della chimica organica

All’inizio dell’Ottocento le attenzioni dei chimici sono quasi esclusivamente concentrate sullo studio dei composti inorganici, sulla loro determinazione e organizzazione, mentre nel settore organico si procede all’isolamento di nuovi composti. Nel 1806 Berzelius propone l’espressione chimica organica per designare lo studio di tutte le sostanze prodotte da organismi vegetali e animali.

Di grande valore sono le ricerche di Michel-Eugène Chevreul, dedicate all’analisi dei grassi. Chevreul riconosce infatti che i grassi sono miscugli di alcuni composti definiti, come la stearina, la margarina e la oleina, di cui isola gli acidi; la scoperta dell’acido stearico sarà di importanza fondamentale per lo sviluppo dell’industria delle candele.

Contemporaneamente l’individuazione di numerose altre sostanze rappresenta un importante contributo alla base dell’incremento e del miglioramento della produzione nel settore tessile, farmaceutico e dei coloranti. Chevreul dimostra anche che dai grassi trasformati in sapone si libera una sostanza analoga all’alcool, la glicerina.

L’aumento pressoché incontrollabile di sostanze organiche conosciute, dotate di formule empiriche assai più grandi rispetto ai corpi inorganici, costringe i chimici alla produzione di teorie interpretative sempre più elaborate e raffinate.

La teoria dei radicali

Joseph-Louis Gay-Lussac e Jacques Thénard riprendono le fondamentali analisi svolte da Lavoisier alla fine del Settecento sulle sostanze vegetali e animali, e stabiliscono che gli zuccheri sono formati da carbonio, ossigeno e idrogeno. Utilizzando il metodo della combustione, che permette di determinare le proporzioni di idrogeno e carbonio presenti in un composto, Gay-Lussac e Thénard possono scrivere le formule empiriche di alcuni zuccheri semplici. Studiando le proprietà dell’acido cianidrico (HCN), inoltre, Gay-Lussac eThénard focalizzano anche l’esistenza di un gruppo CN, trasferibile allo stesso modo di un atomo singolo, ad esempio di cloro. Questa parte caratteristica di una molecola viene definita da Gay-Lussac e Thénard con il nome di radicale.

Alla teoria dei radicali aderiscono numerosi e importanti chimici, come Justus von Liebig, Jean-Baptiste Dumas, Friedrich Wöhler e Berzelius che considera il radicale come la parte elettropositiva di una molecola.

La chimica organica come l’inorganica

Nei primi decenni dell’Ottocento il principio fondamentale sostenuto da Berzelius è quello secondo cui le sostanze organiche sono di natura completamente differente da quelle inorganiche, e quindi non riproducibili in laboratorio.

Nel 1821 Amedeo Avogadro sostiene invece che la diversità fra i due ordini di sostanze è determinata soltanto da una differente organizzazione degli elementi.

La convinzione di Berzelius, autorità incontrastata della chimica europea, viene definitivamente incrinata nel 1828 da Friedrich Wöhler. Riscaldando del cianato d’ammonio, Wöhler ottiene infatti la sintesi dell’urea. La distinzione fra sostanze organiche e inorganiche cessa di essere un problema quando nel 1845 Hermann Kolbe riesce a sintetizzare l’acido acetico.

Sostituzioni, nuclei e teoria dei tipi

Alcune scoperte iniziano a mettere in crisi il sistema dualistico di Berzelius che unisce teoria dei radicali e concezione elettrochimica della materia.

Nel 1824 Gay-Lussac, sulla base degli studi di Justus von Liebig sul fulminato di mercurio e di Wöhler sull’acido cianico, ipotizza che gli stessi atomi possono disporsi in una molecola in modo tale da originare composti dotati di proprietà differenti.

Berzelius, in un primo momento scettico, accetta l’ipotesi e conia per queste sostanze il nome di isomeri. Jean-Baptiste-André Dumas dimostra che è possibile sostituire, nei radicali degli idrocarburi, l’idrogeno con il cloro. Ciò viola apertamente la teoria dualistica di Berzelius, perché cloro e idrogeno sono due elementi dotati di polarità elettrica opposta. Lo stesso Dumas, insieme a un suo allievo, Auguste Laurent, inizia a sostenere che le proprietà dei composti dipendono soprattutto dalla disposizione dei loro elementi. Nel 1839 Dumas pubblica una fondamentale memoria sull’acido tricloroacetico e dimostra che il cloro, agendo sull’acido acetico, dà luogo a una sostanza che conserva tutte le proprietà acide dell’acido acetico, ma si differenzia per la sostituzione di tre atomi di idrogeno con tre atomi di cloro.

