Dalton - New system of Chemical Philosophy - I | pL | +

24 May, 2026

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1 Le origini del New System of Chemical Philosophy: la prefazione e il contesto scientifico

La prima parte del trattato di Dalton vede la luce dopo un travagliato percorso di conferme sperimentali e di presentazioni pubbliche, e ne anticipa i principi generali su calore e combinazione chimica.

Il volume che abbiamo di fronte è la riproduzione in facsimile di un’opera cardine della chimica moderna, il New System of Chemical Philosophy di John Dalton, pubblicato a Manchester nel L’edizione qui consultata, curata da William Dawson & Sons Ltd., è esplicitamente dichiarata come tiratura limitata: “This Edition is limited to 1,000 copies” – (fr:7) [Questa edizione è limitata a 000 copie]. Qualche imperfezione di digitalizzazione, come il carattere anomalo “?” – (fr:1) o il frontespizio corrotto “-MM»Nii9l!li(MMf«i iWancijegter” – (fr:5), non offusca la portata storica del testo.

La prefazione, datata maggio 1808, svela le ragioni che indussero Dalton a pubblicare l’opera in due parti anziché in un unico tomo. L’autore dichiara: “IT was the author’s intention when this work was put to press to publish it entire in one volume ; but he is now induced to publish it in two parts, for reasons which it may be proper to announce.” – (fr:9) [Era intenzione dell’autore, quando il lavoro fu mandato in stampa, pubblicarlo per intero in un solo volume; ma è ora indotto a pubblicarlo in due parti, per ragioni che è opportuno annunciare.]

Le radici del sistema affondano nei saggi che Dalton lesse alla Literary and Philosophical Society di Manchester e che vennero stampati nel quinto volume delle Memorie della società nel Quei lavori, “chiefly on heat and elastic fluids” – (fr:10) [principalmente sul calore e sui fluidi elastici], ebbero rapida circolazione europea: “The essays were republished in several Philosophical Journals, and soon after tianslated into French and German” – (fr:11) [I saggi furono ripubblicati in diverse riviste filosofiche e presto tradotti in francese e tedesco]. Fu proprio lavorando su quelle basi che, nel 1803, l’autore giunse al cuore della sua teoria: “In 1803, he was gradually led to those primary Laws, which seem to obtain in regard to heat, and to chemical combinations, and which it is the object of the present work to exhibit and elucidate.” – (fr:13) [Nel 1803 fu gradualmente condotto a quelle leggi primarie che sembrano valere per il calore e per le combinazioni chimiche, e che il presente lavoro si propone di esporre e chiarire.]

La divulgazione di queste leggi passò attraverso lezioni pubbliche. Un primo sommario fu presentato l’inverno successivo alla Royal Institution di Londra, “in a course of Lectures on Natural Philosophy” – (fr:14) [in un corso di lezioni di filosofia naturale], ma fu soprattutto il ciclo di conferenze del 1807 in Scozia a creare attesa. Dalton ricorda che “in the spring of 1807, he was induced to offer the exposition of the principles herein contained in a course of Lectures, which were twice read in Edinburgh, and once in Glasgow.” – (fr:17) [Nella primavera del 1807 fu indotto a offrire l’esposizione dei principi qui contenuti in un corso di lezioni, che furono tenute due volte a Edimburgo e una a Glasgow.] In quelle occasioni, egli fu onorato dalla presenza di studiosi di primissimo piano, “most of whom were pleased to express their desire to see the publication of the doctrine in the present form, as soon as convenient.” – (fr:18) [la maggior parte dei quali ebbe la gentilezza di esprimere il desiderio di veder pubblicata la dottrina nella forma attuale, appena possibile.] Non sorprende quindi che la dedica dell’opera sia rivolta proprio “TO THE PROFESSORS OF THE UNIVERSITIES, AND OTHER RESIDENTS, OF EDINBURGH AND GLASGOW”, nonché ai membri della Società letteraria e filosofica di Manchester che avevano costantemente sostenuto le sue ricerche.

Tornato a Manchester, Dalton si mise al lavoro per la stampa, ma il compito si rivelò più arduo del previsto. “Several experiments required to be repeated ; other new ones were to be made ; almost the whole system both in matter and manner was to be new, and consequently required more time for the composition and arrangement.” – (fr:20) [Diversi esperimenti dovevano essere ripetuti; altri nuovi dovevano essere fatti; quasi l’intero sistema, sia nella sostanza che nella forma, doveva essere nuovo, e di conseguenza richiedeva più tempo per la composizione e l’organizzazione.] A ciò si aggiungevano gli impegni professionali quotidiani, tanto che “the work nearly a year” – (fr:21) ritardo accumulato – e la prospettiva di un ulteriore anno per il completamento. Fu proprio la consapevolezza che la dottrina del calore e i principi generali della sintesi chimica fossero sufficientemente autonomi a convincerlo a pubblicare subito la prima parte: “In the mean time, as the doctrine of heat, and the general principles of Chemical Synthesis, are in a good degree independent of the future details, there can no great detriment arise to the author, or inconvenience to his readers, in submitting what is already prepared, to the inspection of the public.” – (fr:22) [Nel frattempo, poiché la dottrina del calore e i principi generali della sintesi chimica sono in buona misura indipendenti dai dettagli futuri, non può derivare gran danno all’autore, né inconveniente ai lettori, nel sottoporre quanto è già pronto all’ispezione del pubblico.]

L’indice di questa prima parte conferma l’impianto annunciato: il capitolo I è dedicato “On Heat or Caloric” – (fr:27) [Sul calore o calorico], con una sezione iniziale “On Temperature, and the instruments for measuring it” – (fr:28) [Sulla temperatura e gli strumenti per misurarla] (p. 3); il capitolo II tratta “On Expansion by heat” – (fr:30) [Sulla dilatazione termica] (p. 23). Siamo di fronte, in sostanza, all’atto di nascita pubblico della teoria atomica daltoniana, che proprio dallo studio del calore e delle combinazioni chimiche trasse la sua forma compiuta. La prefazione, nel suo tono sobrio e argomentato, è una testimonianza preziosa del rapporto tra ricerca sperimentale, comunicazione scientifica e pressioni della comunità accademica agli albori della chimica moderna.

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2 La scala termometrica “quadrata” di John Dalton e la ricerca di una misura vera del calore

Dalton argomenta che la suddivisione uniforme del termometro a mercurio è fisiologicamente errata e propone una scala fondata sull’espansione come quadrato della temperatura dal punto di congelamento, capace di unificare leggi di dilatazione, tensione di vapore, espansione dei gas e raffreddamento.

Il punto di partenza è la denuncia dell’inadeguatezza del termometro comune. “In the present imperfect mode of estimating temperature, the equable expansion of mercury is adopted as a scale for its measure.” – (fr:99) [Nell’attuale imperfetto modo di stimare la temperatura, si adotta come scala di misura l’espansione uniforme del mercurio.] Questa assunzione produce risultati manifestamente contraddittori: “the mixture of water of different temperatures is always below the mean by the mercurial thermometer ; for instance, water of 32° and 212° being mixed, gives 119” by the thermometer ; whereas it appears from the preceding remarks, that the temperature of such mixture ought to be found above the mean 122°” – (fr:101) [la miscela di acqua a diverse temperature risulta sempre al di sotto della media secondo il termometro a mercurio; per esempio, mescolando acqua a 32° e 212° si ottiene 119° al termometro, mentre in base alle osservazioni precedenti la temperatura di tale miscela dovrebbe trovarsi al di sopra della media di 122°]. La ragione è che l’apparente regolarità del mercurio è un artefatto di scala: “mercury appears by the most recent experiments to expand by the same law as water namely, as the square of the temperature from the point of greatest density.—The apparently equal expansion of mercury arises from our taking a small portion of the scale of expansion, and that at some distance from the freezing point of the liquid.” – (fr:102) [il mercurio, secondo gli esperimenti più recenti, sembra espandersi con la stessa legge dell’acqua, ossia come il quadrato della temperatura a partire dal punto di massima densità. L’espansione apparentemente uniforme del mercurio deriva dal fatto che ne consideriamo solo una piccola porzione della scala di espansione, e per di più a una certa distanza dal punto di congelamento del liquido.]

Da qui Dalton elabora l’ipotesi che l’espansione di acqua e mercurio “is as the square of the temperature from their respective freezing points” – (fr:112) [è come il quadrato della temperatura dai rispettivi punti di congelamento]. L’evidenza sperimentale conforta la legge: “Water very nearly accords with this law according to the present scale of temperature, and the little deviation observable is exactly of the sort that ought to exist, from the known error of the equal division of the mercurial scale.” – (fr:113) [L’acqua si accorda molto bene con questa legge secondo la scala termometrica corrente, e la piccola deviazione osservabile è esattamente del tipo che ci si deve attendere, a causa del noto errore della divisione uniforme della scala a mercurio.] Inoltre, “by prosecuting this enquiry I found that the mercurial and water scales divided according to the principle just mentioned, would perfectly accord, as far as they were comparable ; and that the law will probably extend to all other pure liquids ; but not to heterogeneous compounds, as liquid solutions of salts.” – (fr:114) [Proseguendo questa indagine trovai che le scale a mercurio e ad acqua suddivise secondo il principio appena menzionato concorderebbero perfettamente, per quanto sono confrontabili; e che la legge probabilmente si estenderà a tutti gli altri liquidi puri, ma non ai composti eterogenei, come le soluzioni saline.]

La nuova scala non si limita a correggere l’espansione dei liquidi, ma porta alla luce quattro impressionanti analogie che ne avvalorano la correttezza. Le quattro “analogie” sono:

• “All pure homogenous liquids, as water and mercury, expand from the point of their congelation, or greatest density, a quantity always as the square of the temperature from that point.” – (fr:133) [Tutti i liquidi puri e omogenei, come acqua e mercurio, si espandono a partire dal loro punto di congelamento, o di massima densità, di una quantità sempre proporzionale al quadrato della temperatura a partire da quel punto.]

• “The force of steam from pure liquids, as water, ether, &c. constitutes a geometrical progression to increments of temperature in arithmetical progression.” – (fr:135‑136) [La forza del vapore da liquidi puri, come acqua, etere, ecc., costituisce una progressione geometrica per incrementi di temperatura in progressione aritmetica.]

• “The expansion of permanent elastic fluids is in geometrical progression to equal increments of temperature.” – (fr:138) [L’espansione dei fluidi elastici permanenti è in progressione geometrica per uguali incrementi di temperatura.]

• “The refrigeration of bodies is in geometrical progression in equal increments of time.” – (fr:140) [Il raffreddamento dei corpi è in progressione geometrica in intervalli di tempo uguali.]

Misurando la temperatura con la scala quadrata, i fenomeni si dispongono in progressioni regolari. Così, “however it now appears that the force of steam in contact with water, increases accurately in geometrical progression to equal increments of temperature, provided those increments are measured by a thermometer of water or mercury, the scales of which are divided according to the above-mentioned law.” – (fr:122) [tuttavia ora appare che la forza del vapore a contatto con l’acqua aumenta esattamente in progressione geometrica per uguali incrementi di temperatura, purché questi incrementi siano misurati con un termometro ad acqua o a mercurio le cui scale siano suddivise secondo la legge sopra menzionata.] Analogo comportamento per l’aria: “accordingly it was found upon trial that air expands in geometrical progression to equal increments of temperature, measured as above.” – (fr:124) [di conseguenza, per verifica sperimentale si trovò che l’aria si espande in progressione geometrica per uguali incrementi di temperatura, misurati come sopra.] E la legge di raffreddamento, che afferma “that a body in cooling loses heat in proportion to its excess of temperature above that of the cooling medium ; or that the temperature descends in geometrical progression in equal moments of time” – (fr:127) [che un corpo, raffreddandosi, perde calore in proporzione al suo eccesso di temperatura rispetto a quella del mezzo raffreddante; ovvero che la temperatura decresce in progressione geometrica in intervalli di tempo uguali], trova piena corrispondenza soltanto con la nuova scala: “but the new scale proposed, by shortening the lower degrees, and lengthening the higher, is found perfectly according to this remarkable law of heat.” – (fr:129) [ma la nuova scala proposta, accorciando i gradi inferiori e allungando quelli superiori, risulta perfettamente conforme a questa notevole legge del calore.]

Dalton presenta una tavola numerica per illustrare la corrispondenza tra la scala vera e quella comune. “A mercurial thermometer graduated according to this principle will differ from the ordinary one with equidifferential scale, by having its lower degrees smaller and the upper ones larger ; the mean between freezing and boiling water, or 122° on the new scale, will be found about 110° on the old one.” – (fr:141) [Un termometro a mercurio graduato secondo questo principio differirà da quello comune a scala equidifferenziale, avendo i gradi inferiori più piccoli e quelli superiori più grandi; il punto medio tra l’acqua congelante e bollente, ossia 122° sulla nuova scala, si troverà a circa 110° sulla vecchia.] La discrepanza più vistosa nell’intervallo 32°–212° è proprio al centro: “the greatest difference between 32° and 212° is observable at 122° of the new scale, which agrees with 110’ of the old, the diflference being 12° ; but below 32° and above 212% the differences become more remarkable.” – (fr:153‑154) [la massima differenza tra 32° e 212° si osserva a 122° della nuova scala, che corrisponde a 110° della vecchia, con una differenza di 12°; ma sotto i 32° e sopra i 212° le differenze diventano più rilevanti.]

La costruzione della scala si fonda su una progressione aritmetica di radici quadrate. Accanto alla temperatura di congelamento del mercurio (−175°), pone 72° nella colonna dei quadrati per l’acqua congelante e 252° per l’acqua bollente (212 + 40). Le radici quadrate di 72 e 252 sono 8,4853 e 15,8743; la loro differenza 7,3890, divisa per i 18 intervalli di 10°, dà l’incremento costante in radice: “7.3890 ÷ 18 =.4105 represents the quantity corresponding to each interval of 10°.” – (fr:158‑159) [7,3890 ÷ 18 = 0,4105 rappresenta la quantità corrispondente a ciascun intervallo di 10°.] I valori della colonna del mercurio (terza colonna) sono i quadrati di queste radici e segnano l’espansione reale. La quarta colonna riporta gli stessi numeri diminuiti di 40° per adattarli alla scala Fahrenheit. La quinta colonna corregge ulteriormente per l’espansione disomogenea del vetro: “the apparent expansion of mercury in glass is less than the real, by the expansion of the glass itself; this, however, would not disturb the law of expansion of the liquid, both apparent and real being subject to the same, provided the glass expands equally ; but it has been shewn by De Luc, that glass expands less in the lower half of the scale than the higher ; this must occasion the mercury apparently to expand more in the lower half than what is dictated by the law of expansion.” – (fr:165‑166) [l’espansione apparente del mercurio nel vetro è minore di quella reale, per via dell’espansione del vetro stesso; ciò tuttavia non disturberebbe la legge di espansione del liquido, essendo l’espansione apparente e quella reale soggette alla stessa legge, purché il vetro si espanda uniformemente; ma De Luc ha mostrato che il vetro si espande meno nella metà inferiore della scala che in quella superiore; questo deve far sì che il mercurio appaia espandere di più nella metà inferiore di quanto detterebbe la legge di espansione.] Alla fine, per non sopravvalutare l’effetto, Dalton applica una correzione di appena 1,7°, portando il punto medio a 110°: “Not however to over-rate the effect, I have taken it only at 7, making the number 108°.3 in the 4th column, 110° in the 5th, and the rest of the column is corrected accordingly.” – (fr:169) [Non volendo però sopravvalutare l’effetto, l’ho preso solo a 1,7, portando il numero 108°,3 della quarta colonna a 110° nella quinta, e il resto della colonna è corretto di conseguenza.]

La tavola contiene anche colonne che mostrano l’accordo della teoria con i dati di altri corpi. La sesta colonna riporta “the squares of the natural series 1, 2, 3, &c. representing the expansion of water by equal intervals of temperature.” – (fr:172‑173) [i quadrati della serie naturale 1, 2, 3, ecc., che rappresentano l’espansione dell’acqua per uguali intervalli di temperatura.] L’acqua, sotto il punto di massima densità, si espande per raffreddamento con la stessa legge. Inoltre, “the apparent greatest density too does not happen at 39°,3 old scale ; but about 42° ; and the greatest real density is at or near 36° of the same.” – (fr:177) [la massima densità apparente non si verifica a 39°,3 della vecchia scala, bensì a circa 42°; e la massima densità reale è a circa 36° della stessa.] La settima colonna, per l’aria, assume il volume 1000 a 32° e 1376 a 212°, in accordo con Gay‑Lussac e con gli esperimenti di Dalton, e colloca a metà dell’espansione totale la temperatura di 117° della scala comune, proprio come richiesto dalla progressione geometrica.

L’ottava colonna dà la tensione del vapore acqueo, in pollici di mercurio, a progressione geometrica: “the numbers opposite 32° and 212°, namely, .200 and 0 are derived from experiments, … and the rest are determined from theory.” – (fr:189) [i numeri in corrispondenza di 32° e 212°, cioè 0,200 e 30,0, sono derivati da esperimenti, … e il resto è determinato dalla teoria.] L’accordo con l’esperienza è sorprendente: “those numbers do not differ from the table just referred to, which was the result of actual experience, so much as 2° in any part; a difference that might even exist between two thermometers of the same kind.” – (fr:191) [quei numeri non differiscono dalla tavola appena menzionata, frutto dell’esperienza diretta, per più di 2° in alcun punto; una differenza che potrebbe persino esistere tra due termometri dello stesso tipo.] La nona colonna descrive la tensione del vapore di etere solforico, anch’essa geometrica ma con un rapporto minore di quello dell’acqua: l’etere si rivela un liquido molto omogeneo, la cui pressione di vapore a 68°F è costantemente 15 pollici, indipendentemente dalla provenienza (Londra, Edimburgo, Glasgow, Manchester) e dal tempo. La decima colonna, relativa all’alcool, mostra invece una progressione non geometrica, “probably because the liquid is not pure and homogeneous. I suspect the elastic fluid in this case is a mixture of aqueous and alcoholic vapour.” – (fr:205‑206) [probabilmente perché il liquido non è puro e omogeneo. Sospetto che il fluido elastico in questo caso sia una miscela di vapore acqueo e alcolico.]

A fondamento della discussione sull’espansione apparente, il trattato premette alcune proposizioni. Se un recipiente termometrico e il liquido contenuto si dilatano esattamente nella stessa misura, il livello resta invariato; se il liquido si dilata uniformemente più del recipiente, l’ascesa apparente è data dalla differenza delle espansioni assolute, e così via. Queste considerazioni chiariscono come il termometro a mercurio tradizionale, con vetro che si dilata in modo diseguale, distorca ulteriormente la legge di espansione.

La testimonianza storica di questo testo è duplice. Da un lato documenta il momento in cui uno dei più acuti filosofi naturali del primo Ottocento si misura con l’imprecisione degli strumenti di misura del calore, rifiutando l’autorità di Crawford – che riteneva l’errore del termometro limitato a uno o due gradi – e proponendo una scala fondata su leggi di natura piuttosto che su una comoda interpolazione lineare. Dall’altro, offre una mole di dati sperimentali (pressioni di vapore, espansione del vetro, densità dell’acqua) e un metodo di calcolo che prefigura la ricerca di una scala assoluta. L’unificazione, sotto la progressione geometrica, di fenomeni all’apparenza disparati quali la dilatazione dei liquidi, la tensione del vapore, l’espansione dei gas e il raffreddamento dei corpi, rappresenta uno sforzo tipico dell’atteggiamento daltoniano, fiducioso che “so active a principle must be subject to general laws” – (fr:105) [un principio così attivo deve essere soggetto a leggi generali]. Anche se la scala proposta non si impose, essa costituì un passaggio cruciale verso la consapevolezza che la temperatura non può essere misurata correttamente con la semplice divisione uguale di un fluido termometrico.

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3 La temperatura di massima densità dell’acqua e la dilatazione dei liquidi

Un’indagine sperimentale che, attraverso la dilatazione di recipienti di materiali diversi, fissa il punto di massima densità dell’acqua a 36° della vecchia scala, corregge le stime sulla dilatazione del vetro e affronta il comportamento di mercurio, alcol e altri liquidi.

Il testo si apre enunciando un principio metodologico di reciprocità: conoscere la dilatazione del recipiente consente di determinare la temperatura di massima densità dell’acqua e viceversa. “If the expansion of any vessel can be obtained; then may the temperature at which water is of greatest density be obtained; and vice versa.” – (fr:251) [Se si può ottenere la dilatazione di un qualsiasi recipiente, allora si può ottenere la temperatura alla quale l’acqua è di massima densità, e viceversa.] Tale principio offrirebbe, secondo l’autore, un metodo eccellente per misurare l’espansione relativa e assoluta di tutti i solidi lavorabili in forma di contenitori per acqua. “This furnishes us with an excellent method of ascertaining both the relative and absolute expansion of all solid bodies that can be formed into vessels capable of holding water.” – (fr:252) [Questo ci fornisce un metodo eccellente per accertare sia l’espansione relativa sia quella assoluta di tutti i corpi solidi che possono essere formati in recipienti atti a contenere acqua.]

La determinazione del punto di massima densità dell’acqua era allora oggetto di un acceso dibattito. Fino a quel momento si fronteggiavano due opinioni: una lo fissava al punto di congelamento (32° della scala Fahrenheit comune), l’altra a 40°. L’autore confessa di aver in un primo tempo abbracciato la prima ipotesi, soprattutto sulla base di alcuni esperimenti che sta per riferire, mentre il dottor Hope sosteneva la seconda. “Previously to the publication of the above essay, I had embraced the opinion that the point was 32°, chiefly from some experiments about to be related. Dr. Hope argued from his own experiments in favour of the other opinion.” – (fr:268-269) [Prima della pubblicazione del suddetto saggio, avevo abbracciato l’opinione che il punto fosse 32°, principalmente per alcuni esperimenti che sto per riferire. Il dottor Hope sosteneva, sulla base dei propri esperimenti, l’altra opinione.]