Berzelius, noto per essere stato uno dei più grandi sperimentatori di tutti i tempi, non accetta i dati di Dumas. Liebig in un primo momento segue Berzelius, ma poi cambia opinione. Dumas, al contrario, intimorito dai violenti attacchi di Berzelius, abbandona sia la teoria della sostituzione sia l’allievo Laurent.

Laurent continua da solo la sua battaglia contro Berzelius, proponendo la teoria dei nuclei e sostenendo che le molecole organiche sono costituite da nuclei fondamentali, ai quali si uniscono di volta in volta diversi tipi di radicali. Ma i radicali per Laurent non hanno proprietà elettrochimiche caratterizzanti; vengono così a formarsi famiglie o “tipi” di molecole organiche strutturate intorno a identici nuclei. Secondo Laurent la forma delle molecole organiche ha relazione con le forme dei cristalli teorizzate a inizio Ottocento da René-Just Haüy e per questo motivo aderisce all’ipotesi di Ampère per il calcolo dei pesi atomici.

Nel 1848 muore Berzelius e la teoria di Laurent, fino ad allora avversata, prende quota. Nello stesso anno Charles-Adolphe Wurtz studia le amine, composti organici strutturati sul “tipo ammoniaca”. Qualche anno dopo Alexander William Williamson individua gli eteri, una famiglia costruita sul “tipo acqua”: l’ossigeno rappresenta il nucleo e gli atomi di idrogeno i radicali da sostituire. Charles-Frédéric Gerhardt propone inoltre il sistema unitario, in base al quale la molecola di un corpo deve essere considerata in maniera globale e non come un insieme di parti. Gerhardt rifiuta tuttavia il modello fisico di Laurent, fondato sulla costituzione molecolare dei corpi. Secondo Gerhardt le formule delle molecole, così come gli equivalenti nel calcolo dei pesi atomici, sono soltanto numeri che esprimono i rapporti fra i corpi e le loro trasformazioni ed egli ritiene perciò impossibile stabilire l’effettiva disposizione degli atomi nelle molecole. Gerhardt propone una definitiva teoria dei tipi, nella quale tutte le sostanze organiche possono essere ricondotte in maniera illimitata a quattro gruppi fondamentali: idrogeno, acqua, acido cloridrico e ammoniaca.

È Cannizzaro, nel 1858, a riproporre l’ipotesi di Avogadro e di Ampère, dimostrandone la validità sia per la chimica organica che per quella inorganica.

Le formule di struttura

Negli stessi anni in cui Cannizzaro sviluppa le sue decisive riflessioni sul calcolo dei pesi atomici, Friedrich August Kekulé von Stradonitz opera un’altra sintesi fondamentale, unendo i dati sulle valenze degli elementi con le nuove concezioni sulla struttura delle molecole organiche e indica il valore 4 per la valenza del carbonio.

Contemporaneamente Archibald Scott Couper propone un sistema di visualizzazione bidimensionale della struttura delle molecole, evidenziando con un semplice tratto i legami esistenti fra gli atomi. Aleksandr Butlerov introduce il nome di struttura per indicare il nuovo modo di rappresentare le formule delle sostanze e si iniziano a ipotizzare anche legami doppi o tripli. Nel 1865 Kekulé propone la formula del benzene, o benzolo, che costituisce un grande passo in avanti per l’affermazione del concetto di struttura.

Nel 1874 Jacobus Heinrich Van’t Hoff e Joseph-Achille Le Bel affermano indipendentemente che i quattro legami del carbonio hanno una distribuzione tridimensionale nello spazio, raffigurabile graficamente: l’atomo del carbonio è rappresentato con un tetraedro. È l’atto di nascita della stereochimica (dal greco, chimica dei solidi), anche se il termine – come spesso accade – è coniato successivamente. Van’t Hoff definisce questo settore di ricerca “chimica nello spazio”.

La rappresentazione tridimensionale risolve comunque il problema dell’asimmetria di alcune molecole organiche, non spiegabile con il sistema bidimensionale.

Negli ultimi tre decenni dell’Ottocento la chimica organica compie incredibili progressi in campo teorico, sperimentale e industriale. Si verificano sviluppi fondamentali nel settore della chimica aromatica, della chimica degli zuccheri, in quella dei terpeni e dei colloidi, fondamentali questi ultimi per lo studio delle proteine. Vengono scoperti inoltre nuovi composti naturali, prodotte inedite reazioni organiche ed effettuate ulteriori sintesi di composti già noti.

Nel XIX secolo si afferma l’industria dei coloranti organici e lo sviluppo industriale della chimica, in senso generale, inizia ad avere anche forti ripercussioni sul piano sociale, ponendo problemi che diventeranno di fondamentale importanza per le società industriali del XX secolo.

La chimica organica si va ormai definendo in settori sempre più articolati, complessi e accessibili soltanto agli specialisti.