Riesaminando i fatti, l’autore giunge a una conclusione diversa: il punto di massima densità si collocherebbe a metà strada tra le due temperature. Il testo riporta però un valore che stride con la logica del discorso: “I found them all to concur in giving the point of greatest density at the temperature 56”, or mid-way between the points formerly supposed.” – (fr:270) [Trovai che tutti concordavano nell’indicare il punto di massima densità alla temperatura di 56”, ossia a metà strada tra i punti precedentemente supposti.] Poiché la metà esatta tra 32° e 40° è 36°, il numero “56” appare come un evidente errore di trascrizione o di stampa; tutta l’argomentazione successiva, infatti, converge sul valore di 36° della vecchia scala. La controversia viene documentata attraverso due lettere inviate al Nicholson’s Journal (voll. 13 e 14), nelle quali l’autore mostra che proprio gli esperimenti di Hope confermerebbero la temperatura intermedia. “In two letters inserted in Nicholson’s Journal, Vol. 13 and 14, I endeavoured to shew that Dr. Hope’s experiments supported this conclusion and no other.” – (fr:271-272) [In due lettere inserite nel Nicholson’s Journal, voll. 13 e 14, mi sforzai di mostrare che gli esperimenti del dottor Hope confermavano questa conclusione e nessun’altra.]

A sostegno della nuova temperatura vengono presentati esperimenti condotti con piccoli vasi termometrici di materiali diversi, capaci di contenere una o due once d’acqua e dotati di tubi di vetro cementati, così da funzionare come comuni termometri. “small vessels, capable of holding one or two ounces of water, were made of the different materials, and such as that glass tubes could be cemented into them when full of water, so as to resemble and act as a common thermometer.” – (fr:278) [piccoli recipienti, capaci di contenere una o due once d’acqua, furono fabbricati con i diversi materiali, e in modo tale che vi si potessero cementare tubi di vetro quando erano pieni d’acqua, così da assomigliare e funzionare come un comune termometro.] I risultati sono elencati in una tabella che riporta, per ciascun materiale, le temperature di “corrispondenza” dell’espansione:

“The observations follow : Water stationary. Con eeponding points of expansion.
1 Brown earthen ware at 38 at 32° & 44
2 Common white ware, and stone ware, … 3 Flint glass 42 32 & 52
4 Iron 42+ 32 & 53—
5 Copper 45+ 32 & 59
6 Brass 45+ 32 & 60—
7 Pewter 46 32 & 60
8 Zinc 48 32 & 64+
9 Lead 49 32 & 67” – (fr:281)

L’argomentazione prosegue correggendo i dati sulla dilatazione dei materiali, in particolare del vetro, la cui espansione era stata sottostimata da Smeaton. Secondo l’autore, il vetro delle comuni ampolle termometriche è poco meno dilatabile del ferro: entrambi sono in uno stato di tensione violenta a causa della mancata ricottura, e le ampolle sottili, non richiedendo ricottura, si dilatano più delle barre e dei tubi. “Rods and tubes of glass are seldom if ever properly annealed; hence they are in a state of violent energy, and often break spontaneously or with a slight scratch of a file : tubes have been found to expand more than rods, and it might be expected that thin bulbs should expand more still, because they do not require annealing” – (fr:287) [Le barre e i tubi di vetro sono raramente, se non mai, ben ricotti; perciò si trovano in uno stato di violenta tensione e spesso si rompono spontaneamente o con un lieve graffio di una lima: si è trovato che i tubi si dilatano più delle barre, e ci si potrebbe aspettare che le ampolle sottili si dilatino ancora di più, perché non richiedono ricottura.]

Utilizzando valori corretti, il calcolo conduce in modo coerente a 36° della vecchia scala. Per il ferro: “Iron expands nearly … in bulk; this is nearly ^V of the expansion of water; hence 90 ÷ 12 = 7’§ of true mean temperature = 6” of common scale; this taken from 42°+, leaves 36° of common scale for the temperature at which water is of greatest density.” – (fr:290) [Il ferro si dilata di quasi … in volume; ciò è circa 1/12 dell’espansione dell’acqua; quindi 90 ÷ 12 = 7,5° di temperatura media vera = 6° della scala comune; sottratto a 42° e più, lascia 36° della scala comune per la temperatura alla quale l’acqua è di massima densità.] Risultati analoghi si ottengono con il rame (36°), l’ottone (36°), il peltro (35°½, giudicato meno affidabile in quanto lega), lo zinco (34°½, probabilmente perché il vaso conteneva stagno) e il piombo (36°). La conclusione è netta: “From these experiments it seems demonstrated, that the greatest density of water is at or near the 36° of the old scale, and 37° or 38° of the new scale” – (fr:301) [Da questi esperimenti sembra dimostrato che la massima densità dell’acqua si trova a o vicino ai 36° della vecchia scala, e a 37° o 38° della nuova scala.] Inoltre, si ricava che il vetro sottile ha un’espansione quasi uguale a quella del ferro, mentre il grès comune è circa 1/3 e la terracotta circa 1/5 di quella del ferro.

L’attenzione si sposta poi sul mercurio. L’espansione apparente del mercurio in un termometro di vetro per 180° Fahrenheit è misurata in 0,0163, mentre l’espansione del vetro sottile è stimata in 0,0037, valore di poco inferiore a quello del ferro. “The apparent expansion of mercury in a thermometrical glass for 180 I find to be .0163 from ” – (fr:302) “That of thin glass may be stated at .0037 = ir^, which is rather less than iron” – (fr:303). La somma (0,02, ovvero 1/50) fornisce l’espansione reale del mercurio da 32° a 212°. Da qui si calcola l’effetto della dilatazione del vetro sulla scala: “Hence we derive this proportion, 0163 : 180° :: .0037 : 41° nearly, which expresses the effect of the expansion of glass on the mercurial thermometer: that is, the mercury would rise 41° higher on the scale at the temperature of boiling water, if the glass had no expansion.”* – (fr:306-307) [Da qui deriviamo questa proporzione, 0,0163 : 180° :: 0,0037 : 41° circa, che esprime l’effetto dell’espansione del vetro sul termometro a mercurio: vale a dire, il mercurio salirebbe di 41° in più sulla scala alla temperatura dell’acqua bollente, se il vetro non avesse espansione.] L’autore contesta le misurazioni di De Luc, che danno un’espansione del tubo di vetro da 32° a 212° di appena 0,00083 in lunghezza, attribuendo tale disuguaglianza allo squilibrio interno dei tubi fissati originariamente con l’esterno duro e l’interno molle.

L’ultima parte del testo allarga lo sguardo alla purezza dei liquidi. Solo quelli che non si decompongono con il caldo e il freddo possono essere considerati puri; acqua e mercurio sono puri perché, quando si congelano parzialmente, la porzione liquida rimane identica per qualità. “Liquids may be denominated pure when they are not decomposed by heat and cold.” – (fr:310) [I liquidi possono essere definiti puri quando non vengono decomposti dal caldo e dal freddo.] Le soluzioni saline e la maggior parte degli acidi non lo sono: raffreddando una soluzione di solfato di sodio, parte del sale cristallizza e lascia il liquido meno salino. L’etere è fra i più puri, dopo acqua e mercurio; gli oli, sia fissi sia volatili, sono considerati per lo più impuri. Ciononostante, “it is remarkable how nearly those liquids approximate to the law of expansion observed in water and mercury” – (fr:317-318) [è notevole quanto quei liquidi si approssimino alla legge di espansione osservata nell’acqua e nel mercurio.]

Quanto all’alcol, l’autore riporta misure proprie che contraddicono i dati di De Luc. Per alcol con gravità specifica 0,817 a 50°F, 1000 parti diventano 1079 a 170°F, e a 110°F si collocano a 1039, di poco sotto la media vera. “I find 1000 parts of alcohol of .817 sp. gravity at the temperature 50° became 1079 at the temperature 170° of the common mercurial scale : at 110° the alcohol is at 1039, or half a division below the true mean.” – (fr:326-327) [Trovo che 1000 parti di alcol di gravità specifica 0,817 alla temperatura di 50° diventano 1079 alla temperatura di 170° della scala mercuriale comune: a 110° l’alcol è a 1039, ovvero mezza divisione al di sotto della media vera.] Con una gravità specifica di 0,86 la disproporzione tra le due metà della scala diminuisce, passando da un rapporto di 35 a L’autore conclude che l’alcol testato da De Luc doveva essere molto debole, perché il test della polvere da sparo è poco definito.

[3.2/2-81-331|411]

4 Espansione termica di liquidi e solidi: osservazioni e congetture

Resoconto di una serie di esperimenti sull’aumento di volume con la temperatura, condotti su alcol, soluzioni saline, oli, acidi e metalli, con un confronto critico dei dati e una riflessione sulla possibile legge di dilatazione dei solidi.

L’autore presenta i risultati di misure di dilatazione termica compiute su numerosi liquidi e su alcuni solidi, partendo quasi sempre da 32 °F sino a 212 °F (180 °F di intervallo) e confrontandone l’andamento con quello del mercurio. Un primo gruppo di esperimenti riguarda miscele di alcol e acqua a diverso peso specifico.
Per l’alcol con peso specifico 0,937 scrive: “When the sp. gravity is ,937, I find 1000 parts become 1062 at 170”, and 10291 at llO^j hence the ratio of the expansion becomes 291 to ” – (fr:331‑332) [Quando il peso specifico è 0,937, trovo che 1000 parti diventano 1062 a 170° e 1029 a 110°; quindi il rapporto di espansione diventa 291 a ]
Per una miscela al 75% di acqua (peso spec. 0,967) osserva: “I find 1000 parts at 50 become 1040 at 170% and 10171 at 110°, giving a ratio of 35 to 45 ; which is the same as De Luc gives for alcohol.”* – (fr:333‑334) [Trovo che 1000 parti a 50° diventano 1040 a 170° e 10171 a 110°, dando un rapporto di 35 a 45, lo stesso che De Luc fornisce per l’alcol.] Tuttavia nota subito una discrepanza: De Luc considera un intervallo di 180°, mentre qui se ne usa uno di 120°, per cui ritiene impossibile conciliare i risultati e ipotizza che il dato di De Luc per l’alcol fra 172° e 212° sia sovrastimato (fr:335‑336).

L’autore avverte che nelle misure non si è tenuto conto della dilatazione del bulbo di vetro, che conteneva circa 750 grani d’acqua e aveva un tubo proporzionalmente largo; di conseguenza “the real expansions must be considered as more rather than less than above stated” – (fr:337) [le dilatazioni reali devono considerarsi piuttosto superiori che inferiori a quanto indicato]. La graduazione del recipiente era stata però verificata più volte ed era la stessa impiegata per determinare la dilatazione dell’acqua, il che dà fiducia nei risultati (fr:338). Si ebbe inoltre cura di immergere completamente bulbo e stelo nell’acqua alla temperatura desiderata (fr:339).

Poiché l’alcol di peso specifico 0,817 contiene almeno l’8% di acqua, “it is fair to infer from the above that a thermometer of pure alcohol would in no apparent degree differ from one of mercury in the interval of temperature from 50° to 170°” – (fr:340‑342) [è lecito dedurre che un termometro ad alcol puro non differirebbe in modo apprezzabile da uno a mercurio nell’intervallo da 50° a 170°]. Tuttavia, confrontando le dilatazioni relative di vetro, mercurio e alcol (1, 52 e 22 rispettivamente), appare chiaro che la disuniformità del vetro, che tende a uniformare l’espansione apparente del mercurio, ha poca influenza sull’alcol proprio per la sua modesta entità (fr:343). Se ne deduce che “a spirit thermometer would be more equable in its divisions than a mercurial one, in a vessel of uniform expansion” – (fr:344) [un termometro a spirito avrebbe divisioni più equabili di uno a mercurio, in un recipiente a espansione uniforme]. Ciò è coerente con la teoria, perché il punto di massima densità o di congelamento dell’alcol è molto inferiore a quello del mercurio (fr:345).

L’acqua raggiunge la massima densità a 36°, l’alcol a temperatura remotissima sotto zero; di conseguenza ci si aspetta che le miscele abbiano il punto di massima densità a temperature intermedie, tanto più alte quanto più prevale l’acqua. Infatti “the disproportion, so observable in the expansion of water, growing greater and greater in the mixtures as they approach to pure water” – (fr:346) [la sproporzione, così osservabile nell’espansione dell’acqua, diventa sempre maggiore nelle miscele man mano che si avvicinano all’acqua pura].

Per l’acqua satura di sale comune viene riportata la serie: “1000 parts at 32° become 1050 at 212; at 122° it is nearly 1023, which gives the ratio of 23 to 27 for the correspond ing equal intervals of mercury”* – (fr:347‑348) [1000 parti a 32° diventano 1050 a 212°; a 122° sono circa 1023, il che dà un rapporto di 23 a 27 per gli intervalli uguali corrispondenti del mercurio]. Questo rapporto è quasi identico a quello di De Luc (36 a 43,7) (fr:349‑350). La soluzione congela a −7° e probabilmente si dilata come il quadrato della temperatura a partire da quel punto (fr:351); si differenzia dalla maggior parte delle altre soluzioni saline nel comportamento termico (fr:352).

Passando agli oli, l’olio d’oliva e quello di lino si espandono di circa l’8% per 180°; per De Luc l’olio d’oliva si comporta quasi come il mercurio, mentre per l’autore è più sproporzionato, avvicinandosi all’acqua satura di sale (fr:353). L’olio di trementina si espande di circa il 7% per 180° e “it expands much more in the higher than in the lower part of the scale, as it ought to do, the freezing point being stated at 14 or 16°” – (fr:354) [si espande molto più nella parte alta della scala che in quella bassa, come deve essere, dato che il punto di congelamento è indicato a 14 o 16°]. Il rapporto è circa 3 a 5 (fr:355). L’autore corregge l’errata credenza che l’olio di trementina bolla a 560°: “it boils below 212°, like the rest of the essential oils” – (fr:356) [bolle sotto 212°, come gli altri oli essenziali].

Fra gli acidi, l’acido solforico (peso spec. 1,85) si espande di circa il 6% da 32° a 212° e “it accords with mercury as nearly as possible in every part of the scale” – (fr:359) [concorda con il mercurio il più possibile in ogni punto della scala]. Il suo punto di congelamento è −36° o inferiore, perciò obbedisce alla stessa legge di acqua e mercurio (fr:360‑361). Anche l’acido solforico glaciale (peso spec. 1,78), che rimane congelato a 45°, una volta liquido si espande in modo pressoché uniforme (fr:362‑363). L’acido nitrico (peso spec. 1,40) si espande di circa l’11% fra 32° e 212°, con una sproporzione non superiore a 27 a 28 rispetto al mercurio, e il suo punto di congelamento è prossimo a quello del mercurio (fr:364‑366). L’acido muriatico (peso spec. 1,137) si espande di circa il 6% nello stesso intervallo, ma in modo più disuniforme dell’acido nitrico, come ci si può attendere essendo fortemente diluito con acqua; il rapporto è quasi 6 a 7 (fr:367‑369).

L’etere solforico si espande del 7% per 180°; nel confronto diretto con il mercurio fra 60° e 90° non si notano differenze sensibili (fr:370‑371). Si afferma che congela a −46° (fr:372).

Un’importante considerazione generale viene sviluppata subito dopo: “water expands less than most other liquids ; yet it ought to be considered as having in reality the greatest rate of expansion” – (fr:373) [l’acqua si espande meno della maggior parte degli altri liquidi; eppure dovrebbe essere considerata come avente in realtà il tasso di espansione più alto]. Alcol e acido nitrico, che sembrano dilatarsi tanto, non superano e nemmeno eguagliano l’acqua se si calcola la loro dilatazione a partire dalla temperatura di massima densità (fr:374‑375). Il motivo dell’apparente grande espansione è che si inizia l’osservazione 100° o 200° sopra il punto di massima densità e si misura l’aumento per ulteriori 180° (fr:376). L’acqua, se rimanesse liquida, si dilaterebbe tre volte tanto nel secondo intervallo di 180° rispetto al primo, a partire da 36° (fr:377).

Sulla dilatazione dei solidi non è stata ancora scoperta alcuna legge generale, ma poiché fluidi elastici e liquidi sembrano soggetti a leggi proprie, è lecito attendersi che anche i solidi ne seguano una (fr:378). Presumendo che i solidi non subiscano cambiamenti di forma per sottrazione di calore, è probabile che qualunque legge valga faccia riferimento a un punto di inizio della temperatura, ossia il cosiddetto zero assoluto (fr:379). Non è compito presente indagare quanto basso sia questo punto, ma ogni fenomeno indica che sia molto più basso di quanto comunemente si creda (fr:380‑381). Forse in futuro si dimostrerà che l’intervallo fra 32° e 212° Fahrenheit costituisce il decimo, quindicesimo o ventesimo intervallo a partire dallo zero assoluto (fr:382). Per analogia si può supporre che l’espansione dei solidi aumenti con la temperatura – sia come progressione geometrica (fluidi elastici), sia come il quadrato (liquidi) o una potenza superiore – ma se stimata a partire dallo zero assoluto, per un intervallo così piccolo e remoto come quello fra congelamento ed ebollizione dell’acqua, apparirà comunque quasi uniforme (fr:383). Per illustrarlo, l’autore calcola che se l’intervallo 32°–212° fosse il quindicesimo, la temperatura reale dell’acqua che congela sarebbe 2520°, quella intermedia 2610° e quella bollente 2700° sulla scala assoluta; le differenze di espansione su 90° Fahrenheit sarebbero allora minime, ad esempio 57 a 59 o 14 a 15 (fr:384‑390). Di conseguenza, se queste congetture sono corrette, l’espansione dei solidi dovrebbe risultare un po’ maggiore nella parte bassa della scala Fahrenheit e un po’ minore in quella alta (fr:391). Al momento l’esperienza non permette di decidere la questione, e per scopi pratici si può adottare l’idea di un’espansione uniforme dei solidi (fr:392‑393). Solo il vetro mostra un’espansione che cresce con la temperatura, probabilmente per la sua peculiare costituzione (fr:394).

Infine viene presentata una tabella riassuntiva (fr:400‑411) con i valori di dilatazione lineare e cubica per 180° (da 32° a 212°), assumendo il volume e la lunghezza a 32° uguali a Fra i solidi compaiono: terracotta bruna (0,0012 in volume), grès (0,0023), vetro in bacchette, tubi e bulbi sottili (0,0025), platino (0,0017), acciaio (0,0023), ferro (0,0024), oro (0,0038), bismuto (0,0042), rame (0,0042), ottone (0,0051), argento (0,0050), peltro fine (0,0060), stagno (0,0071), piombo (0,0086) e zinco. Per i liquidi si elencano mercurio, acqua, acqua satura di sale, acido solforico, acido muriatico, olio di trementina.

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[4.1/1-49-831|877]

5 L’indagine sullo zero assoluto attraverso i calori di combustione

Dalle misure di ghiaccio fuso e dai calori specifici, l’autore deduce la distanza dello zero termico dalla temperatura ordinaria e conferma i risultati mediante lo studio delle combustioni di fosforo, carbone e sostanze grasse.

La base della scala termica assoluta viene posta a partire dal calore contenuto nell’acqua comune. Secondo il testo, il calore in una libbra d’acqua a temperatura ordinaria “is capable of melting 36lbs.” – (fr:830) [è in grado di fondere 36 libbre] – “of ice : hence the zero will be 5400° below freezing water.” – (fr:831) [di ghiaccio: perciò lo zero sarà 5400° sotto l’acqua congelante]. Questo valore di 5400° rappresenta la distanza del punto di totale privazione di calore dal punto di congelamento dell’acqua.

Combustione del fosforo.
Una libbra di fosforo “requires ^Ib. of oxygen, and melts 66lbs.” – (fr:833-834) [richiede [quantità illeggibile] libbre d’ossigeno e fonde 66 libbre] “of ice.” – (fr:835) [di ghiaccio]. Del fosforo non si conosce il calore specifico, ma “from analogy one may suppose it to have as much heat as oil, wax, tallow, &c. which is nearly half as much as water.” – (fr:836-837) [per analogia si può supporre abbia tanto calore quanto olio, cera, sego ecc., che è circa la metà di quello dell’acqua]. Basandosi sull’articolo precedente “ON THE ZERO OF TEMPERATURE” – (fr:838) [sullo zero di temperatura], si ricava che “the whole heat in each lb. of oxygen is sufficient to melt 50lbs. of ice” – (fr:839-840) [l’intero calore in ogni libbra d’ossigeno è sufficiente a fondere 50 libbre di ghiaccio]; pertanto il calore totale nei due reagenti prima della combustione “is sufficient to melt 75+18 = 93lbs. of ice” – (fr:841-842) [è sufficiente a fondere 75+18 = 93 libbre di ghiaccio]. Sottraendo le 66 libbre effettivamente fuse, “there remains 27 for the pounds of ice, which the heat in 5lbs. of phosphoric acid ought to melt” – (fr:843) [restano 27 per le libbre di ghiaccio che il calore in 2,5 libbre di acido fosforico dovrebbe fondere]. Questo conduce a un calore specifico dell’acido “.30, a supposition not at all improbable” – (fr:844) [0,30, supposizione per nulla improbabile]. L’autore conclude che “the result of the combustion of phosphorus seems then to corroborate that from hydrogen.” – (fr:845) [il risultato della combustione del fosforo sembra quindi corroborare quello dell’idrogeno].

Combustione del carbone.
Vengono utilizzati i dati di Crawford: “specific heat of charcoal .26, oxygen 749, carbonic acid 0454^ and the heat given out by burning lib. of charcoal = 69lbs. ice = 10350°.” – (fr:847-849) [calore specifico del carbone 0,26, ossigeno 4,749, acido carbonico 1,0454, e il calore emesso bruciando una libbra di carbone = 69 libbre di ghiaccio = 10350°]. “It is now established beyond doubt, that lib. of charcoal requires 6lbs. of oxygen to convert it into carbonic acid.” – (fr:850-851) [È ormai stabilito fuori d’ogni dubbio che una libbra di carbone richiede 2,6 libbre d’ossigeno per convertirsi in acido carbonico]. “From these data, by the theorem, page 58, we deduce the zero = 4400°.” – (fr:852) [Da questi dati, mediante il teorema di pagina 58, deduciamo lo zero = 4400°]. L’autore nota che “Crawford himself has not noticed this deduction.” – (fr:853) [Crawford stesso non ha notato questa deduzione]. Adottando la teoria del calore specifico e la tavola da essa derivata, insieme all’ipotesi “of the zero being 6000° below the common temperature” – (fr:854) [che lo zero sia 6000° sotto la temperatura comune], si applica l’equazione generale: “94 ON THE ZERO OF TEMPERATURt, (1+ 6) X .491 X 1 X .26 +2.6 x_i.’333^” – (fr:855) [94 SULLO ZERO DI TEMPERATURA, (1+2,6) × 0,491 × 1 × 0,26 + 2,6 × (simbolo alterato)]; dove “h represents the degrees of temperature which the combustion of Jib. of charcoal would raise the product, or 6ibs. of carbonic acid” – (fr:856-857) [h rappresenta i gradi di temperatura che la combustione di una libbra di carbone innalzerebbe nel prodotto, ossia 3,6 libbre di acido carbonico]. Da qui “h is found = 6650’.” – (fr:858) [h risulta = 6650’]. Questo calore innalzerebbe 3,6 libbre d’acqua “= 6650 X .491 = 3265°.” – (fr:859) [= 6650 × 0,491 = 3265°], oppure “would raise lib. of water, 11750” ; or it would melt 78lbs. of ice.“ – (fr:860-862) [innalzerebbe una libbra d’acqua di 11750°, o fonderebbe 78 libbre di ghiaccio]. Lavoisier trova l’effetto pari a 96 libbre, Crawford 69, ma “the supposed distance of the zero is not discountenanced by the combustion of charcoal, as far as the theory is concerned.” – (fr:865) [la supposta distanza dello zero non è smentita dalla combustione del carbone, per quanto concerne la teoria].

Combustione di olio, cera e sego.
Per questi composti non si conosce l’esatta costituzione; tuttavia “from the experiments of Lavoisier, as well as from some attempts of my own, I am inclined to think, that they are formed of about 5 parts of charcoal and I of hydrogen by weight, and that 6 parts require 21 of oxygen for their combustion, forming 19 parts of carbonic acid and 8 of water.” – (fr:867) [dagli esperimenti di Lavoisier e da alcuni miei tentativi, sono incline a pensare che siano formati da circa 5 parti di carbone e 1 d’idrogeno in peso, e che 6 parti richiedano 21 d’ossigeno per la loro combustione, formando 19 parti di acido carbonico e 8 d’acqua]. “Let it be supposed that the zero is 6900° below freezing water, or that the heat in water of 32°, is sufficient to melt 46lbs. of ice” – (fr:868) [Si supponga che lo zero sia 6900° sotto l’acqua congelante, o che il calore nell’acqua a 32° basti a fondere 46 libbre di ghiaccio]; allora “the heat in steam will be sufficient to melt SSlfcs.” – (fr:869-870) [il calore nel vapore sarà sufficiente a fondere SSlfcs (probabilmente 88 libbre) di ghiaccio]. Applicando il Corollario I a pagina 72, si trova “the heat in oxygenous gas = 5lbs. affidd in carbonic aoid, 3lbs.” – (fr:872) [il calore nel gas ossigeno = 60,5 libbre, trovato nell’acido carbonico 22,3 libbre]. Il calore in una libbra di olio, cera o sego “equal to half that oi water = 28lbs.” – (fr:874-875) [pari alla metà di quello dell’acqua = 28 libbre]. Sommando questo valore al calore di 3,6 libbre d’ossigeno (211,7) si ottengono “234.7lbs. of ice, whidh would be nwhed by all the heat in lib, of oil and 5 of oxygen” – (fr:876) [234,7 libbre di ghiaccio che sarebbero state fuse da tutto il calore in una libbra d’olio e 3,5 d’ossigeno]. Dai prodotti di combustione – 1,5 libbre d’acqua e 3,2 libbre d’acido carbonico – il calore contenuto ammonta a quanto fonderebbe 131,2 libbre di ghiaccio; sottraendo questo valore, “leaves 5 for the ice to be melted by the boat evolved dum ing the combustioai of lib.” – (fr:877) [restano 103,5 per il ghiaccio fuso dal calore sviluppato durante la combustione di una libbra].

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[5.1/1-52-1007|1056]

6 Il raffreddamento dei corpi: superficie, radiazione e gas negli esperimenti di John Dalton

Esperimenti quantitativi sul raffreddamento di corpi metallici e vitrei, sulla ripartizione tra radiazione e conduzione atmosferica e sul ruolo dei diversi fluidi elastici, tratti dal trattato On the Motion of Heat.

Il testo espone una serie di esperienze condotte per comprendere le leggi del raffreddamento dei corpi. L’autore si confronta con i risultati di Mr. Leslie e cerca di stabilire il contributo della radiazione e della conduzione atmosferica nella dispersione del calore.

Dopo aver osservato che la superficie modifica il tempo di raffreddamento ma non la legge del fenomeno, descrive l’esperimento 3: usando un termometro a bulbo più piccolo e carta stagnola applicata a piccole strisce, nota che «this than in the former experiment ; because the bulb being smaller, it was more than proportionally increased in surface by the tinfoil, which was pasted on in small slips, and consequently was twofold in many places» – (fr:1009) [rispetto all’esperimento precedente; poiché il bulbo era più piccolo, la stagnola ne aumentava la superficie più che proporzionalmente, essendo incollata a striscioline e risultando doppia in molti punti]. Pur soddisfatto che la superficie non alteri la legge del raffreddamento, decide di procedere con un metodo più simile a quello di Leslie perché il proprio non forniva «the true rates of cooling of equal surfaces» – (fr:1010). Nell’esperimento 4 vengono impiegati due contenitori di latta cilindrico-conici, ciascuno capace di 15 once d’acqua. Uno viene rivestito di carta bruna e per entrambi si usano tappi di sughero attraverso cui passa un termometro sensibile. I contenitori vengono riempiti d’acqua bollente e sospesi in una stanza a 40°: «They were successively filled with boiling water, and suspended in the middle of a room of the temperature 40°, and the times of cooling through each successive 10 degrees were noticed as below» – (fr:1017). L’escursione termica andava da 205° a 65° della nuova scala, con aria a 40° (25° sotto l’estremo inferiore dell’intervallo), corrispondente a 57° della vecchia scala – (fr:1018).

Per spiegare la diversità dei tempi di raffreddamento legata alla superficie, l’autore richiama le prove di Leslie, il quale dimostrò che «the surface has no influence upon the time of cooling when immersed in water» e che «the heat radiating from a vitreous or paper surface is 8 times as great as that from a metallic surface» – (fr:1020). Assumendo questo dato, si può determinare la quota di calore dispersa per radiazione e quella sottratta dall’atmosfera per conduzione. Ponendo 1 la quantità di calore condotta via dall’atmosfera da entrambe le superfici e x la quantità irradiata da una superficie metallica nel medesimo intervallo, si ha la proporzione 2 : 3 :: 1+x : 1+8x, da cui 2+16x = 3+3x e quindi x = 1/13 – (fr:1022-1023). Ne consegue che «from a metallic surface 13 parts of heat are conducted away by the air and 1 part radiated ; from a vitreous surface 13 parts are conducted, and 8 parts radiated» – (fr:1024). Complessivamente, la frazione radiante non supera 0,4 e quella condotta non scende sotto 0,6 – (fr:1025). Leslie, invece, deduceva 0,57 per la radiazione e 0,43 per la conduzione, perché trovava una sproporzione maggiore tra i tempi di raffreddamento di superfici vitree e metalliche nella parte bassa della scala – (fr:1027).

Le conseguenze pratiche sono enunciate con chiarezza: se si vuole trattenere il calore, il recipiente deve essere metallico con superficie lucida e pulita; se si vuole cederlo rapidamente, il contenitore metallico va verniciato, coperto di carta, carbone o materia animale/vegetale, perché in tal caso «the heat given out will be 3 parts for 2 from a metallic surface» – (fr:1031-1032) [il calore ceduto sarà di 3 parti contro 2 della superficie metallica].

La seconda parte del testo è dedicata alla Refrigeration of Bodies in various Kinds of Elastic Fluids – (fr:1033). L’apparato consiste in una fiala robusta di circa 10-20 pollici cubici, chiusa da un tappo forato che porta il cannello di un termometro; due segni sulla canna delimitano un intervallo di 15-20° attorno al calore del sangue – (fr:1036-1037). Riempita di gas, la fiala veniva portata a temperatura ambiente, poi si toglieva il tappo e si inseriva rapidamente il termometro caldo, annotando i secondi che il mercurio impiegava a scendere dal segno superiore a quello inferiore. I tempi registrati sono:

«Thermometer immersed cooled in
In carbonic acid gas 112 seconds.
— sulphuretted hydrogen, nitrous oxide, and defiant gas 100 +
— com. air, azotic and oxyg. gas 100
— nitrous gas 90
— carburet. hyd. or coal gas …. 70
— hydrogen 40» – (fr:1040-1044)
[Termometro immerso si raffreddava in: gas acido carbonico, 112 secondi; gas idrogeno solforato, ossido nitroso e gas olefiante, oltre 100; aria comune, gas azotico e ossigeno, 100; gas nitroso, 90; gas idrogeno carburato o gas di carbone, 70; idrogeno, 40 secondi.]

L’effetto dell’idrogeno è davvero notevole. Raffreddando il termometro dieci volte di seguito nella stessa bottiglia di idrogeno, con inevitabile ingresso di aria comune a ogni estrazione del tappo, i tempi di raffreddamento aumentarono progressivamente da 40 a 62 secondi; a quel punto la miscela era per metà idrogeno e per metà aria comune. Una miscela preparata ex novo con volumi uguali dei due gas diede anch’essa 62 secondi – (fr:1044-1047).

L’influenza della densità segue una regola precisa: aria condensata raffredda più rapidamente dell’aria a densità normale, e aria rarefatta più lentamente, qualunque sia il gas. I dati numerici per l’aria comune sono esposti con una notazione abbreviata che sottintende le frazioni: «Therm, cools in 2 85 seconds, 1 100 t 116 ^ 128 T 140 tV 162 , 170» – (fr:1049). Interpretando i simboli (t = 1/2, ^ = 1/4, T = 1/8, tV = 1/16, , = 1/32), si ottiene: a densità 2 → 85 s, densità 1 → 100 s, 1/2 → 116 s, 1/4 → 128 s, 1/8 → 140 s, 1/16 → 162 s, 1/32 → 170 s. Per l’idrogeno, un piccolo recipiente che a densità normale raffreddava il termometro in 40 secondi, rarefatto 7 o 8 volte ne impiegava 70 – (fr:1049).

L’autore nota che Leslie, lavorando con gas idrogeno, aveva osservato una differenza minima tra i tempi di raffreddamento di superfici vitree e metalliche (2,28 contro 1,78), deducendo giustamente che l’azione del gas si esercita soprattutto, se non interamente, sull’accrescimento della porzione abduttiva – (fr:1051-1052). L’ipotesi che ne consegue è che la radiazione sia la stessa in tutti i gas e che quindi avvenga indipendentemente dal mezzo, procedendo anche nel vuoto – (fr:1053). Lo stesso Leslie riconosceva che l’effetto della rarefazione sulla radiazione è esiguo: «which can scarcely be conceived if air were the medium of radiation» – (fr:1054). Ammessa la costanza della radiazione, l’effetto della densità dell’aria può essere indagato e, secondo l’autore, varierebbe pressoché come la radice cubica della densità: «The effect of radiation being allowed constant, that of the density of the air may be investigated, and will be found, I believe, to vary nearly or accurately as the cube root of the density» – (fr:1055). Il testo si arresta subito dopo, quando inizia il confronto quantitativo con le osservazioni: «In order to compare this hypothesis with observation, let 100 = time of cooling in atmospheric air, the density being 1 ; then from what has been said above,» – (fr:1056).

Significato storico e testimoniale. Queste pagine costituiscono una vivida testimonianza della calorimetria di primo Ottocento: vi si scorgono il rigore sperimentale nella preparazione delle superfici e nel controllo delle variabili, la notazione compatta per le frazioni di densità e l’adozione di una «nuova scala» termometrica accanto a quella più antica (verosimilmente Fahrenheit). Il confronto costante con i risultati di Leslie mostra un dialogo scientifico aperto, in cui la discrepanza sulla quota radiativa (0,4 contro 0,57) non veniva nascosta ma discussa. La ricerca sulla rapidità di raffreddamento nei gas – e in particolare l’effetto prodigioso dell’idrogeno – anticipa le future indagini sulla conducibilità termica dei fluidi, mentre l’ipotesi della radice cubica della densità è un primo tentativo di formalizzare matematicamente l’influenza del mezzo sulla sottrazione di calore, nel quadro di una teoria che separava nettamente la radiazione dalla conduzione atmosferica.

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[6.1/1-42-1098|1138]

7 La tendenza all’equilibrio del calore e l’atmosfera di vapore

L’autore argomenta che la natura mira a un’uguaglianza di calore, non di temperatura, e sviluppa questa legge generale attraverso l’osservazione dell’atmosfera e l’analogia con un’atmosfera di vapore acqueo.

Il brano enuncia quella che l’autore considera la vera legge generale valida per l’atmosfera come per qualunque altro corpo: la natura tende a ristabilire non un’uguaglianza di temperatura, ma un’uguaglianza di calore, inteso come quantità. “It is an equality of heat, and not an equality of temperature that nature tends to restore” – (fr:1098) [È un’uguaglianza di calore, e non un’uguaglianza di temperatura, quella che la natura tende a ristabilire.]. Questa formulazione viene presentata come la legge generale (“Now the law thus expressed is what I apprehend to be the true general law, which applies to the atmosphere as well as to other bodies.” – (fr:1097) [Ora, la legge così espressa è ciò che io considero la vera legge generale, che si applica all’atmosfera come agli altri corpi.]).

L’atmosfera terrestre manifesta tuttavia una peculiarità notevole rispetto al calore: in una colonna d’aria verticale si osserva un corpo che, senza cambiare forma, modifica gradualmente la propria capacità termica da un valore minore a uno maggiore, mentre tutti gli altri corpi mantengono una capacità uniforme in tutta la loro sostanza (“The atmosphere indeed presents a striking peculiarity to us in regard to heat : we see in a perpendicular column of air, a body without any change of form, slowly and gradually changing its capacity for heat from a less… to a greater ; but all other bodies retain a uniform capacity throughout their substance.” – (fr:1099-1100) [L’atmosfera presenta effettivamente una singolare peculiarità rispetto al calore: vediamo in una colonna d’aria perpendicolare un corpo che, senza alcun cambiamento di forma, cambia lentamente e gradualmente la sua capacità per il calore da minore a maggiore; tutti gli altri corpi, invece, mantengono una capacità uniforme in tutta la loro sostanza.]).

La prova della legge viene fondata sul fatto osservativo della disuguaglianza di temperatura che si incontra salendo nell’atmosfera. Se la tendenza naturale fosse all’uguaglianza di temperatura, non ci sarebbe motivo per cui le regioni superiori dell’aria non dovrebbero essere calde almeno quanto quelle inferiori (“If the natural tendency of the atmosphere was to an equality of temperature, there does not appear to me any reason why the superior regions of the air should not be at least as warm as the inferior.” – (fr:1102) [Se la tendenza naturale dell’atmosfera fosse a un’uguaglianza di temperatura, non mi sembra vi sia alcuna ragione per cui le regioni superiori dell’aria non dovrebbero essere calde almeno quanto quelle inferiori.]). Le osservazioni di Bouguer, Saussure e Gay Lussac mostrano che a un’altitudine in cui il peso dell’aria è metà di quello al suolo, la temperatura è di circa 50° Fahrenheit inferiore; e gli esperimenti dell’autore (pubblicati nelle Memoirs of the Manchester Society, vol. 5, pag. 525) provano che l’aria rarefatta improvvisamente da 2 a 1 produce 50° di raffreddamento (“from my experiments… it appears that air being suddenly rarefied from 2 to 1 produces 50° of cold” – (fr:1107) [dai miei esperimenti… risulta che l’aria, essendo improvvisamente rarefatta da 2 a 1, produce 50° di raffreddamento.]).

Da ciò si deduce che una misura d’aria prelevata dalla superficie terrestre e portata a quell’altezza, mantenendo la temperatura originaria e lasciata espandere, diventerebbe due misure e si ridurrebbe alla stessa temperatura dell’aria circostante; viceversa, se due misure d’aria a quell’altezza fossero condensate in una sola, la loro temperatura aumenterebbe di 50° e diventerebbero uguali per densità e temperatura al volume d’aria corrispondente al suolo. Estendendo il ragionamento, un volume d’aria prelevato dalla superficie e portato fino al confine dell’atmosfera, se condensato e riportato orizzontalmente al suolo, acquisterebbe la stessa densità e temperatura dell’aria circostante senza ricevere né cedere calore alcuno.

Un argomento ulteriore a favore della teoria viene tratto dalla contemplazione di un’atmosfera di vapore (“Another important argument in favour of the theory here proposed may be derived from the contemplation of an atmosphere of vapour.” – (fr:1110) [Un altro importante argomento a favore della teoria qui proposta può essere derivato dalla contemplazione di un’atmosfera di vapore.]). Si immagini di annientare l’atmosfera d’aria e sostituirla con una di vapore acqueo, alla temperatura costante al suolo di 212° (Fahrenheit) e con un peso equivalente a 30 pollici di mercurio. A circa 6 miglia di altezza il peso dimezzerebbe (15 pollici), a 12 miglia sarebbe un quarto (7,5 pollici), e così via. La temperatura diminuirebbe probabilmente di 25° a ciascuno di questi intervalli (“and the temperature would probably diminish 25° at each of those intervals.” – (fr:1113) [e la temperatura probabilmente diminuirebbe di 25° a ciascuno di quegli intervalli.]).

Non potrebbe diminuire di più, perché una riduzione di 25° dimezza la forza elastica del vapore (come già mostrato a pag. 14 del trattato); una diminuzione maggiore farebbe condensare parte del vapore nelle regioni superiori, squilibrando perpetuamente il sistema. Se invece la temperatura calasse meno di 25° per intervallo, le regioni superiori potrebbero sostenere più vapore senza condensazione, ma la condensazione avverrebbe al suolo, dato che il vapore a 212° non può sostenere una pressione superiore a 30 pollici di mercurio.

L’autore analizza sistematicamente tre casi di un’atmosfera di vapore acqueo:

1. Caso di massima densità ed equilibrio perfetto. Il peso specifico del vapore al suolo è 0,6 rispetto all’aria, la pressione è 30 pollici di mercurio e la temperatura al suolo è 212°; a 6 miglia è 187°, a 12 miglia 162°, a 18 miglia 137°, a 24 miglia 112°, e così via. In questa situazione la densità è ovunque la massima possibile per la temperatura esistente, cosicché, raggiunto l’equilibrio, non vi sarebbe né condensazione né evaporazione in nessuna regione (“In this Case the density, not only at the surface, but every where, would be a maximum, or the greatest possible for the existing temperature ; so that a perfect equilibrium having once obtained, there could be neither condensation nor evaporation in any region.” – (fr:1118) [In questo caso la densità, non solo in superficie ma ovunque, sarebbe massima, ovvero la più grande possibile per la temperatura esistente; così, una volta ottenuto un equilibrio perfetto, non vi potrebbe essere né condensazione né evaporazione in alcuna regione.]). Il gradiente termico corrispondente sarebbe di 1 grado Fahrenheit ogni 400 iarde di elevazione (“For every 400 yards of elevation, the thermometer would descend I degree.” – (fr:1119) [Per ogni 400 iarde di elevazione, il termometro scenderebbe di 1 grado.]).

2. Diminuzione di temperatura più rapida di 25° ogni 6 miglia. La temperatura delle regioni superiori non è sufficiente a sostenere il peso della colonna di vapore; si avrebbe quindi condensazione in alto e, per compensare la pressione, evaporazione continua al suolo (mantenuto artificialmente a 212°). Ne deriverebbe un conflitto perpetuo tra vapore ascendente e gocce di pioggia discendenti (“Thus there would be perpetual strife between the recently raised vapour ascending, and the condensed drops of rain descending.” – (fr:1122) [Così vi sarebbe una lotta perpetua tra il vapore appena sollevato che ascende e le gocce di pioggia condensate che discendono.]), una condizione giudicata molto meno plausibile del caso precedente.

3. Diminuzione di temperatura più lenta di 25° ogni 6 miglia. La densità del vapore al suolo è ancora massima per la temperatura, ma altrove no; acqua portata in quota evaporerebbe, ma l’aumento di peso dell’atmosfera produrrebbe condensazione di vapore in acqua al suolo. Anche qui mancherebbe quell’equilibrio che si osserva nel primo caso e che meglio si accorda con la regolarità e la semplicità generalmente osservabili nelle leggi della natura.

Una lunga nota a piè di pagina ricostruisce la genealogia intellettuale di queste idee. Il primo suggerimento sull’argomento dei fluidi elastici venne da Mr. Ewart: egli aveva proposto che vapore a bassa temperatura (per esempio 32°), ma di massima densità, contenesse la stessa quantità di calore assoluto di un pari peso di vapore a 212° di massima densità; di conseguenza, se compresso gradualmente senza perdita di calore, non si avrebbe mai condensazione in acqua, e il vapore manterrebbe costantemente la sua elasticità. L’autore sviluppa questa intuizione osservando che il calore (1000°) ceduto dal vapore durante la condensazione non è altro che calore di compressione: non muta l’affinità delle molecole d’acqua per il calore; l’espulsione di calore è dovuta esclusivamente all’avvicinamento delle molecole, sia esso provocato da compressione esterna o da attrazione interna (“In fact the heat (1000°), which is given out by steam when it is condensed into water, is merely heat of compression; there is no change in the affinity of the molecules of water for heat ; the expulsion is occasioned solely by the approximation of the molecules, and would be precisely the same whether that approximation was occasioned by external compression or internal attraction.” – (fr:1127) [Infatti il calore (1000°) ceduto dal vapore quando viene condensato in acqua è semplicemente calore di compressione; non vi è alcun cambiamento nell’affinità delle molecole d’acqua per il calore; l’espulsione è causata unicamente dall’avvicinamento delle molecole, e sarebbe esattamente la stessa sia che questo avvicinamento fosse causato da compressione esterna sia da attrazione interna.]). Una stima puramente meccanica della compressione del vapore da un volume di 2048 a 1, raddoppiandone progressivamente la densità e ipotizzando 25° ceduti a ogni raddoppio, produrrebbe solo 300° dopo 12 operazioni, una quantità molto inferiore a quella osservata, segno che verso la fine della compressione lo spazio occupato dall’atomo solido diventa una frazione significativa del volume totale, rilasciando più calore di quanto previsto dalla semplice teoria.

L’autore aggiunge che l’idea originale sul vapore gli era stata comunicata da Ewart, ma in realtà risaliva a Mr. Watt. Cita le Lectures di Black, volume 1, pagina 190, dove, commentando gli esperimenti di Watt sul vapore a basse temperature, si osserva che «troviamo che il calore latente del vapore è almeno tanto aumentato quanto il calore sensibile è diminuito», e si meraviglia che un fatto così notevole sia rimasto così a lungo conosciuto e così poco notato (“we find that the latent heat of the steam is at least as much increased as the sensible heat is diminished. It is wonderful that so remarkable a fact should have been so long known and so little noticed.” – (fr:1136-1137) [troviamo che il calore latente del vapore è almeno tanto aumentato quanto il calore sensibile è diminuito. È meraviglioso che un fatto così notevole sia stato conosciuto così a lungo e così poco notato.]).

Il brano si chiude con l’affermazione che un’atmosfera di vapore circonda effettivamente la Terra, esistendo indipendentemente dalle altre atmosfere con cui è intimamente mescolata, e con i rinvii ai saggi pubblicati dall’autore nelle Memorie della Manchester Society e nel Nicholson’s Journal. L’ultima riga, «ON CONGELATION», segna l’inizio di una nuova sezione, dedicata alla congelazione.

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8 La costituzione dell’acqua e il congelamento nel modello atomico di Dalton

L’ordinamento delle particelle, dal reticolo quadrato della massima densità a quello romboidale del ghiaccio, spiega la dilatazione anomala, le densità relative, gli angoli cristallini e fonda una nuova concezione atomica che rifiuta le affinità indefinite.

Il testo sviluppa un’ipotesi particellare per l’acqua, illustrandone il comportamento durante il congelamento e collegandolo a una teoria generale della costituzione dei corpi. Inizialmente viene descritta una pila a base quadrata di «globuli»: si immagina di sovrapporre strati successivi – «Conceive a third stratum placed in like manner upon the second, &c.» – (fr:1175) [Si immagini un terzo strato posto nello stesso modo sul secondo, ecc.]. L’insieme – «The whole being similar to a square pile of shot.» – (fr:1176) [Il tutto è simile a una pila quadrata di palle da cannone] – rappresenterebbe l’acqua alla temperatura di massima densità: «The above constitution is conceived to represent that of water at the temperature of greatest density.» – (fr:1177) [La suddetta costituzione è concepita per rappresentare quella dell’acqua alla temperatura di massima densità]. Una sezione perpendicolare di un singolo globulo poggiato su due globuli diagonali del quadrato è mostrata in una figura – «A perpendicular section of such globule resting upon two diagonal globules of the square is exhibited in Fig.» – (fr:1173) – e il calcolo del numero di particelle in un recipiente cubico viene così impostato: «let n = the number of particles in one line or side of the cube ; then n² is the number in any horizontal stratum ; and because a line joining the centres of two contiguous particles in different strata makes an angle of 45° with the horizontal plane, the number of strata in the given height will be n ÷ sine of 45° = n √2.» – (fr:1178) [Sia n il numero di particelle in una linea o lato del cubo; allora n² è il numero in ogni strato orizzontale; e poiché la linea che unisce i centri di due particelle contigue in strati diversi forma un angolo di 45° col piano orizzontale, il numero di strati nell’altezza data sarà n ÷ seno di 45° = n √2]. Ne consegue «Whence the number of particles in the cubic vessel = n³ ÷ 1/√2 = n³ √2.» – (fr:1179) [Pertanto il numero di particelle nel recipiente cubico = n³ √2].

Si suppone poi che la pila quadrata venga istantaneamente trasformata in un rombo – «Now let it be supposed that the square pile is instantly drawn into the shape of a rhombus (Fig2.)» – (fr:1180) –; ogni strato orizzontale conserva lo stesso numero di particelle ma in forma più condensata, «; then each horizontal stratum will still consist of the same number of particles as before, only in a more condensed form, each» – (fr:1181) –, e ogni particella viene ora a contatto con altre sei – «137 particle being now in contact with six others.» – (fr:1182). Questa condensazione è però controbilanciata da un incremento dell’altezza della pila – «But to counteract this condensation, the several successive strata are more elevated than before, so that the pile is increased in height.» – (fr:1183). Sorge quindi la domanda se un recipiente di data capacità contenga più particelle in questa disposizione o nella precedente – «A question then arises whether a vessel of given capacity will hold a greater number of particles in this or the former disposition ?» – (fr:1184). Nell’ultimo caso ogni particella dello strato superiore poggia solo su due particelle dello strato inferiore ed è perciò elevata del seno di 60°, come raffigurato in figura – «It must be observed, that in the last case, each particle of a superior stratum rests only on two particles of an inferior one, and is therefore elevated by the sine of 60’ as represented in Fig.» – (fr:1185) – «4.» – (fr:1186). Le basi delle due pile stanno tra loro come 1 : √(…) e le altezze come √(…) : √(…); le capacità, prodotti di base e altezza, risultano in rapporto di circa 0,707 a 0,750, ovvero 94 a 100 – «The bases of the two piles are as 1 : √… and their heights as √… : √… and the capacities are as the products of the base and height, or as .707 to .750 nearly, or as 94 to 100» – (fr:1187). La prima disposizione (quadrata) contiene quindi il 6% in più di particelle in uno spazio dato. L’ordinamento romboidale è ritenuto quello assunto dalle particelle d’acqua durante il congelamento – «The last or rhomboidal arrangement is sup posed to be that which the particles of water assume upon congelation.» – (fr:1188). Di conseguenza i pesi specifici di ghiaccio e acqua dovrebbero stare come 94 a 100 – «The specific gravities of ice and water should therefore be as 94 to » – (fr:1189). Poiché l’acqua contiene normalmente il 2% in volume di aria atmosferica, la quale viene liberata e rimane intrappolata nel ghiaccio aumentandone il volume senza accrescerne sensibilmente il peso, il peso specifico del ghiaccio si riduce di un ulteriore 2%, raggiungendo il valore 92, in perfetto accordo con l’osservazione – «But it should be remembered that water usually contains 2 per cent, in bulk of atmospheric air : and that this air is liberated upon congelation ; and is commonly entangled amongst the ice in such sort as to increase its bulk without materially increasing its weight ; this reduces the specific gravity of ice 2 per cent, or makes it 92, which agrees exactly with observation.» – (fr:1190). Così è spiegato il primo fenomeno (la dilatazione al congelamento) – «Hence the 1st fact is explained.» – (fr:1191). L’angolo di un rombo è 60° e il suo supplemento 120°; se nella congelazione si manifestano angoli particolari, ci si devono attendere questi valori, in accordo con il secondo e il terzo fenomeno – «The angle of a rhombus is 60% and its supplement 120°; if any particular angles are manifested in the act of congelation, therefore we ought to expect these, agreeable to the 2d and 3d phenomena.» – (fr:1192).

Per rendere conto di altri fenomeni occorre considerare il modo in cui i corpi si espandono per il calore. L’espansione non può dipendere semplicemente dall’allargamento delle atmosfere individuali delle particelle – «Is the expansion occasioned simply by the enlargement of the individual atmospheres of the component particles ?» – (fr:1195) –, ipotesi che vale per fluidi elastici e forse per i solidi, ma non per i liquidi – «This is the case with elastic fluids, and perhaps with solids, but certainly not with liquids.» – (fr:1196). Non si spiegherebbe altrimenti come l’acqua possa espandersi di 1 unità con l’aggiunta di una certa quantità di calore a una temperatura e di 340 unità aggiungendo la stessa quantità a un’altra temperatura, entrambe lontane dallo zero assoluto – «How is it possible that water should be expanded a portion represented by l upon the addition of a certain quantity of heat at one temperature, and by 340 upon the addition of a like quantity at another temperature, when both temperatures are remote from the absolute zero, the one perhaps 6000° and the other 6170° ?» – (fr:1197-1198). L’unica spiegazione plausibile è un cambiamento di disposizione delle particelle – «The fact cannot be accounted for on any other sup position than that of a change of arrangement in the component particles» – (fr:1199) –, e un passaggio graduale dalla forma quadrata a quella romboidale prodotto sia dall’aggiunta sia dalla sottrazione di calore. L’acqua di massima densità ha dunque le particelle disposte a quadrato; aggiungendo o togliendo calore le particelle iniziano ad avvicinarsi alla forma romboidale e il tutto si espande, nello stesso modo e per la stessa variazione di temperatura sopra e sotto quel punto – «It is to be supposed then that water of the greatest possible density has its particles arranged in the square form ; but if a given quantity of heat be added to, or taken from it, the particles commence their approach to the rhomboidal form, and consequently the whole is expanded, and that the same by the same change of temperature, whether above or below that point.» – (fr:1200). Sottraendo calore all’acqua di 38 °F (temperatura di massima densità) si ha espansione e una moderata inclinazione verso la forma romboidale; quando la massa è soggetta a un moto tremulo, per l’energia di certe affinità la nuova forma si completa in un istante e si forma una porzione di ghiaccio, mentre il calore emesso rallenta il processo successivo fino al congelamento totale – «If heat be taken away from water of 38°, then expansion is the consequence, and a moderate inclination of the particles towards the rhomboidal form; but this only extends a small way whilst the mass is subject to a tremulous motion, so as to relieve the obstructions occasioned by friction ; by the energy of certain affinities, the new form is completed in a moment, and a portion of ice formed ; heat is then given out which retards the subsequent formation, till at last the whole is congealed.» – (fr:1201-1202). Questo è il processo ordinario di congelamento – «This is the ordinary process of congelation.» – (fr:1203). Se invece l’acqua viene mantenuta in perfetta quiete, l’avvicinamento graduale alla forma romboidale può proseguire molto oltre; l’espansione continua nella maniera usuale e un leggero attrito o adesione delle particelle basta a contrastare la nuova formazione finché un tremore accidentale non contribuisce a ristabilire l’equilibrio – «But if the mass of water cooled is kept in a state of perfect tranquillity, the gradual approach to the rhomboidal form can be carried much farther ; the expansion goes on according to the usual manner, and the slight friction or adhesion of the particles is sufficient to counteract the balance of energies in favour of the new formation, till some accidental tremor contributes to adjust the equilibrium.» – (fr:1204). L’operazione è analoga ad avvicinare progressivamente una calamita a un pezzo di ferro su un tavolo, dove la prossimità senza contatto è molto favorita se si evita ogni vibrazione del tavolo – «A similar operation is performed when we lay a piece of iron on a table, and hold a magnet gradually nearer and nearer ; the proximity of the approach, without contact, is much assisted by guarding against any tremulous motion of the table.» – (fr:1205). Così sono spiegati i restanti fenomeni – «Hence the rest of the phenomena are accounted for.» – (fr:1206).

Il discorso si amplia poi nella sezione “ON THE CONSTITUTION OF BODIES.” – (fr:1208). Vi si distinguono tre stati dei corpi – fluidi elastici, liquidi e solidi – «THERE are three distinctions in the kinds of bodies, or three states, […] elastic fluids, liquids, and solids.» – (fr:1209) – e si osserva che l’acqua è in grado di assumerli tutti e tre – vapore fluido elastico, acqua liquida, ghiaccio solido – «A very familiar instance is exhibited to us in water, of a body, which, in certain circumstances, is capable of assuming all the three states.» – (fr:1210-1211). Queste osservazioni conducono all’idea che tutti i corpi siano costituiti da un numero enorme di particelle piccolissime, o atomi di materia, legati da una forza di attrazione che, a seconda delle circostanze, si manifesta come attrazione di coesione o, quando raccoglie le particelle da uno stato disperso, come attrazione di aggregazione o affinità – «all bodies of sensible magnitude, whether liquid or solid, are constituted of a vast number of extremely small particles, or atoms of matter bound together by a force of attraction, […] properly called in that view, attraction of cohesion ; but as it collects them from a dispersed state (as from steam into water) it is called, attraction of aggregation, or more simply, affinity.» – (fr:1212-1213). Qualunque nome riceva, si tratta della medesima potenza – «Whatever names it may go by, they still signify one and the same power.» – (fr:1214). L’autore non mette in dubbio questa conclusione, ma lamenta che non se ne sia fatto uso e che la negligenza abbia prodotto una visione oscura dell’agente chimico – «but to shew that we have hitherto made no use of it, and that the consequence of the neglect, has been a very obscure view of chemical agency» – (fr:1215). Il bersaglio polemico sono le opinioni di Berthollet sulle leggi dell’affinità chimica – come l’idea che l’azione chimica sia proporzionale alla massa e che in tutte le unioni chimiche esistano gradazioni insensibili nelle proporzioni dei principi costituenti – «The opinions I more particularly allude to, are those of Berthollet on the Laws of chemical affinity ; such as that chemical agency is proporzionale to the mass, and that in all chemical unions, there exist insensible gradations in the proportions of the constituent principles.» – (fr:1216). Tali opinioni sono giudicate incompatibili con la ragione e con l’osservazione – «The inconsistence of these opinions, both with reason and observation, cannot, I think, fail to strike every one who takes a proper view of the phenomena.» – (fr:1217). Infine, si pone la questione se le particelle ultime di un corpo, come l’acqua, siano tutte uguali per figura, peso, ecc. – «Whether the ultimate particles of a body, such as water, are all alike, that is, of the same figure, weight, &c. is a question of some importance.» – (fr:1218-1219) –, domanda che incornicia il programma teorico atomico e la necessità di particelle definite e uniformi.

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9 La costituzione dei fluidi elastici e la diffusione dei gas nell’opera di John Dalton

Il testo analizza in modo serrato la natura delle forze agenti tra le particelle dei fluidi elastici e il comportamento delle miscele gassose, testimoniando la fase di elaborazione e difesa della teoria atomica di Dalton. Attraverso il confronto con i critici e il rimando a esperimenti propri e altrui, l’autore pone le basi della moderna concezione delle pressioni parziali e dell’indipendenza reciproca dei gas.

Sin dall’inizio l’indagine distingue tra forze assolute e forze efficaci. Riconosce che “The absolute attraction and repulsion of the particles of an elastic fluid, we have no means of estimating, though we can have little doubt but that the cotemporary energy of both is great; but the excess of the repulsive energy above the attractive can be estimated” – (fr:1246) [L’attrazione e la repulsione assoluta delle particelle di un fluido elastico non abbiamo modo di stimarle, benché si possa dubitare poco che l’energia contemporanea di entrambe sia grande; ma l’eccesso dell’energia repulsiva rispetto a quella attrattiva può essere stimato]. Nel vapore la repulsione supera l’attrazione (fr:1245) e l’unica forza in grado di muovere le particelle è l’eccesso di repulsione: “the only force which is efficacious to move the particles is the excess of the repulsion above the attraction” – (fr:1248). Di conseguenza un fluido elastico non richiede alcuna forza per separare le particelle, bensì “it always requires a force to retain them in their situation, or to prevent their separation” – (fr:1251) [richiede sempre una forza per trattenerle nella loro posizione o per impedirne la separazione].

Il calcolo quantitativo offerto per il vapore rende visibile tale eccesso. Assumendo per la densità del vapore circa 1/1700 di quella dell’acqua, ogni particella di vapore ha diametro 12 volte superiore e deve premere su 144 particelle di una superficie acquosa. Poiché la pressione su ciascuna equivale a una colonna d’acqua di 34 piedi, “the excess of the elastic force in a particle of steam is equal to the weight of a column of particles of water, whose height is 34 X 144 = 4896 feet” – (fr:1247) [l’eccesso della forza elastica in una particella di vapore è pari al peso di una colonna di particelle d’acqua alta 4896 piedi]. Questa forza elastica diminuisce all’aumentare della distanza tra le particelle.

L’immagine meccanica con cui Dalton raffigura il fluido elastico è quella di un recipiente pieno di pallini da caccia; ma mentre questi sono uniformemente duri, le particelle del fluido sono costituite da “an exceedingly small central atom of solid matter, which is surrounded by an atmosphere of heat, of great density next the atom, but gradually growing rarer according to some power of the distance” – (fr:1253) [un atomo centrale di materia solida estremamente piccolo, circondato da un’atmosfera di calore, di grande densità vicino all’atomo ma che diventa gradualmente più rarefatta secondo una qualche potenza della distanza]. È proprio la presenza di queste atmosfere termiche a spiegare le leggi di dilatazione e la relazione tra densità e forza repulsiva: “the force of a mass of elastic fluid is directly as the density” – (fr:1254) [la forza di una massa di fluido elastico è direttamente proporzionale alla densità] e la potenza repulsiva di ogni particella è inversamente proporzionale al suo diametro (fr:1255). Quando un volume d’aria si espande, ad esempio a otto volte lo spazio iniziale, il diametro delle particelle elastiche cresce come la radice cubica dello spazio, le distanze raddoppiano e le atmosfere di calore occupano un volume circa otto volte maggiore; “whence we see that these atmospheres must be diminished in density in nearly the same ratio as the mass of elastic fluid” – (fr:1258) [ne consegue che queste atmosfere debbono diminuire di densità quasi nello stesso rapporto della massa del fluido elastico].

La transizione dallo stato elastico a quello liquido viene interpretata come il prevalere dell’affinità attrattiva sulla forza repulsiva del calore. In gas come idrogeno e ossigeno, che resistono a ogni pressione finora applicata, la repulsione del calore è più che sufficiente a vincere l’affinità e la pressione esterna (fr:1259‑1261). Nel vapore, invece, una compressione moderata porta alla scomparsa apparente dell’elasticità e alla formazione di gocce liquide. L’impressione iniziale è che il fenomeno assomigli “to the breaking of a spring, rather than to the curbing of one” – (fr:1266) [alla rottura di una molla piuttosto che al freno di una molla]; tuttavia Dalton ritiene che la condensazione derivi dall’affinità che diviene superiore al calore, non indebolito ma sopraffatto. Nell’avvicinarsi delle particelle la repulsione cresce per la concentrazione del calore, ma l’affinità aumenta in misura maggiore fino a raggiungere un equilibrio, e l’acqua liquida è il risultato (fr:1269). La costituzione del liquido va quindi pensata come un aggregato di particelle “exercising in a most powerful manner the forces of attraction and repulsion, but nearly in an equal degree” – (fr:1273) [che esercitano nel modo più potente le forze di attrazione e repulsione, ma in grado quasi uguale].

La seconda parte del testo è dedicata alla costituzione dei fluidi elastici misti e segna un salto concettuale di grande rilievo storico. È dato per certo che due gas che non si combinano chimicamente, posti insieme, si diffondono uniformemente occupando la somma dei volumi e rimanendo mescolati indipendentemente dalla gravità specifica (fr:1277). Dopo aver ricordato le prime osservazioni di Priestley e i propri esperimenti che dimostravano la diffusione graduale dei gas (fr:1285‑1289), Dalton demolisce l’ipotesi che l’aria “sciolga” il vapore acqueo per affinità chimica. L’esperienza mostra che gas diversi disciolgono la stessa quantità di acqua e che la tensione del vapore non dipende dalla densità dell’aria (fr:1293‑1295), mentre nel vuoto torricelliano il vapore esiste con identica forza e quantità (fr:1298). Tali fatti lo inducono ad abbandonare del tutto la vecchia ipotesi.

La nuova teoria, formulata nell’autunno del 1801, poggia su un principio semplice e fecondo: “the particles of one gas are not elastic or repulsive in regard to the particles of another gas, but only to the particles of their own kind” – (fr:1303) [le particelle di un gas non sono elastiche o repulsive rispetto alle particelle di un altro gas, ma soltanto rispetto a quelle del proprio genere]. Di conseguenza, in un recipiente contenente una miscela, ogni gas agisce indipendentemente sulle pareti con la propria elasticità, come se l’altro fosse assente, senza che si osservi azione reciproca fra i due fluidi (fr:1304). Questo spiega in modo immediato perché la quantità di vapore nell’aria satura sia esattamente quella che si avrebbe nel vuoto alla medesima temperatura, e perché la condensazione per raffreddamento segua la stessa legge del vapore puro (fr:1305‑1307). La verifica con etere solforico conferma la generalità del comportamento (fr:1309‑1310).

La teoria, esposta nei saggi letti alla Literary and Philosophical Society di Manchester e pubblicati nel 1802, incontrò un’accoglienza problematica: i nuovi fatti furono apprezzati, ma la parte teorica “was almost universally misunderstood, and consequently reprobated” – (fr:1314‑1315) [fu quasi universalmente fraintesa e di conseguenza riprovata]. Le obiezioni più frequenti riguardavano il fatto che, se un gas fosse stato come il vuoto per un altro, due volumi messi insieme avrebbero dovuto occupare un unico volume (fr:1318), e che i gas avrebbero dovuto stratificarsi secondo la gravità specifica (fr:1317). Per replicare, Dalton illustrò il meccanismo con cui due particelle di un gas A si respingono secondo la legge nota anche quando una o più particelle di un gas B sono frapposte, senza che ciò disturbi la loro azione reciproca: un comportamento paragonabile all’azione magnetica, non alterata dall’interposizione di un corpo non magnetico (fr:1322‑1324).

In risposta ai critici, e in particolare a Berthollet – il quale accettava i fatti e la formula per la quantità di vapore disciolto, ma obiettava che occupando gli interstizi come vuoti non si dovrebbe avere aumento di volume – Dalton propone un esperimento diretto. In un recipiente rovesciato su mercurio contenente aria secca, dopo aver introdotto un po’ d’acqua o etere, il vapore che si sprigiona occupa gli interstizi dell’aria; tuttavia “the surface of the mercury being now pressed both by the dry air, and by the new raised vapour, is more pressed within than without, and an enlargement of the volume of air is unavoidable, in order to restore the equilibrium” – (fr:1343‑1344) [la superficie del mercurio, premuta ora sia dall’aria secca sia dal nuovo vapore sprigionato, subisce dall’interno una pressione maggiore che dall’esterno, e una dilatazione del volume d’aria è inevitabile per ristabilire l’equilibrio]. Allo stesso modo, nell’atmosfera terrestre l’evaporazione genererebbe vapore che, salendo, dilaterebbe le atmosfere di azoto e ossigeno (fr:1347‑1348).

La testimonianza diretta del travaglio sperimentale e del confronto con la comunità scientifica conferisce al testo un valore storico e cronachistico. Esso documenta il momento in cui Dalton sistematizza la distinzione tra fluidi elastici puri e miscele, formula il concetto di pressione parziale, e difende la propria visione contro obiezioni che saranno superate solo con il consolidarsi della teoria atomica. La figura delle atmosfere di calore e l’analogia magnetica, benché non definitive, mostrano il tentativo di ancorare le proprietà macroscopiche a un modello meccanico delle particelle, segnando un passaggio decisivo verso la chimica fisica moderna.

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10 La controversia tra Dalton e Berthollet sui fluidi elastici misti: pressioni parziali e affinità chimica

Una difesa serrata dell’idea che ogni gas in una miscela eserciti la propria pressione indipendentemente dagli altri e che la soluzione chimica dei gas, proposta da Berthollet, sia superflua e in contrasto con i fatti.

Il brano, tratto da una memoria sui fluidi elastici misti, costituisce un momento cruciale della disputa tra John Dalton e Claude‑Louis Berthollet circa la natura delle miscele gassose. Dalton vi espone i fondamenti della propria teoria delle pressioni parziali, respingendo il modello della “soluzione” chimica debole avanzato dall’autore francese. La discussione si snoda attorno a un’idea centrale: in una miscela di gas ciascun componente si comporta come se fosse da solo, senza che le particelle eterogenee interagiscano elasticamente tra loro.

L’autore chiarisce subito una conseguenza sorprendente del suo modello, spesso fraintesa. Se si aggiunge vapore acqueo all’aria, non si verifica alcun aumento di volume a pressione costante; il peso complessivo della colonna atmosferica cresce, ma la sua densità diminuisce:

“In this case it is true, there would not be any augmentation of volume when aqueous vapour was combined with the air; humidity would increase the weight of the congregated atmospheres, but diminish their specific gravity under a given pressure.” – (fr:1350) [In questo caso è vero che non vi sarebbe alcun aumento di volume quando il vapore acqueo si combina con l’aria; l’umidità aumenterebbe il peso delle atmosfere raccolte, ma ne diminuirebbe il peso specifico a una data pressione.]

Questa affermazione, che a molti appariva controintuitiva, era per Dalton una conseguenza pressoché ovvia della sua ipotesi, tanto da meravigliarsi che potesse sfuggire a chiunque avesse familiarità con la chimica pneumatica (fr:1351‑1352).

Per illustrare come particelle dello stesso tipo possano respingersi elasticamente senza agire su particelle di tipo diverso, Dalton ricorre a un’analogia magnetica:

“Two magnets repel each other, that is, act upon each other with an expansive force, yet they do not act upon other bodies in the same way, but merely as inelastic bodies; and this no doubt would be the same if they were reduced to atoms: So two particles of the same kind of air may act upon each other elastically, and upon other bodies inelastically, and therefore not at all, unless when in contact.” – (fr:1356) [Due magneti si respingono, cioè agiscono l’uno sull’altro con una forza espansiva, eppure non agiscono su altri corpi allo stesso modo, ma solo come corpi anelastici; e senza dubbio sarebbe lo stesso se fossero ridotti ad atomi: così due particelle dello stesso genere di aria possono agire elasticamente l’una sull’altra e anelasticamente su altri corpi, e quindi per nulla, salvo quando sono in contatto.]

Nella concezione di Dalton, dunque, l’elasticità è una proprietà selettiva, esercitata soltanto tra particelle omogenee. Ciò svuota di significato l’idea di una soluzione chimica debole: in una miscela di azoto e ossigeno le forze repulsive omogenee prevalgono su qualsiasi debole affinità eterogenea. L’autore ammette l’esistenza di affinità energetiche tra ossigeno e idrogeno, ma precisa che in condizioni ordinarie la repulsione dovuta al calore le controbilancia più che completamente (fr:1361‑1362). Quella che Berthollet chiama soluzione è quindi solo il risultato di un bilanciamento di forze opposte:

“When the excess of the repulsive power above the attractive in different gases is comparatively small and insignificant, it constitutes that character which may be denominated neutral, and which I supposed to exist in the class of mixed gases which are not observed to manifest any sign of chemical union.” – (fr:1360) [Quando l’eccesso del potere repulsivo su quello attrattivo in gas differenti è relativamente piccolo e insignificante, esso costituisce quel carattere che si può definire neutro, e che io supposi esistere nella classe dei gas misti che non mostrano alcun segno di unione chimica.]

Un punto dolente della controversia riguardava il ruolo della pressione atmosferica nel mantenere l’acqua allo stato liquido. Dalton nega risolutamente che la pressione dell’aria sia necessaria a impedire l’evaporazione incontrollata. Al contrario, la sola gravità, agendo sul vapore stesso, basterebbe a formare un’atmosfera stabile al di sopra della superficie liquida:

“It would in a short time be condensed into water merely by its weight, leaving a small portion, such as the temperature could support, amounting perhaps to half an inch of mercury in weight, as a permanent atmosphere, which would effectually prevent any more vapour from rising, unless there were an increase of temperature.” – (fr:1376) [In breve tempo si condenserebbe in acqua semplicemente a causa del proprio peso, lasciando una piccola porzione, quale la temperatura potrebbe sostenere, per un ammontare forse di mezzo pollice di mercurio in peso, come atmosfera permanente, che impedirebbe efficacemente l’innalzamento di ulteriore vapore, a meno che non vi fosse un aumento di temperatura.]

L’obiezione che la diffusione dei gas richieda molto tempo – e che quindi un gas non possa considerare un altro come vuoto – viene riconosciuta come plausibile, ma rimandata a una discussione più approfondita (fr:1370‑1371). Dalton non nega il fenomeno, bensì lo integra in un quadro in cui le particelle si mescolano gradualmente sino a raggiungere una pressione uniforme per ciascuna specie.

Particolare attenzione è dedicata alla legge newtoniana di repulsione tra le particelle elastiche, secondo cui la forza repulsiva cresce in proporzione inversa alla distanza dei centri. Dalton la considera immutabile e rimprovera a chiunque teorizzi sui fluidi elastici di non tenerla costantemente presente (fr:1403‑1405). Applicata alla soluzione bertholletiana, essa costringe a una scelta: o le particelle di ossigeno e di idrogeno mantengono la loro individualità, e allora la repulsione eterogenea, uguale a quella omogenea, distrugge ogni idea di soluzione chimica; oppure si uniscono a formare nuove particelle composte, ma ciò comporterebbe condensazione, sviluppo di calore e nuove proprietà – cioè una vera combinazione, non una soluzione debole.

L’argomento più personale e fondativo della teoria di Dalton compare quando si affronta il principio idrostatico che ogni particella di fluido sostiene l’intera pressione. L’autore vi rinuncia esplicitamente, facendone il tratto distintivo della propria ipotesi:

“It is in the renunciation of that hydrostatical principle that the leading feature of the theory consists. The lowest particle of oxygen in the atmosphere sustains the weight of all the particles of oxygen above it, and the weight of no other.” – (fr:1443‑1444) [È nella rinuncia a quel principio idrostatico che consiste la caratteristica principale della teoria. La particella più bassa di ossigeno nell’atmosfera sostiene il peso di tutte le particelle di ossigeno sopra di essa, e il peso di nessun’altra.]

Da qui discende la massima operativa:

“It was therefore a maxim with me, that every particle of gas is equally pressed in every direction, but the pressure arises from the particles of its own kind only.” – (fr:1445) [Fu quindi per me una massima che ogni particella di gas è ugualmente pressata in ogni direzione, ma la pressione proviene soltanto dalle particelle della propria specie.]

Questa concezione conduce direttamente alla legge delle pressioni parziali: quando due gas vengono a contatto, ciascuno si espande fino a occupare l’intero volume, e la pressione che ogni particella subisce diminuisce progressivamente fino a diventare quella del gas originario dilatato al volume doppio. In tal modo la somma delle pressioni parziali uguaglia la pressione totale, mentre la forza sulla parete del recipiente resta identica su entrambe le teorie (fr:1446‑1449).

Nell’ultima parte del brano Dalton risponde alle critiche del dottor Thomson. Pur riconoscendo la difficoltà posta dal lungo tempo di mescolamento dei gas, e ammettendo che l’obiezione non è agevole da superare (fr:1450), osserva che la facilità con cui miscele come quelle di gas nitroso e ossigeno reagiscono istantaneamente milita a favore dell’ipotesi che le particelle eterogenee siano effettivamente inelastiche tra loro e pronte a combinarsi nel momento del contatto. L’intera discussione mostra come, in un passaggio storico decisivo, la teoria atomica dei gas di Dalton si confrontasse con le vedute chimico‑affinitarie di Berthollet, fondando la moderna nozione di pressione parziale e rifiutando la soluzione come categoria intermedia tra miscela meccanica e vero composto.

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11 Sulla teoria dei fluidi elastici misti: critica all’affinità chimica e affermazione della pressione indipendente

L’autore difende la propria concezione meccanica dei gas miscelati, in cui ciascun componente esercita una pressione distinta, opponendosi alle teorie fondate su debole attrazione chimica o adesione.

L’esame si apre accantonando due obiezioni di Thomson (1461), mentre si riconosce a Murray una descrizione «molto chiara dei fenomeni dell’atmosfera e di altre simili miscele di fluidi elastici» ‑ ”Mr. Murray has lately edited a system of chemistry, in which he has given a very clear description of the phenomena of the atmosphere, and of other similar mixtures of elastic fluids.” (fr:1462) [Il signor Murray ha recentemente curato un sistema di chimica nel quale ha dato una descrizione molto chiara dei fenomeni dell’atmosfera e di altre simili miscele di fluidi elastici.] e una discussione abile delle teorie proposte (1463). Tuttavia, l’autore reputa la propria ipotesi ingegnosa ma, per Murray, non complessivamente soddisfacente quanto quella da lui adottata (1465). Murray non contesta il meccanismo dell’elasticità indipendente dei singoli gas in miscela, ma giudica non necessario un postulato tanto straordinario e disapprova l’applicazione della teoria all’evaporazione (1466).

Il nucleo della proposta di Murray risiede in un’attrazione sempre esercitata tra gas che in certe circostanze possono combinarsi. L’autore estende tale massima ai gas puri, incluso il vapore acqueo: ”that be-. tween the particles o^ pure gases, which arc capable under any circumstances of combining, an attraction must always be exerted.” (fr:1472‑1473) [che tra le particelle dei gas puri, capaci in qualunque circostanza di combinarsi, debba sempre esercitarsi un’attrazione.] e la applica al vapore, fluido elastico puro le cui particelle in certe condizioni si combinano (1474). Murray stesso osserva che la distinzione tra gas e vapori è solo relativa alla temperatura: ”this disthinction (between gases and vapours) is merely relative, and arises from the dilTerence of temperature at which they are formed ; the state with regard to each, while they exist in it, is precisely the same.” (fr:1475) [questa distinzione (tra gas e vapori) è puramente relativa e nasce dalla differenza di temperatura a cui sono formati; lo stato di ciascuno, finché esiste in esso, è esattamente lo stesso.] Eppure il vapore non mostra tracce di attrazione più di quante ne mostri l’ossigeno gassoso (1476‑1478). La conclusione è che, sebbene tutti i corpi si attraggano sempre, in certe circostanze agisce anche un potere repulsivo, e la forza motrice efficace è la differenza tra le due (1480).

La nozione di «debole azione» o «debole azione reciproca» appare coerente finché si parla di affinità chimica di scarsa entità; ma quando si afferma che tale affinità è esercitata al punto da impedire la separazione delle particelle elastiche, non si può più chiamarla debole (1481). Se quest’affinità agisse nel vapore a 212 °F, l’attrazione dovrebbe uguagliare la repulsione, esercitando una forza pari al peso di una colonna d’acqua alta 4896 piedi, come indicato dal rimando a pagina 146 (1482‑1483). Appare inoltre singolare che gas che non si combinano mai, come idrogeno e acido carbonico, si dissolvano reciprocamente con la stessa facilità di quelli che occasionalmente si combinano; anzi l’idrogeno riesce a sollevare l’acido carbonico dal fondo alla sommità di un recipiente, benché quest’ultimo abbia una gravità specifica venti volte maggiore (1484‑1485).

L’autore sollecita chi adotta la teoria della soluzione mutua a spiegare come siano disposte le particelle eterogenee in una miscela: in un insieme di 8 particelle di ossigeno per 1 di idrogeno, le distanze centrali delle particelle di idrogeno sono mediamente doppie di quelle dell’ossigeno (1488). Quale distanza centrale vi sarebbe tra una particella di idrogeno e quella di ossigeno a cui è legata da debole unione chimica? (1489‑1490). Berthollet, pur criticando il diagramma con cui l’autore aveva illustrato le proprie idee, non fornisce alcuna informazione precisa sulla collocazione delle particelle, se non lasciando intendere che l’affinità è così debole da conservare le dimensioni della miscela (1493). Di fronte a una repulsione di superiorità infinita, «che cosa può fare questa debole affinità?» – ”What can this weak affinity do, when opposed by a repulsive power of infinite superiority ?” (fr:1494) [Che cosa può fare questa debole affinità, quando le si oppone un potere repulsivo di infinita superiorità?]

Sul vapore in presenza d’aria, Murray mette in dubbio l’esattezza del fatto che la quantità di vapore sia la stessa nel vuoto che nell’aria, senza però accertare in quale caso sia più abbondante (1495). L’autore considera questo il banco di prova tra la teoria meccanica e quella chimica: ”This is cer tainly the touchstone of the mechanical and chemical theories ; and I had thought that whoever admitted the truth of the fact, must unavoidably adopt the mechanical theory.” (fr:1496) [Questa è certamente la pietra di paragone delle teorie meccanica e chimica; e avevo pensato che chiunque ammettesse la verità del fatto dovesse inevitabilmente adottare la teoria meccanica.] Berthollet, convinto dall’esperienza che il fatto è inconfutabile, tenta di conciliarlo con la teoria chimica, con un successo lasciato al giudizio altrui (1497). Lo stesso Murray, insieme a Berthollet, condanna come stravagante la posizione secondo cui, se l’atmosfera fosse annientata, la quantità di vapore acqueo presente rimarrebbe pressoché invariata (1498‑1499), e l’autore li sfida a calcolare sulla loro ipotesi la quantità di vapore che si raccoglierebbe intorno alla terra (1500).

Un passaggio storico decisivo è la scoperta di Henry nel 1802: ”the quantity of any gas absorbed by water is increased in direct pro portion to the pressure of the gas on the surface of the water.” (fr:1501) [la quantità di qualsiasi gas assorbito dall’acqua aumenta in proporzione diretta alla pressione del gas sulla superficie dell’acqua.] Già in precedenza l’autore, studiando l’acido carbonico atmosferico, si era stupito che l’acqua pura non ne mostrasse traccia nonostante l’esposizione prolungata, e aveva concluso che la quantità assorbita dipendeva dalla densità del gas nella miscela sovrastante (1502‑1504). Non aveva però sospettato la generalità della legge prima dell’annuncio di Henry (1505). Subito comprese che per determinare l’assorbimento massimo occorreva gas assolutamente puro, altrimenti l’effetto massimo per una data pressione non poteva prodursi (1506). Il suggerimento, comunicato a Henry, risultò corretto e indusse a ripetere alcune misure (1507). Dopo attenta considerazione, Henry si convinse che il sistema che dava la soluzione più semplice e intelligibile era proprio quello dell’autore: ”each gas in any mixture exercises a distinct pressure, which continues the same if the other gases are withdrawn.” (fr:1509) [ciascun gas in qualunque miscuglio esercita una pressione distinta, che rimane la stessa se gli altri gas sono ritirati.] Tale adesione è documentata in una lettera sull’ottavo volume del Nicholson’s Journal (1510‑1511). Seguirono critiche di Gough, che considerava l’atmosfera un composto chimico di gas e vapore basandosi su fenomeni igrometrici, e risposte di Henry (1513‑1516). Gough riprendeva l’opinione sostenuta da Halley, Le Roy, Hamilton e Franklin, secondo cui l’aria possiede un’affinità per l’acqua (1517‑1518). Saussure, nei suoi Saggi sull’igrometria del 1783, propose che l’acqua passasse dapprima in vapore e fosse poi disciolta dall’aria, ma questa teoria anfibia non guadagnò proseliti, pur mostrando l’instabilità della precedente (1519‑1520). Il colpo definitivo alla soluzione chimica dell’acqua in aria venne nel 1791 con il Saggio sul fuoco di Pictet e, ancor più, con la memoria di De Luc sull’evaporazione pubblicata nelle Philosophical Transactions del Questi studiosi dimostrarono che tutti i fenomeni igrometrici si verificano altrettanto bene, anzi più rapidamente, nel vuoto che nell’aria, a parità di umidità presente: ”all the train of hygrometrical phenomena takes place just as well, indeed rather quicker, in a vacuum, than in air, provided the same quantity of moisture is present.” (fr:1523) [tutta la serie dei fenomeni igrometrici si verifica altrettanto bene, anzi piuttosto più rapidamente, nel vuoto che nell’aria, purché sia presente la stessa quantità di umidità.] Questo risultato segnò la fine della dottrina della soluzione chimica e fornì una solida conferma alla visione meccanica dei fluidi elastici misti.

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12 Costituzione dei fluidi elastici e azione reciproca con i liquidi

Dalla convinzione che le particelle dei gas abbiano dimensioni diverse nasce una teoria meccanica della diffusione, della pressione nelle miscele e dell’assorbimento da parte dei liquidi, fondata su un equilibrio di forze attrattive e repulsive.

L’autore abbandona l’idea diffusa che tutte le particelle dei fluidi elastici abbiano la stessa dimensione. Dopo un ragionamento analogo a quello già esposto, giunge a formulare una massima: “That every species of pure elastic fluid has its particles globular and all of a size; but that no two species agree in the size of their…” – (fr:1548) [Che ogni specie di fluido elastico puro ha le sue particelle globulari e tutte della stessa dimensione; ma che nessuna due specie concordano nella dimensione delle loro particelle, a parità di pressione e temperatura]. Inizialmente lo stesso autore aveva un’idea confusa, ritenendo che un dato volume di ossigeno contenesse tante particelle quante un egual volume di idrogeno, o comunque non avesse dati per decidere (fr:1547).

La questione della ripulsione viene riesaminata. Dapprima l’autore dubita che il calore ne sia la causa, inclinando piuttosto ad attribuirla a una forza simile al magnetismo, che agirebbe solo su un tipo di materia e non su un’altra (fr:1550‑1551). Se così fosse, non si spiegherebbe perché una particella di ossigeno non respinga una di idrogeno con la stessa forza con cui respinge una sua simile, soprattutto se le particelle fossero di uguali dimensioni (fr:1552). Con più matura riflessione, però, non trova motivi sufficienti per scartare l’opinione comune che attribuisce la ripulsione al calore, e ritiene che i fenomeni delle miscele gassose possano essere spiegati senza postulare che le particelle siano reciprocamente anelastiche (fr:1553).

La disposizione geometrica delle particelle globulari in un fluido elastico puro è paragonata a quella di una pila quadrata di palle da cannone: ogni particella poggia su quattro particelle dello strato inferiore, con punti di contatto a 45° rispetto al piano orizzontale (fr:1554‑1555). In questo assetto la pressione è costante e uniforme (fr:1556). Quando due gas di diversa dimensione particellare vengono posti a contatto, le superfici eterogenee generano punti di contatto che variano tra 40° e 90°, innescando un moto intestino che spinge le particelle di un tipo tra quelle dell’altro (fr:1557). La causa di questo squilibrio è permanente: “the particles of one kind being from their size unable to apply properly to the other, so that no equilibrium can ever take place amongst the heterogeneous particles” – (fr:1558) [le particelle di una specie, a causa della loro dimensione, non riescono ad applicarsi propriamente all’altra, cosicché tra le particelle eterogenee non può mai instaurarsi un equilibrio]. Il moto intestino continua finché le particelle raggiungono la superficie opposta del recipiente e trovano appoggio stabile; l’equilibrio si raggiunge quando ciascun gas è uniformemente diffuso nell’altro (fr:1559). Nell’atmosfera aperta l’equilibrio si avrebbe solo quando le particelle giungono a un’altezza tale da essere trattenute dal proprio peso, formando un’atmosfera distinta (fr:1560‑1561).

Una conseguenza notevole della diffusione è che, dopo la miscela, la pressione su ciascuna particella è minore di prima: “Thus, in a mixture of equal measures of oxygen and hydrogen, the common pressure on each particle before mixture being denoted by 1, that after the mixture when the gas becomes of half its density, will be denoted by V4-= .794” – (fr:1564) [Così, in una miscela di uguali misure di ossigeno e idrogeno, la pressione comune su ciascuna particella prima della miscela essendo indicata con 1, quella dopo la miscela, quando il gas ha metà della sua densità, sarà indicata con 0,794]. Questo indica il principio attivo della diffusione: le particelle si muovono sempre verso la condizione di minor pressione (fr:1563). La nuova visione concorda con quella precedente su due punti essenziali: la diffusione è operata dalla ripulsione tra particelle omogenee, e all’equilibrio l’energia elastica di ciascun gas contro le pareti è la stessa che avrebbe se occupasse da solo l’intero spazio (fr:1567‑1570). Rispetto alla teoria anteriore, questa spiegazione risponde meglio all’obiezione sul perché i gas che possono combinarsi non lo facciano sempre, e perché una particella gassosa allo stato nascente sia più disposta alla combinazione di quando ha già assunto la forma elastica (fr:1571). Spiega anche la forte e durevole resistenza che un gas oppone all’ingresso di un altro (fr:1572).

Resta una difficoltà riguardante il vapore: come può sollevarsi dalla superficie dell’acqua, soggetta alla pressione atmosferica, un vapore che possiede una forza elastica di appena mezzo pollice di mercurio, dovendo vincere il peso di 30 pollici di mercurio? (fr:1573‑1574). L’affinità chimica dell’aria per il vapore è descritta come debole, eppure dovrebbe superare una forza pari al peso dell’atmosfera (fr:1577). L’autore rimanda alle proprie idee (pubblicate nei Manchester Memoirs) e suggerisce che solo dopo i primi 10 o 12 strati di particelle di un liquido la pressione su ciascuna colonna perpendicolare diventa uniforme; diverse particelle dello strato più superficiale sono in realtà soggette a una pressione molto ridotta (fr:1581).

La sezione successiva definisce il liquido come un corpo le cui parti cedono a una minima impressione e scorrono facilmente le une sulle altre, precisando che in senso stretto nessuna sostanza è anelastica (fr:1585‑1587). L’acqua, benché comunemente detta inelastica, si comprime leggermente sotto grandi forze e recupera il volume originario; “Water, he found, lost about … part of its bulk by the pressure of the atmosphere” – (fr:1591) [L’acqua, egli trovò, perdeva circa una … parte del suo volume per la pressione dell’atmosfera], secondo gli esperimenti di Canton. Considerando l’origine dell’acqua dal vapore, la sua compressibilità non sorprende: le particelle di vapore, ridotte allo stato liquido, conservano la massima parte del loro calore (fr:1592‑1594). L’acqua deve dunque essere considerata come un corpo sotto il controllo di due agenti potentissimi, l’attrazione e la ripulsione, in equilibrio (fr:1596). Quando si tenta di separare una porzione di liquido da un’altra, l’attrazione agisce da antagonista e una forza moderata è sufficiente a produrre la separazione; si percepisce però una manifesta coesione delle particelle (fr:1598‑1600). La spiegazione proposta è che, quando due particelle di vapore coalescono ad acqua, si dispongono in modo da raggiungere un equilibrio perfetto tra le due forze opposte; se una forza esterna le separa di uno spazio evanescente, la ripulsione decresce più rapidamente dell’attrazione, che acquista così un eccesso da vincere (fr:1602). La disposizione delle particelle nell’acqua non è probabilmente la stessa che nell’aria; la legge di espansione dei liquidi per calore sarebbe altrimenti inspiegabile, perché a una certa temperatura l’espansione diviene stazionaria, a differenza di quanto avviene nei gas (fr:1604‑1607).

L’ultima parte esamina l’azione reciproca tra liquidi e fluidi elastici. Viene stabilita una regola per distinguere l’azione chimica da quella meccanica: “When an elastic fluid is kept in contact with a liquid, if any change is perceived, either in the elasticity or any other property of the elastic fluid, so far the mutual action must be pronounced chemical: but if no change is perceived, … then the mutual action of the two must be pronounced wholly MECHANICAL” – (fr:1624) [Quando un fluido elastico è tenuto a contatto con un liquido, se si percepisce un qualsiasi cambiamento nell’elasticità o in altra proprietà del fluido elastico, l’azione reciproca deve essere dichiarata chimica; ma se non si percepisce alcun cambiamento, allora l’azione reciproca dei due deve essere dichiarata interamente meccanica]. L’acqua tiene in soluzione una piccola porzione d’aria contro le leggi della gravità specifica, analogamente a quanto fa con la calce (fr:1625‑1631). Tuttavia, posta sotto una pompa pneumatica, l’aria assorbita risale e viene estratta, mentre la calce rimane in soluzione (fr:1632). Ciò mostra che l’aria è trattenuta dalla pressione elastica sulla superficie dell’acqua, mentre l’acqua appare passiva (fr:1634‑1635). Se si sostituisce l’aria esterna con un’altra specie gassosa senza alleviare la pressione, l’aria fuoriesce come nel vuoto, cosicché sembrerebbe che l’acqua sia a volte attrattiva, a volte indifferente e a volte repulsiva verso l’aria (fr:1637‑1641). I dati di Henry e dell’autore mostrano che il volume di gas assorbito da un dato volume d’acqua è proporzionale alla pressione del gas esterno: “if the exterior gas is condensed or rarefied in any degree, the gas absorbed is condensed or rarefied in the same degree” – (fr:1648) [se il gas esterno è condensato o rarefatto in qualsiasi grado, il gas assorbito è condensato o rarefatto nello stesso grado]. Un fatto rimarchevole è che nessun gas è in grado di trattenere un altro gas nell’acqua; il gas fuoriesce gradualmente, come l’anidride carbonica da una cavità comunicante con l’atmosfera (fr:1649).

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13 La natura meccanica dell’assorbimento dei gas e la costituzione dei solidi nella filosofia chimica di Dalton

L’assorbimento dei gas da parte dell’acqua non è governato da affinità chimiche, ma da leggi meccaniche di pressione e permeabilità; la struttura dei solidi, analogamente, è il risultato di un equilibrio tra forze attrattive e repulsive.

Il testo si apre con la difesa della teoria meccanica dell’assorbimento dei gas, già esposta dall’autore in una precedente memoria sulle Manchester Memoirs (vol. I, nuova serie). «The opposite doctrine was first stated in a paper of mine, on the absorption of gases by water.» – (fr:1669) [La dottrina opposta venne esposta per la prima volta in un mio scritto sull’assorbimento dei gas da parte dell’acqua]. Vengono quindi criticate le posizioni di chi, come Thomson e Murray, sosteneva che «tutti i gas si combinino con l’acqua tramite una reale unione per affinità chimica» – (fr:1668). Secondo costoro, l’acqua eserciterebbe verso ciascun gas una debole affinità, analoga a quella che mantiene i gas in soluzione l’uno con l’altro, senza distinzioni.

L’evidenza, però, mostra che le proprietà dei gas rimangono inalterate dopo l’assorbimento. Se acqua contenente ossigeno viene posta a contatto con gas nitroso, i due gas si uniscono; dopodiché l’acqua assorbe «j^ of its bulk of nitrous gas» – (fr:1667) [1/8 del proprio volume di gas nitroso], proprio come sarebbe avvenuto senza tale reazione. L’obiettivo è demolire il ragionamento di Thomson, il cui argomento principale è che «water will absorb such a portion of each gas, that the repulsion between the particles absorbed, just balances the affinity of water for them.» – (fr:1677) [l’acqua assorbirebbe una porzione di ciascun gas tale che la repulsione tra le particelle assorbite bilanci esattamente l’affinità dell’acqua per esse]. Da questo principio Thomson deduce che l’affinità dell’acqua per l’acido carbonico controbilancia quasi l’elasticità, per il gas olefiante è pari a metà dell’elasticità, per l’ossigeno a 1/8, per l’azoto a 1/16 e così via (fr:1678). L’autore obietta che, se una particella d’acqua attraesse una di acido carbonico con una forza analoga a quella repulsiva, che cresce al diminuire della distanza, due particelle sarebbero in equilibrio a qualsiasi distanza; applicando una forza esterna che spinga il gas verso l’acqua, esse dovrebbero unirsi in contatto intimo (fr:1679). Di conseguenza, ogni particella d’acqua prenderebbe una particella d’acido, portando a concentrazioni incompatibili con l’esperienza (fr:1680-1682).

Murray accumula circostanze che a suo parere confutano l’ipotesi meccanica: acidi e alcali gassosi sono assorbiti dall’acqua in grande quantità, indubbiamente per affinità; perciò anche i gas meno assorbibili sarebbero sotto la stessa influenza, benché in grado minore, e «it would be impossible to point out the line of distinction between those where the absorption might be concluded to be purely mechanical, and those where the exertion of affinity must be allowed to operate.» – (fr:1683, 1689) [sarebbe impossibile tracciare la linea di distinzione tra assorbimento puramente meccanico e quello in cui si deve ammettere l’intervento dell’affinità]. La replica è netta: «I conceive nothing is more easy than to point out the exact line of distinction: wherever water is found to diminish or destroy the elasticity of any gas, it is a chemical agent; wherever it does neither of these, it is a mechanical agent.» – (fr:1690) [Ritengo che nulla sia più semplice che indicare l’esatta linea di distinzione: ovunque l’acqua diminuisca o distrugga l’elasticità di un gas, agisce come agente chimico; dove non fa né l’una né l’altra cosa, è un agente meccanico].

A sostegno della tesi meccanica viene chiamato in causa l’argomento di Henry, tratto dalle osservazioni sperimentali. Il passo è riportato integralmente: «The quantity of every gas, absorbed by water, follows exactly the ratio of the pressure; and since it is a rule in philosophizing, that effects of the same kind, though differing in degree, are produced by the same cause, it is perfectly safe to conclude, that every, even the minutest portion of any gas, in a state of absorption by water, is retained entirely by incumbent pressure. There is no occasion, therefore, to call in the aid of the law of chemical affinity, when a mechanical law fully and satisfactorily explains the appearances.» – (fr:1691-1692) [La quantità di ogni gas assorbita dall’acqua segue esattamente il rapporto di pressione; e poiché in filosofia è regola che effetti dello stesso genere, ancorché diversi in grado, siano prodotti dalla medesima causa, è perfettamente lecito concludere che ogni porzione, anche la più minuta, di qualsiasi gas assorbito dall’acqua è trattenuta interamente dalla pressione sovrastante. Non c’è quindi bisogno di chiamare in aiuto la legge di affinità chimica, quando una legge meccanica spiega pienamente e soddisfacentemente le apparenze].

Il modello meccanico di equilibrio viene ulteriormente sviluppato descrivendo la diffusione dei gas attraverso l’acqua. Un gas confinato in un recipiente pneumatico comunica con l’atmosfera tramite l’acqua: esso filtra costantemente verso l’esterno mentre l’aria atmosferica filtra in direzione opposta, finché il contenuto del recipiente diventa aria comune (fr:1694). «Water in this respect is like an earthenware retort: it admits the gases to go both ways at the same time.» – (fr:1695) [L’acqua, sotto questo aspetto, è come una storta di terracotta: lascia passare i gas in entrambe le direzioni contemporaneamente]. Resta da spiegare perché l’acqua sia molto più permeabile ad alcuni gas rispetto ad altri (fr:1696-1697). Le densità assunte dai gas disciolti offrono un indizio: «The densities 4-> iV ^” -V> ^lave most evidently a reference to a mechanical origin, but none whatever to a chemical one.» – (fr:1698) [Le densità 1/4, 1/8, 1/16, ecc. hanno in modo evidentissimo un’origine meccanica e nessuna di tipo chimico]. Solo una legge meccanica può determinare tali frazioni; un’origine chimica non saprebbe rendere conto di queste progressioni.

Nel complesso, l’acqua non è in grado di formare una barriera perfetta per nessun tipo di aria, ma differisce dalla terracotta perché non è egualmente permeabile a tutti i gas, bensì molto più permeabile a taluni (fr:1700-1701). L’azione reciproca tra acqua e gas acidi o alcalini, che appare prevalentemente chimica, viene rinviata alla trattazione separata dei singoli acidi e alcali (fr:1703).

Il testo si conclude con una sezione dedicata alla costituzione dei solidi (fr:1704-1705). Un corpo solido è definito come un aggregato le cui particelle sono in equilibrio fra due grandi potenze, attrazione e repulsione, disposte in modo che nessun cambiamento delle distanze sia possibile senza l’applicazione di una forza considerevole (fr:1706-1707). «If an approximation of the particles is attempted by force, then the heat resists it; if a separation, then the attraction resists it.» – (fr:1708) [Se si tenta di ravvicinare le particelle con la forza, il calore vi si oppone; se si tenta di separarle, è l’attrazione a opporvisi]. L’idea di Boscovich di piani alternati di attrazione e repulsione viene giudicata superflua, tranne per giustificare la modificazione superficiale che si produce quando si rompe la coesione di un corpo (fr:1709). La visione meccanica, fondata sull’equilibrio di forze opposte, viene estesa dalla descrizione delle soluzioni gassose a quella della materia solida, unificando sotto un’unica cornice concettuale l’assorbimento dei fluidi e la stabilità strutturale dei corpi rigidi.

Questo resoconto possiede un notevole significato storico e scientifico: esso testimonia il momento in cui, nei primissimi anni del XIX secolo, l’assorbimento dei gas veniva sottratto al dominio delle affinità elettive e ricondotto a leggi quantificabili di pressione e permeabilità poi formalizzate nella legge di Henry. La discussione tra i sostenitori della causa chimica (Thomson, Murray) e quelli della causa meccanica (Dalton, Henry) segna un passaggio cruciale verso una chimica fisica basata su forze misurabili, e il parallelo con la costituzione dei solidi mostra la coerenza del programma di riduzione dei fenomeni macroscopici alle interazioni tra particelle e forze di attrazione e repulsione.

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14 Metalli e Loro Proprietà in un Trattato Scientifico del Primo Ottocento

L’estratto enumera e descrive i metalli conosciuti, fornendo dati di peso specifico, malleabilità, reattività e pesi atomici, e registra le recenti scoperte di palladio e rodio nel platino grezzo.

Il testo si apre con un rapido elenco: “Titanium.” – (fr:2241) [Titanio.], “2.” – (fr:2242), “Columbium.” – (fr:2243) [Colombio.], “3.” – (fr:2244), “Tantalium.” – (fr:2245) [Tantalio.], “4.” – (fr:2246), “Cerium.” – (fr:2247) [Cerio.]. La frase immediatamente successiva chiarisce la loro collocazione sistematica: “To which last class also may the supposed metals from the earths be referred.” – (fr:2248) [Alla quale ultima classe possono essere riferiti anche i supposti metalli ottenuti dalle terre.]. Titanio, colombio (niobio), tantalio e cerio erano dunque considerati metalli derivati dalle “terre”, probabilmente gli ossidi refrattari allora noti. Segue il riferimento a una tabella riassuntiva qui non riprodotta: “Tiic following Table exhibits the chief properties of the metals in an absolute as well as comparative point of view.” – (fr:2249) [La seguente tabella mostra le principali proprietà dei metalli da un punto di vista sia assoluto che comparativo.]. Il corpo del trattato passa quindi alla descrizione particolareggiata dei singoli metalli sotto il titolo “ON THE METALS.” – (fr:2250) [DEI METALLI.].

La sezione dedicata all’Oro comincia con “249 More particular Properties of the Metals, Gold.” – (fr:2251) [249 Proprietà più particolari dei Metalli, Oro.]. La conoscenza e il valore dell’oro sono antichissimi: “This metal has been known from the earliest times, and always highly valued.” – (fr:2252) [Questo metallo è conosciuto sin dai tempi più antichi, e sempre molto apprezzato.]. La sua scarsità e le sue proprietà lo rendono un mezzo di scambio: “Its scarcity, and several of its properties, con tribute to make it a proper medium of ex change, which is one of its chief uses.” – (fr:2253) [La sua scarsità e molte delle sue proprietà contribuiscono a renderlo un adatto mezzo di scambio, che è uno dei suoi usi principali.]. La lega standard inglese è descritta con precisione: “English standard gold consists of 1 1 parts by weight of pure gold, and 1 part of copper (or silver) alloyed.” – (fr:2254) [L’oro standard inglese consiste di 11 parti in peso di oro puro e 1 parte di rame (o argento) in lega.], titolo che corrisponde a 22 carati, essendo l’oro puro di 24 carati (“This is usually spoken of as being 22 carats fine, pure gold being 24 carats fine.” – (fr:2255) [Questo viene comunemente detto a 22 carati, l’oro puro essendo a 24 carati.]). L’aggiunta di rame indurisce il metallo: “The use of the copper is to render the alloy harder, and consequently more durable than pure gold.” – (fr:2256) [L’uso del rame è di rendere la lega più dura, e di conseguenza più durevole dell’oro puro.]. L’oro mantiene inalterato colore e lucentezza in tutte le condizioni atmosferiche (“Gold retains its splendid yellow colour and lustre in all states of the atmosphere unchanged.” – (fr:2257) [L’oro mantiene il suo splendido colore giallo e la sua lucentezza inalterati in tutte le condizioni atmosferiche.]). Il peso specifico dell’oro puro battuto raggiunge 19,3 o più, mentre in altre circostanze può scendere a 19,2; quello dell’oro standard varia da 17,1 a 17,9 a seconda della lega (“Its specific gravity, when pure, and ham mered, is 3, or more; but that of the same gold, in other circumstances, may be 2.—” – (fr:2258) [Il suo peso specifico, quando puro e battuto, è 19,3 o più; ma quello dello stesso oro, in altre circostanze, può essere 19,2.]; “The specific gravity of standard gold varies from 1 to 9, accordingly as it is alloyed with copper, copper and silver, or silver, as well as from other circumstances.” – (fr:2259) [Il peso specifico dell’oro standard varia da 17,1 a 17,9 a seconda che sia legato con rame, rame e argento, o argento, così come per altre circostanze.]). L’oro eccelle per malleabilità e duttilità: “It excels all other metals in malleability and ductility ; it may be beaten out so thin, that a leaf weigh ing 1 grain, shall cover 50 or 60 square inches, in which case the leaf is only -^-y ^’aoa th part of an inch in thickness : but it is capable of be 250 GOLD.” – (fr:2260) [Supera tutti gli altri metalli in malleabilità e duttilità; può essere battuto così sottile che una foglia del peso di un grano coprirà 50 o 60 pollici quadrati, nel qual caso la foglia ha uno spessore di solo -^-y ^’aoa th di pollice: ma è capace di essere 250 ORO.], e può essere ulteriormente ridotto su filo d’argento (“ing reduced to yof that thickness on silver wire.” – (fr:2262) [ridotto a ydi quello spessore su filo d’argento.]). Il punto di fusione è indicato come 32° del pirometro di Wedgwood, un calore rosso inferiore a quello di una fucina; fuso, l’oro può mantenersi liquido per settimane senza perdere peso (“Gold melts at 32” of AVedgwood’s pyrometer ; that is, a red heat, but one greatly inferior to what mav be obtained bv a smith’s forge : when fused, it may continue in that state for several weeks without losing any ma terial weight.” – (fr:2263) [L’oro fonde a 32° del pirometro di Wedgwood; cioè, un calore rosso, ma di gran lunga inferiore a quello che si può ottenere con una fucina da fabbro: quando fuso, può rimanere in quello stato per diverse settimane senza perdere peso materiale.]). Si sospetta che formi composti con ossigeno, zolfo e fosforo, ma difficili da ottenere; si combina con la maggior parte dei metalli formando leghe (“There is reason to believe that gold combines with oxygen, sulphur, and phosphorus ; but those compounds are diffi cultly obtained.” – (fr:2264) [C’è ragione di credere che l’oro si combini con ossigeno, zolfo e fosforo; ma questi composti sono difficili da ottenere.]; “It combines with most of the metals, and forms alloys of various de scriptions.” – (fr:2265) [Si combina con la maggior parte dei metalli e forma leghe di vario tipo.]). Il peso atomico rimane incerto, stimato tra 140 e 200 volte l’atomo di idrogeno (“The weight of an atom of gold is not easily ascertained, because of the uncertainty in the proportions of the elements forming the compounds into which it enters. It is probably not less than 140, nor more than 200 times the weight of an atom of hydrogen.” – (fr:2266-2267) [Il peso di un atomo di oro non è facilmente determinabile, a causa dell’incertezza nelle proporzioni degli elementi che formano i composti nei quali entra. È probabilmente non meno di 140, né più di 200 volte il peso di un atomo di idrogeno.]).

Il Platino (“PLATINA.” – fr:2261 [PLATINO.]) proviene esclusivamente dal Sud America e si presenta in grani appiattiti bianco-grigi a lucentezza metallica (“This metal has not been found any where but in South America.” – (fr:2269) [Questo metallo non è stato trovato in nessun luogo se non in Sud America.]; “In its crude state, it consists of small flattened grains of a metallic lustre, and a grey-while colour.” – (fr:2270) [Allo stato grezzo, consiste di piccoli grani appiattiti di lucentezza metallica e di colore bianco-grigio.]). Il minerale è una lega di più metalli in cui il platino è il più abbondante (“This ore is found to be an alloy of several metals, of which platina is usually the most abundant.” – (fr:2271) [Questo minerale risulta essere una lega di vari metalli, dei quali il platino è solitamente il più abbondante.]). La purificazione sfrutta la dissoluzione in acido nitro-muriatico, la separazione di un residuo nero, l’aggiunta di sale ammoniaco e la calcinazione del precipitato giallo; per una purezza maggiore il processo va ripetuto (“The grains are dissolved in nitro-muriatic acid, except a black matter which subsides ; the clear liquor is decanted, and a solution of sal ammoniac is dropped into it : a yellow precipitate falls j this is heated to redness, and the 251 powder is platina nearly pure.” – (fr:2272-2273) [I grani vengono disciolti in acido nitro-muriatico, tranne una materia nera che si deposita; il liquido chiaro viene decantato, e vi si aggiunge una soluzione di sale ammoniaco: precipita un precipitato giallo; questo viene riscaldato al rosso, e la polvere è platino quasi puro.]; “To obtain it SI ill more pure, the process must i)e repeated upon this platina.” – (fr:2274) [Per ottenerlo ancora più puro, il processo deve essere ripetuto su questo platino.]). La massa malleabile si ottiene avvolgendo i grani in una lamina di platino, scaldandoli al rosso e martellandoli (“When these grains are wrapped up in a thin plate of platina, heated to redness, and cautiously hammered, they unite and form a solid mass of malleable metal.” – (fr:2275) [Quando questi grani vengono avvolti in una sottile lamina di platino, riscaldati al rosso e cautamente martellati, essi si uniscono e formano una massa solida di metallo malleabile.]). Il platino ha colore bianco inferiore all’argento, durezza leggermente superiore, ma peso specifico che supera tutti i corpi conosciuti, con campioni martellati che raggiungono 23 o più (“PlaUna thus obtained, is of a white colour, rather inferior to silver. In hardness it somewhat exceeds silver ; but in specific gravity it exceeds all other bodies hitherto known. Specimens of it, when hammered, have been found of the specific gravity of 23 or upwards.” – (fr:2276-2278) [Il platino così ottenuto è di colore bianco, piuttosto inferiore all’argento. In durezza supera di poco l’argento; ma in peso specifico supera tutti gli altri corpi finora conosciuti. Campioni di esso, quando martellati, sono stati trovati con peso specifico di 23 o più.]). È duttile e malleabile quasi quanto l’oro, fonde a temperatura molto elevata ma si salda al calore bianco come il ferro (“It is nearly as ductile and malleable as gold. It requires a greater heat than most metals to fuse it ; but when heated to whiteness, it welds in the same manner as iron.” – (fr:2279-2280) [È quasi tanto duttile e malleabile quanto l’oro. Richiede un calore maggiore della maggior parte dei metalli per fonderlo; ma quando è riscaldato al bianco, si salda nello stesso modo del ferro.]). Chimicamente è assai inerte: non si altera all’aria né all’acqua, non brucia né si ossida con il calore ordinario; l’ossidazione richiede galvanismo, elettricità o il calore della combustione di idrogeno e carbone in ossigeno (“It is not in any degree altered by exposure lo the air or to water. No ordinary artificial heat seems capable of burning it or uniting it to oxygen. Its oxidizement, however, may be effected by means of galvanism and electricity, and by exposing it to the heat excited by the combustion of hydrogen and charcoal in oxygenous gas.” – (fr:2281-2283) [Non viene in alcun grado alterato dall’esposizione all’aria o all’acqua. Nessun calore artificiale ordinario sembra capace di bruciarlo o di unirlo all’ossigeno. La sua ossidazione, tuttavia, può essere effettuata per mezzo del galvanismo e dell’elettricità, ed esponendolo al calore eccitato dalla combustione di idrogeno e carbone in gas ossigeno.]). Si combina con il fosforo ma non con idrogeno, carbonio o zolfo, e forma leghe con molti metalli (“Platina has been united to phosphorus, but not to hydrogen, carbone, or sulphur. It unites with most of the metals to form alloys.” – (fr:2284-2285) [Il platino è stato unito al fosforo, ma non all’idrogeno, al carbonio o allo zolfo. Si unisce con la maggior parte dei metalli per formare leghe.]). Il peso atomico è incerto: dai pochi dati sugli ossidi sembrerebbe circa 100, ma l’alto peso specifico farebbe pensare a un valore maggiore; la proporzione di ossigeno negli ossidi non è accertata (“The weight of the ultimate particle of platina cannot be ascertained from the data we have at present : from its combination with … oxygen, it should seem to be about 100 ; but, judging from its great specific gravity, one would be inclined to think it must be more. Indeed the proportion of oxygen in the oxides of platina cannot be considered as ascertained.” – (fr:2286-2288) [Il peso della particella ultima del platino non può essere determinato dai dati che abbiamo al momento: dalla sua combinazione con … ossigeno, sembrerebbe essere circa 100; ma, a giudicare dal suo grande peso specifico, si sarebbe inclini a pensare che debba essere di più. Infatti la proporzione di ossigeno negli ossidi di platino non può essere considerata come accertata.]). Gli usi principali sono chimici: per la sua infusibilità e resistenza all’ossidazione si fabbricano crogioli e altri utensili, e i fili di platino sono preziosi nelle ricerche elettriche e galvaniche (“Platina is chiefly used for chemical pur poses ; in consequence of its infusibility, and the difficulty of oxidizing it, crucibles and other utensils are made of it, in preference to every other metal. Platina wires are extremely useful in electric and galvanic researches, for like reasons.” – (fr:2289-2290) [Il platino è usato principalmente per scopi chimici; in conseguenza della sua infusibilità e della difficoltà di ossidarlo, si fanno crogioli e altri utensili di esso, a preferenza di ogni altro metallo. I fili di platino sono estremamente utili nelle ricerche elettriche e galvaniche, per ragioni simili.]).

L’Argento proviene in massima parte dall’America e i suoi usi sono ben noti (“Silver. This metal is found in various parts of the world, and in various combinations ; but the greatest quantity is derived from Ame rica. Its uses are generally known.” – (fr:2291-2293) [Argento. Questo metallo si trova in varie parti del mondo e in varie combinazioni; ma la maggior quantità proviene dall’America. I suoi usi sono generalmente noti.]). Il peso specifico dell’argento fuso è 10,474, che sale a 10,511 dopo martellatura; l’argento standard inglese, contenente 1/12 di rame, fuso è 10,2 (“The speciHc gravity of melted silver is 474 ; after being hammered, 511. English standard silver, containing -j copper, simply fused, is 2.” – (fr:2294) [Il peso specifico dell’argento fuso è 10,474; dopo essere stato martellato, 10,511. L’argento standard inglese, contenente 1/12 di rame, semplicemente fuso, è 10,2.]). Estremamente malleabile e duttile sebbene inferiore all’oro, fonde a un moderato calore rosso (“Pure silver is extremely malleable and ductile ; but inferior in these respects to gold. It melts at a moderately red heat.” – (fr:2295-2296) [L’argento puro è estremamente malleabile e duttile; ma inferiore sotto questi aspetti all’oro. Fonde a un calore rosso moderato.]). Non si ossida all’aria ma si appanna per i vapori solforosi; si unisce allo zolfo a calore moderato e può essere ossidato con galvanismo ed elettricità, bruciando con fiamma verde (“It is not oxidized by exposure to the air, but is tarnished or loses its lustre, which is occasioned by the sulphureous vapours floating in the air. It unites with sulphur in a moderate heat -, and may be oxidized by means of galvanism and electricity ; it burns with a green flame.” – (fr:2297-2298) [Non viene ossidato dall’esposizione all’aria, ma si appanna o perde la sua lucentezza, il che è causato dai vapori solforosi che fluttuano nell’aria. Si unisce allo zolfo a calore moderato; e può essere ossidato per mezzo del galvanismo e dell’elettricità; brucia con una fiamma verde.]). Si combina con il fosforo e forma leghe con la maggior parte dei metalli (“Silver combines with phosphorus, and forms alloys with most of the metals.” – (fr:2300) [L’argento si combina con il fosforo e forma leghe con la maggior parte dei metalli.]). Il peso atomico è determinabile con buona approssimazione a 100 volte l’idrogeno, sulla base di ossidi, solfuri e sali (“The relative weight of an atom of silver admits of a pretty accurate approximation, from the known proportions of certain com pounds into which silver enters ; namely, the oxides and sulphuret of silver, and the salts of silver : all of these nearly concur in deter mining the weis:ht ot an atom of silver to be 100 times that of hydrogen.” – (fr:2301) [Il peso relativo di un atomo di argento ammette un’approssimazione abbastanza accurata, dalle proporzioni note di certi composti nei quali entra l’argento; cioè, gli ossidi e il solfuro d’argento, e i sali d’argento: tutti questi concorrono quasi nel determinare il peso di un atomo di argento essere 100 volte quello dell’idrogeno.]).

Il Mercurio (quicksilver) è noto da lunga data, bianco, brillante e con peso specifico 13,58 (“Mercury. This metal, which is also known under the name of quicksilvey has been long discovered and in use. It is white and brilliant, reflecting more light from its surface, perhaps, than any other metal. Its specific gravity is 58.” – (fr:2302-2305) [Mercurio. Questo metallo, conosciuto anche sotto il nome di argento vivo, è stato scoperto da lungo tempo ed è in uso. È bianco e brillante, riflettendo dalla sua superficie più luce, forse, di qualsiasi altro metallo. Il suo peso specifico è 13,58.]). Liquido a temperatura ambiente, congela a -39°F contraendosi bruscamente, diventando malleabile ma di difficile studio allo stato solido (“It is fluid at the common temperature of the atmosphere ; but it congeals when reduced to the temperature of — 39° Fahrenheit. It contracts suddenly at the point of congelation, contrary to what is exhibited in water ; when congealed, mer cury becomes malleable ; but its qualities in a solid state are not easily to be ascertained.” – (fr:2306-2307) [È fluido alla temperatura comune dell’atmosfera; ma si congela quando è ridotto alla temperatura di -39° Fahrenheit. Si contrae improvvisamente al punto di congelazione, contrariamente a quanto si osserva nell’acqua; una volta congelato, il mercurio diventa malleabile; ma le sue qualità allo stato solido non sono facilmente accertabili.]). Bolle a circa 660° secondo la scala equidifferenziale, ma evapora a tutte le temperature (“When heated in the operi air to the temperature of 660°, or thereabouts, according to the equidifferentia! scale, mercury boils, and dis tils rapidly ; like water, however, it rises in vapour in a greater or less degree at all temperatures.” – (fr:2308-2309) [Quando riscaldato all’aria aperta alla temperatura di 660°, o giù di lì, secondo la scala equidifferenziale, il mercurio bolle e distilla rapidamente; come l’acqua, tuttavia, esso sale in vapore in grado maggiore o minore a tutte le temperature.]). Ingestito non produce effetti notevoli, essendo privo di sapore e odore (“Pure liquid mercury has no taste nor … smell ; it may be taken internally, without producing any remarkable effect on the human body.” – (fr:2310, 2312) [Il mercurio liquido puro non ha gusto né odore; può essere assunto internamente, senza produrre alcun effetto notevole sul corpo umano.]). Chimicamente si combina con ossigeno, zolfo e fosforo e forma amalgami con molti metalli (“It can be united with oxygen, sulphur, and phosphorus ; and it forms alloys, or, as they are more commonly called, qmalgams^ with most of the metals.” – (fr:2313) [Può essere unito con ossigeno, zolfo e fosforo; e forma leghe, o, come sono più comunemente chiamate, amalgami, con la maggior parte dei metalli.]). Il peso atomico, dedotto da ossidi, solfuri e sali, è circa 167 volte l’idrogeno; l’atomo di mercurio è il più pesante tra quelli conosciuti con certezza, benché due o tre metalli lo superino in peso specifico (“The weight of an atom of mercury is determinable from its oxides, its sulphuret, and the various salts which it forms with acids : from a comparison of all which, it seems to be about 167 times the weight of hydrogen. From any thing certainly known, the mercurial atom is heavier than any other ; though there are two or three metals which exceed it in specific gravity.” – (fr:2314-2315) [Il peso di un atomo di mercurio è determinabile dai suoi ossidi, dal suo solfuro, e dai vari sali che forma con gli acidi: da un confronto di tutti questi, sembra essere circa 167 volte il peso dell’idrogeno. Da quanto si sa con certezza, l’atomo mercuriale è più pesante di qualsiasi altro; benché vi siano due o tre metalli che lo superano in peso specifico.]).

Gli ultimi due metalli sono scoperte recenti. Il Palladio fu isolato da Wollaston dal platino grezzo e descritto nelle Philosophical Transactions del 1804 (“Palladium. This metal was discovered a few years ago in crude platina, by Dr. Wollas ton, of which an account may be seen in the Philos. Transact, for ” – (fr:2316-2318) [Palladio. Questo metallo fu scoperto pochi anni fa nel platino grezzo dal Dr. Wollaston, del quale si può vedere un resoconto nei Philos. Transact., del ]). È bianco, simile al platino ma molto più duro, con peso specifico pari alla metà di quello del platino (“Jt is a white metal, resembling platina in appearance, but is much harder : it is only one half of the spe cific gravity of platina.” – (fr:2319) [È un metallo bianco, somigliante al platino nell’aspetto, ma è molto più duro: ha solo la metà del peso specifico del platino.]). Richiede grande calore per fondere, si ossida difficilmente, si combina con ossigeno e zolfo e forma leghe; non esistono però dati sufficienti per determinarne il peso atomico (“It requires great heat to fuse it, and is difficultly oxidized. Palla dium combines with oxygen and sulphur, and forms alloys with several of the metals. But we have not yet sufficient data to determine the weight of its ultimate particles.” – (fr:2320-2322) [Richiede grande calore per fonderlo, ed è difficilmente ossidabile. Il palladio si combina con ossigeno e zolfo, e forma leghe con diversi metalli. Ma non abbiamo ancora dati sufficienti per determinare il peso delle sue particelle ultime.]).

Il Rodio, scoperto ancora più recentemente da Wollaston sempre nel platino grezzo, costituisce soltanto una frazione minima del minerale: “Rhodium. This metal has been discovered still more recently than the last in crude platina, by Dr. Wollaston. — It constitutes about ^liyth part of crude platiiia.” – (fr:2323-2326) [Rodio. Questo metallo è stato scoperto ancora più recentemente del precedente nel platino grezzo, dal Dr. Wollaston. — Costituisce circa 1/500 parte del platino grezzo.]. Il testo menziona anche l’intestazione «IRIDIUM AND OSMIUM» senza però fornire dettagli.

Nel complesso, il documento testimonia la transizione della chimica da sapere descrittivo a scienza quantitativa: accanto ai metalli noti da secoli e al platino, ancora di difficile lavorazione, compaiono elementi delle “terre” (titanio, tantalio, cerio) e i primi metalli del gruppo del platino (palladio, rodio). Le misure di peso specifico, le temperature di fusione sui pirometri Wedgwood e le prime determinazioni del peso atomico relativo all’idrogeno mostrano il crescente sforzo di quantificare la materia, in un’epoca in cui la teoria atomica muoveva i primi passi.

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15 Proprietà e pesi atomici dei metalli in un trattato chimico del primo Ottocento

Un’indagine sulle caratteristiche fisiche, le reattività e i primi tentativi di determinazione del peso atomico di metalli noti e di recente scoperta, tra cui iridio, osmio, potassio e sodio.

Il estratto si apre con un’osservazione su un metallo non nominato, affine al palladio ma con proprietà ritenute essenzialmente distinte: “It possesses nearly the same colour and specific gravity as palla dium, and agrees with it in other paiticulars ; but in certain respects they appear to possess essentially distinct properties.” - (fr:2327) [Possiede quasi lo stesso colore e peso specifico del palladio, e concorda con esso in altri particolari; ma per certi aspetti sembrano possedere proprietà essenzialmente distinte.] Di questo metallo, tuttavia, “The weight of the ultimate particles of this metal cannot yet be ascertained.” - (fr:2327) [Il peso delle particelle ultime di questo metallo non può ancora essere accertato.]

Segue la trattazione di due metalli scoperti di recente. Viene introdotta la coppia Iridio e Osmio (fr:2328), rinvenuti nella platina grezza da Mr. Smithson Tennant. “These two metals were lately discovered by Mr. Smithscn Tennant to exist in crude platina.” - (fr:2329) [Questi due metalli furono scoperti recentemente da Mr. Smithson Tennant nella platina grezza.] Il residuo nero e lucente che resta dopo aver disciolto la platina grezza in acido nitro-muriatico contiene entrambi gli elementi: “this, powder contains two metals, one of which Mr. Tennant called Iridium^ from the variety of colours which its solutions exhibited ; the other Osmhmiy from a peculiar smell which accompanies its oxides.” - (fr:2330) [questa polvere contiene due metalli, uno dei quali il Sig. Tennant chiamò Iridio, dalla varietà di colori che le sue soluzioni mostravano; l’altro Osmio, da un odore peculiare che accompagna i suoi ossidi.] L’iridio è descritto come un metallo bianco, infusibile come la platina e difficilmente solubile in qualunque acido, capace di combinarsi con l’ossigeno e di formare leghe (fr:2331). L’osmio, di colore grigio scuro o blu, riscaldato all’aria sviluppa un ossido volatile dall’odore caratteristico; in vaso chiuso resiste a qualsiasi calore applicato e all’azione degli acidi, ma si unisce con la potassa. Inoltre “It amalgamates with mercury.” - (fr:2334) [Si amalgama con il mercurio.] Per entrambi “The weights of the atoms of these two metals are unknown.” - (fr:2337) [I pesi degli atomi di questi due metalli sono sconosciuti.]

Si incontra poi il Rame. “The 256 COPPER.” - (fr:2335) [Il 256 RAME.] indica probabilmente il numero di pagina della sezione. “This metal has been long known.” - (fr:2339) [Questo metallo è noto da lungo tempo.] Presenta un bel colore rosso e un sapore stitico e nauseante (fr:2340). Il suo peso specifico varia da 8,6 a 8,9 (fr:2341); è duttile, può essere trafilato in fili sottili come capelli e ridotto in fogli molto sottili (fr:2342). Fonde a una temperatura superiore a quella dell’argento e inferiore a quella dell’oro, circa 27° del termometro di Wedgwood (fr:2343). Si combina con ossigeno, zolfo, fosforo e forma leghe con diversi altri metalli (fr:2344-2345). Qui il testo introduce una stima del peso atomico: “The weight of the ultimate particle of cop per, may be ascertained with considerable pre cision, from the proportions in which it is found combined with oxygen, sulphur, and phosphorus ; as well as from its combinations with the acids.” - (fr:2346) [Il peso della particella ultima del rame può essere determinato con notevole precisione, dalle proporzioni in cui si trova combinato con ossigeno, zolfo e fosforo; così come dalle sue combinazioni con gli acidi.] Il valore sembra essere “nearly 56 times that of hydrogen.” - (fr:2347) [quasi 56 volte quello dell’idrogeno.] Questa affermazione stride con la frase 2337, che dichiarava sconosciuti i pesi atomici di rame e ferro; è un’incongruenza che segnala forse l’assemblaggio di strati diversi del testo o una correzione non completamente integrata.

La sezione sul Ferro occupa diverse righe. “IRON.” - (fr:2336) e “256” sono riferimenti interni. Il metallo, “the most useful we are acquainted with, has been long known.” - (fr:2349) [il più utile che conosciamo, è noto da lungo tempo.] Si trova in quasi ogni paese e in una grande varietà di combinazioni (fr:2350). I suoi minerali richiedono grande calore per espellere le impurità e fondere il metallo, ottenendo dapprima ghisa in pani detta cast iron (fr:2351). Segue un’operazione laboriosa che ha lo scopo di espellere il carbone e l’ossigeno ancora presenti e renderlo malleabile: “’Ibis consists chiefly in hammering the i/on when heated almost to fusion.” - (fr:2353) [Questa consiste principalmente nel martellare il ferro quando è scaldato quasi a fusione.] Il ferro è suscettibile di alta lucidatura, molto duro, con peso specifico da 7,6 a 7,8 (fr:2354). Si distingue soprattutto per l’attrazione magnetica: “It is distinguishable from all other metals, by possessing, in a high degree, (indeed almost exclusively) magnetical attraction.” - (fr:2355) [Si distingue da tutti gli altri metalli per possedere, in alto grado, (anzi quasi esclusivamente) l’attrazione magnetica.] La magnetite stessa è principalmente ferro con alcune modificazioni (fr:2356). La sua malleabilità aumenta con la temperatura, la duttilità è superata da pochi metalli e la tenacità non è eguagliata da nessun altro corpo conosciuto (fr:2357). Il ferro malleabile puro fonde a 158° Wedgwood, contro i 130° circa della ghisa (fr:2358). Si combina con ossigeno, carbone, zolfo e fosforo; le sue leghe non sono di grande importanza (fr:2359). Per il peso atomico si può fare affidamento su numerose combinazioni: “I’he weight of an atom of iron may be found from almost any of its numerous com binations, either its oxides, its sulphurets, or … any of the salts which it forms with acids : all these will be found to give the same weight nearly ; namely, 50 times the weight of an atom of hydrogen.” - (fr:2360-2362) [Il peso di un atomo di ferro può essere ricavato da quasi ognuna delle sue numerose combinazioni, sia i suoi ossidi, i suoi solfuri, o… i sali che forma con gli acidi: tutti daranno all’incirca lo stesso peso; cioè 50 volte il peso di un atomo di idrogeno.]

Il Nichel proviene da minerali tedeschi che contengono spesso altri metalli, ed è difficile da estrarre puro (fr:2364). Da puro ha colore bianco argenteo, peso specifico 8,279 e, forgiato, 0,666 (fr:2365). È malleabile sia a caldo che a freddo e si può ridurre in fogli spessi 1/1000 di pollice (fr:2366); richiede un calore elevatissimo per fondere (fr:2367). Mostra un comportamento magnetico notevole: “Jt is attracted by the magnet nearly as much as iron, and may be converted into a magnet itself.” - (fr:2368) [È attratto dalla calamita quasi quanto il ferro, e può essere esso stesso trasformato in un magnete.] Si combina con ossigeno, zolfo e fosforo e può essere legato con altri metalli (fr:2369). Il peso del suo atomo è ancora incerto per mancanza di dati accurati: “perhaps it will be found to weigh about 25, or else double that number,” - (fr:2370) [forse risulterà pesare circa 25, oppure il doppio, ]

La sezione dedicata allo Stagno riferisce che “This metal has been long known, though it is found but in few places compara tively.” - (fr:2372) [Questo metallo è noto da lungo tempo, sebbene si trovi in pochi luoghi relativamente.] La Cornovaglia è l’unica parte della Gran Bretagna dove abbondi e le sue miniere sono le più celebri d’Europa (fr:2373). “Tin … is a white metal, nearly resembling silver ; its specific gravity is about 3.” - (fr:2374-2375) [Lo stagno è un metallo bianco, che somiglia quasi all’argento; il suo peso specifico è circa 7,3.] È molto malleabile ma inferiore a molti metalli in duttilità e tenacità (fr:2376). Fonde alla bassa temperatura di 232 °C (440 °F) (fr:2377). All’aria perde lucentezza e diventa grigio; fuso, la superficie passa rapidamente al grigio e col tempo al giallo (fr:2378). Si combina con ossigeno, zolfo e fosforo e forma leghe con la maggior parte dei metalli (fr:2379). Il peso del suo atomo, “probably about 50 times heavier than hydrogen.” - (fr:2381) [probabilmente circa 50 volte più pesante dell’idrogeno.]

Del Piombo si dice che “This metal seems to have been known in early times” - (fr:2383) [Questo metallo sembra essere stato conosciuto in tempi antichi.] Ha colore bianco bluastro, brillante appena fuso ma presto opaco all’aria. È letale se ingerito: “it operates as a deadly poison when taken internally : it seems to benumb the vital functions, and to destroy the nervous sensibility, inducing a paralysis, and finally death.” - (fr:2384) [agisce come un veleno mortale se assunto internamente: sembra intorpidire le funzioni vitali e distruggere la sensibilità nervosa, inducendo una paralisi e infine la morte.] Il peso specifico, martellato o meno, è circa 11,3-11,4; è malleabile e riducibile in lamine sottili (fr:2385). Fonde intorno a 321 °C (610 °F) (fr:2386). Si combina con ossigeno, zolfo e fosforo e forma leghe con la maggior parte degli altri metalli (fr:2387-2388). La stima del peso atomico è data con maggior sicurezza: “I estimate at 95 times that of hydrogen.” - (fr:2389) [Stimo a 95 volte quello dell’idrogeno.]

Lo Zinco era stato estratto puro in Gran Bretagna solo da poco più di mezzo secolo (fr:2390). “Zinc is a brilliant white metal, inclining to blue.” - (fr:2391) [Lo zinco è un metallo bianco brillante, tendente al blu.] Il peso specifico è tra 6,9 e 7,2 (fr:2392). Una scoperta recente dei signori Hobson e Sylvester di Sheffield ne ha mostrato la malleabilità in una finestra termica tra 210° e 300°, dopo la quale rimane morbido e flessibile (fr:2393-2394). Fonde intorno a 360 °C (680 °F) ed evapora considerevolmente sopra tale temperatura (fr:2395). All’aria perde presto la lucentezza e diventa grigio, in acqua annerisce emettendo idrogeno (fr:2396). Si combina con ossigeno, zolfo e fosforo e forma leghe utili con molti metalli (fr:2397-2398). Il peso atomico, “weighs nearly 56 times as much as hydrogen.” - (fr:2399) [pesa quasi 56 volte tanto quanto l’idrogeno.]

La parte più articolata riguarda il Potassio, la cui conoscenza si deve principalmente a Mr. Davy (fr:2400-2401). “its oxide, potash, or the fixed vegetable alkali, is universally known j but the decomposition of the oxide is a recent discovery.” - (fr:2402) [il suo ossido, la potassa, o l’alcali vegetale fisso, è universalmente noto; ma la decomposizione dell’ossido è una scoperta recente.] Il metallo si ottiene esponendo all’azione di una potente pila galvanica un piccolo pezzo di potassa caustica pura, leggermente umida per condurre: “by its operation, the oxygen of the potash is ex pelled, and fluid metallic globules of the ap pearance of mercury, are obtained.” - (fr:2403) [con il suo funzionamento, l’ossigeno della potassa viene espulso, e si ottengono globuli metallici fluidi dall’aspetto del mercurio.] Messrs. Gay Lussac e Thenard hanno prodotto il potassio anche esponendo la potassa a trucioli di ferro a calore bianco, ottenendo potassio e una lega potassio-ferro (fr:2405). Esperimenti simili di Davy hanno prodotto abbondante idrogeno gassoso (fr:2406), fatto che suggerisce che la potassa sia un composto di potassio e acqua, non di potassio e ossigeno. I chimici francesi sostenevano invece che il potassio fosse un composto di idrogeno e potassa, ma Davy obietta che ciò equivale a dire che “potasium is a compound of hydrogen and an unknown base, which compound united to oxygen forms potash.” - (fr:2407) [il potassio è un composto di idrogeno e una base sconosciuta, il quale composto unito all’ossigeno forma la potassa.] La controversia, si conclude, “must be left to future experience.” - (fr:2409) [deve essere lasciata all’esperienza futura.] Le proprietà fisiche del potassio sono descritte con precisione: a 0 °C è solido e fragile, con fratture cristalline; a 10 °C è molle e malleabile; a 15,5 °C è imperfettamente fluido; a 37,7 °C è perfettamente fluido e i globuli si uniscono come nel mercurio. Distilla a calore prossimo al rosso (fr:2409). La sua bassa densità, “Its specific gravity is only 6 ; this cir cumstance would seem to countenance the notion of its containing hydrogen.” - (fr:2410) [Il suo peso specifico è solo 6; questa circostanza sembrerebbe avvalorare l’idea che contenga idrogeno.] Si combina con ossigeno, zolfo e fosforo e forma leghe con molti metalli (fr:2411). Il peso dell’atomo di potassio risulta dalle combinazioni con l’ossigeno essere “35 times that of hydrogen.” - (fr:2412) [35 volte quello dell’idrogeno.] La sezione si chiude con il titolo SODIUM a pagina 262 (fr:2408), promessa di una descrizione che nell’estratto non viene sviluppata.

L’insieme delle stime dei pesi atomici (rame ~56, ferro ~50, nichel forse 25 o 50, stagno ~50, piombo ~95, zinco ~56, potassio ~35) riflette la fase pionieristica della teoria atomica, in cui i valori erano dedotti dalle proporzioni stechiometriche delle combinazioni note, con incertezze e ipotesi multiple come per il nichel. La presenza di indicazioni di pagina e la compresenza di notazioni come “The 256 COPPER.” e “welfrhts of the atoms of these two metals are unknown.” – seguita immediatamente da stime – suggerisce un testo ancora in evoluzione, forse appunti per una pubblicazione successiva o un’opera in cui le scoperte si accumulano senza una completa armonizzazione redazionale.

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16 Metalli e scoperte in un manuale di chimica del primo Ottocento

Un campionario di metalli, dai più noti ai recentissimi, descritti con le loro proprietà fisiche, la reattività e le stime del peso atomico secondo la teoria di Dalton, offrendo una testimonianza viva della chimica sperimentale tra il 1807 e il

Il testo procede come una rassegna sistematica di elementi metallici, alcuni isolati da poco mediante elettrolisi o processi ad altissima temperatura. L’autore alterna notizie sulla scoperta, caratteristiche fisiche, comportamento chimico e una valutazione del peso atomico relativo all’idrogeno. Colpiscono la mescolanza di dati precisi, approssimazioni e lacune, segno di una scienza in rapido movimento.

Il sodio apre la serie e viene subito legato all’impresa di Humphry Davy: “Mr. Davy obtained this metal from the fixed mineral alkali, or soda, by means of galvanism, in the same way as potasium.” – (fr:2414) [Il signor Davy ottenne questo metallo dall’alcali minerale fisso, o soda, per mezzo del galvanismo, nello stesso modo del potassio.] La sua descrizione è quella di un metallo “solid, white melal, having the appearance of silver” – (fr:2415) [solido, bianco, dall’aspetto argenteo], straordinariamente malleabile e più molle di qualsiasi altra sostanza metallica. La gravità specifica è “rather less than water, being 9348” – (fr:2416) [piuttosto minore dell’acqua, essendo 9348] (verosimilmente 0,9348), e fonde “at 120% and is perfectly fluid at 180^” – (fr:2417) [a 120° ed è perfettamente fluido a 180°]. Il peso atomico, ricavabile dalla combinazione con l’ossigeno, risulta “nearly 21 times ihe weight of hydrogen” – (fr:2422) [quasi 21 volte il peso dell’idrogeno].

Il bismuto è presentato come metallo noto da poco più di un secolo. “This has not been known as a distinct metal much more than a century.” – (fr:2424) [Questo non è conosciuto come metallo distinto da molto più di un secolo.] Ha colore bianco-rossastro, gravità specifica circa 9,8, ed è fragile ma fonde verso i 480°. Con forte calore rosso “burns w-ith a blue flame, and emits yellow fumes” – (fr:2426) [brucia con una fiamma blu ed emette fumi gialli]. Il suo atomo è stimato “about 68 times the weight of an atom of hydrogen” – (fr:2428) [circa 68 volte il peso di un atomo di idrogeno].

L’antimonio era già impiegato sotto forma di minerali dagli antichi, ma il metallo puro “has not been known more than 300 years” – (fr:2430) [non è conosciuto da più di 300 anni]. Di colore bianco-grigiastro e gravità specifica 6,7–6,8, è molto fragile e fonde intorno a 810 °F. Perde lucentezza all’aria. Dal punto di vista atomico, il testo dice che il suo peso “seems to be 40 times the weight of hydrogen” – (fr:2435) [sembra essere 40 volte il peso dell’idrogeno].

L’arsenico ha composti noti agli antichi, ma come corpo semplice “known in a distinct character for more than a century” – (fr:2438) [conosciuto con carattere distinto da più di un secolo]. Il colore è grigio-bluastro, con gravità specifica 8,5 e un punto di fusione non determinabile a causa della grande volatilità: riscaldato a 350°, “sublimes quickly, and exhibits a strong smell resembling that of garlic, which is characteristic of this metal” – (fr:2439) [sublima rapidamente ed esibisce un forte odore simile a quello dell’aglio, che è caratteristico di questo metallo]. Si combina con l’ossigeno producendo “one of the most virulent poisons” – (fr:2440) [uno dei veleni più virulenti]. Il suo atomo pesa 42 volte l’idrogeno.

Il cobalto era usato da tempo per tingere il vetro di blu, ma il metallo fu estratto solo nel secolo precedente. Di colore grigio tendente al rosso, fragile, fonde a 180° della scala di Wedgwood. Una peculiarità è la sua risposta magnetica: “it is attracted … by the magnet, and is itself capable of being made magnetic, according to Wenzel” – (fr:2445) [è attratto … dalla calamita ed è esso stesso capace di essere reso magnetico, secondo Wenzel]. L’atomo è incerto, “probably 50 or 60 times that of hydrogen” – (fr:2447) [probabilmente 50 o 60 volte quello dell’idrogeno].

Il manganese minerale era impiegato nelle vetrerie da oltre un secolo, ma il metallo “was not discovered till about 40 years ago” – (fr:2449) [non fu scoperto fino a circa 40 anni fa]. Il metallo puro è bianco-grigiastro, brillante, con gravità specifica 6,85–7, fragile e fonde a 160° Wedgwood. In polvere è attratto dalla calamita, ma si sospetta sia a causa di ferro residuo. All’aria “attracts oxygen … becoming grey, brown, and finally black” – (fr:2451) [attrae ossigeno … diventando grigio, bruno e infine nero]. Il suo atomo “seems to be about 40 times that of hydrogen” – (fr:2456) [sembra essere circa 40 volte quello dell’idrogeno].

Il cromo viene trovato unito all’ossigeno a formare un acido nel minerale di piombo rosso di Siberia. Ottenuto puro, “is white inclining to yellow ; it is brittle, and requires a great heat to fuse it” – (fr:2459) [è bianco tendente al giallo; è fragile e richiede un grande calore per fonderlo]. Le altre proprietà non sono ancora note. L’atomo “perhaps, weighs about J 2 times that of hydrogen” – (fr:2462) [forse pesa circa 52 volte quello dell’idrogeno].

L’uranio fu scoperto da Klaproth nel 1789 in un minerale della Sassonia. Ottenuto con difficoltà e in piccole quantità, è stato esaminato da pochi. Ha “colour … iron grey ; it has considerable lustre ; it yields to the file” – (fr:2466) [colore … grigio ferro; ha notevole lucentezza; cede alla lima]. La gravità specifica è incerta: 8,1 secondo Klaproth, 9,0 secondo Bucholz. Il suo atomo “is probably about 60 times that of hydrogen” – (fr:2468) [è probabilmente circa 60 volte quello dell’idrogeno].

Il molibdeno proviene da un solfuro, la molibdena, e richiede “an extraordinary heat to reduce it” – (fr:2470) [un calore straordinario per ridurlo]; il metallo è stato ottenuto soltanto in piccoli granuli. Il colore è bianco-giallastro, con gravità specifica 7,4 secondo Hielm e 8,6 secondo Bucholz. Il suo atomo “probably weighs about 60 times that of hydrogen” – (fr:2475) [probabilmente pesa circa 60 volte quello dell’idrogeno].

Il tungsteno è tra i metalli di recente scoperta. “It is difficultly obtained, requiring an excessive heat for its fusion” – (fr:2478) [È ottenuto difficilmente, richiedendo un calore eccessivo per la sua fusione]. Si presenta di colore bianco-grigiastro, con gravità specifica altissima, “17.2 or 6 ; it is very hard, being scarcely impressed with a file” – (fr:2479) [17,2 o 17,6; è molto duro, essendo a malapena scalfito da una lima]. L’atomo non è determinabile con sicurezza, ma dagli ossidi si stima “55 times that of hydrogen, or upwards” – (fr:2481) [55 volte quello dell’idrogeno, o di più].

Il titanio viene descritto come un metallo scoperto di recente. “It is said ro be of a dark copper colour ; it has much brilliancy, is brittle, and possesses in small scales a considerable degree of elasticity” – (fr:2484) [Si dice sia di un colore rame scuro; ha molta lucentezza, è fragile e possiede in piccole scaglie un notevole grado di elasticità]. È altamente infusibile, si ossida all’aria e “detonates when thrown into red hot … nitre” – (fr:2488,fr:2491) [detona quando viene gettato nel nitro rovente]. Il suo atomo “probably weighs about 40 or 50 times that of hydrogen” – (fr:2492) [probabilmente pesa circa 40 o 50 volte quello dell’idrogeno].

Chiudono la rassegna due metalli di cui non si era ancora ottenuta la forma ridotta. Il columbium (niobio) fu individuato nel 1802 da Hatchett, che isolò un acido metallico da un minerale americano: “He did not succeed in reducing the acid to a metal ; but, from the phenomena it exhibited, there was little room to doubt of its containing a peculiar metal” – (fr:2495) [Non riuscì a ridurre l’acido a metallo; ma, dai fenomeni che esso presentava, c’era poco spazio per dubitare che contenesse un metallo peculiare]. Il tantalio fu scoperto dal chimico svedese Ekeberg: “A white powder is extracted from certain minerals, which appears to be an oxide of this metal” – (fr:2498) [Dai certi minerali si estrae una polvere bianca, che appare essere un ossido di questo metallo].

Il testo è attraversato da numeri di pagina spuri (263, 264, 265, 266, 267, 268) che interrompono frasi come “The weight of an atom of sodium, as de BISMUTH. ANTIMONY. 263 duced from its combination with oxyj^en.” – (fr:2419–2421), rivelando la provenienza da un volume a stampa e offrendo un involontario spaccato della materialità dei libri scientifici dell’epoca. Storicamente, il documento fissa il momento in cui la pila di Volta e il galvanismo permettevano di isolare i metalli alcalini, mentre la teoria atomica di Dalton spingeva a quantificare i pesi relativi degli elementi. Le incertezze su densità, pesi atomici e persino sulla possibilità di ottenere taluni metalli testimoniano una chimica vivace, ancora legata alla difficoltà di raggiungere temperature elevatissime e alla riduzione di ossidi ostinati.

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17 La Disputa sulla Composizione dell’Acido Muriatico

Dagli esperimenti elettrochimici di Davy emerge un quadro contraddittorio sulla natura dell’acido muriatico, risolto solo da una nuova ipotesi atomica che ne identifica la base nell’idrogeno.

Il resoconto si apre con il riconoscimento del lavoro preparatorio di Henry, i cui studi avevano dimostrato che “pure, dry muriatic acid gas, is scarcely affected by electricity” - (fr:2696) [il gas di acido muriatico puro e secco è scarsamente influenzato dall’elettricità]. Durante quegli esperimenti fu osservata “a very small diminution in volume, and some traces of hydrogenous gas” - (fr:2697) [una piccolissima diminuzione di volume e alcune tracce di gas idrogeno], che Henry attribuì all’acqua o al vapore contenuto nel gas. L’autore respinge però questa spiegazione, ricordando che l’acido muriatico gassoso per sua natura non contiene vapore acqueo, e giudica “probable, therefore, that the hydrogen was derived from the decomposition of part of the acid” - (fr:2699) [probabile, quindi, che l’idrogeno derivasse dalla decomposizione di parte dell’acido].

Questa conclusione trova un potente rafforzamento negli esperimenti successivi di Davy. Viene citato direttamente il suo resoconto del 1808: “When potasium was heated in muriatic acid gas, as dry as it could be obtained by common chemical means, there was a violent chemical action with ignition; and when the potasium was in sufficient quantity, the muriatic acid gas wholly disappeared, and from one third to one fourth of its volume of hydrogene was evolved, and muriate of potash was formed.” - (fr:2703) [Quando il potassio veniva riscaldato in gas di acido muriatico, reso secco quanto possibile con mezzi chimici comuni, si verificava una violenta azione chimica con ignizione; e quando il potassio era in quantità sufficiente, il gas di acido muriatico scompariva interamente, e da un terzo a un quarto del suo volume di idrogeno veniva sviluppato, e si formava muriato di potassa.] Da ciò Davy deduce che “muriatic acid is a compound of oxygen and hydrogen” - (fr:2704) [l’acido muriatico è un composto di ossigeno e idrogeno].

L’autore procede con un’analisi critica dei dati quantitativi, riportando che 8 grani di potassio assorbirono “22 cubic inches of acid gas, and gave 8 inches of hydrogen” - (fr:2705) [22 pollici cubici di gas acido, e diedero 8 pollici di idrogeno]. Questo esperimento particolare viene giudicato palesemente erroneo per inconsistenza con il fatto generale. La dimostrazione è ineccepibile: 22 pollici cubici di gas acido pesano 11 grani, cui sommati gli 8 grani di potassio si ottengono 19 grani; ma 8 grani di potassio generano solo 14,6 grani di muriato di potassa, e aggiungendo il peso di 8 pollici cubici di idrogeno si arriva a 14,8 grani, un valore ben lontano dai 19 attesi (fr:2707). Viene perciò adottato il principio generale, confermato da più esperimenti e internamente coerente: quando il potassio brucia in gas di acido muriatico, l’intero gas scompare, si libera da un terzo a un quarto del suo volume in idrogeno e si forma muriato di potassa (fr:2708).

Dall’analisi ponderale del muriato di potassa emerge un calcolo cruciale: “the oxygen in muriate of potash is nearly 1/7 of the weight of the acid” - (fr:2711) [l’ossigeno nel muriato di potassa è quasi 1/7 del peso dell’acido]. Applicando questa proporzione all’esperimento in cui scompaiono 22 pollici cubici di gas (11 grani), si deduce che circa 2,4 grani devono essere stati ossigeno proveniente dall’acido. Poiché 2,4 grani di ossigeno corrispondono a 8 pollici cubici, servirebbero 16 pollici cubici di idrogeno per formare acqua. Non essendo stata osservata una tale quantità di idrogeno, si conclude che l’acqua non può essere la fonte dell’ossigeno (fr:2715).

Un fatto analogo, rilevato da Davy, riguarda la galvanizzazione del carbone in gas di acido muriatico, con formazione di muriato di mercurio e sviluppo di idrogeno pari a un quarto del volume del gas (fr:2716). Davy ipotizza anche qui la presenza di acqua, ma l’autore obietta che, se l’ossigeno per l’ossido derivasse dall’acqua, l’idrogeno liberato dovrebbe essere almeno il doppio, dato che il rapporto tra ossigeno nell’ossido e acido nel muriato è identico al caso del potassio (fr:2717, 2718). La critica si estende a una prova diretta di Davy, che aveva confrontato il peso di muriato di mercurio ottenuto per precipitazione con quello da combustione di potassio e trasferimento dell’acido, non trovando differenze significative. L’inferenza è giudicata erronea sulla base della stechiometria: unire 100 pollici cubici di acido muriatico alla potassa deve produrre più muriato che bruciare potassio nello stesso volume di gas, perché i pesi dei materiali lo esigono necessariamente (fr:2722).

Il ragionamento si sposta infine sul piano atomico. Poiché dall’esame di tutti i muriati risulta che il peso atomico dell’acido muriatico è 22 volte quello dell’idrogeno (fr:2723), “it occurred to me that hydrogen was probably the base of the acid; if so, an atom of the acid must consist of 1 atom of hydrogen and 3 atoms of oxygen” - (fr:2724) [mi venne in mente che l’idrogeno era probabilmente la base dell’acido; se così, un atomo di acido doveva consistere di 1 atomo di idrogeno e 3 atomi di ossigeno]. Questa idea, già annunciata nel 1807 con una rappresentazione figurativa dell’atomo, trova ora conferma negli esperimenti di Davy. Supponendo un peso specifico del gas di 1,67, 12 misure di acido contengono 11 misure di idrogeno e circa 16,5 misure di ossigeno; se un quarto dell’acido si decompone, si liberano quasi 3 misure di idrogeno e oltre 4 misure di ossigeno, e gli atomi di quest’ultimo si legano uno a uno con gli atomi di potassio per fornire la potassa necessaria a saturare i tre quarti di acido residuo (fr:2727). La medesima spiegazione si applica alla formazione del muriato di mercurio, con la precisazione che, adottando il peso specifico di Kirwan di 1,93, l’idrogeno liberato risulterebbe compreso tra un quarto e un quinto del volume del gas acido (fr:2729).

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[14.1/1-53-2857|2909]

18 La costituzione degli acidi muriatico, ossimuriatico e iperossimuriatico nella nascente teoria atomica

Dalle misure di gas ai pesi atomici: un passaggio fondativo della chimica moderna, tra esperimenti quantitativi, ipotesi sulla composizione e il problema ancora aperto della natura dell’acido muriatico.

Il testo offre una finestra sulla chimica dei primi dell’Ottocento, quando la teoria atomica di Dalton veniva messa alla prova sui composti del cloro, all’epoca ancora interpretati come acidi contenenti ossigeno. L’autore parte dai propri esperimenti sull’acido ossimuriatico (l’odierno cloro gassoso), osservando che “In every one of the experiments, the acid was less than the hydrogen.” – (fr:2857) [In ognuno degli esperimenti, l’acido era in quantità minore dell’idrogeno.] Descrive poi il comportamento alla luce: “The above experiments are highly amusing in a day of clouds and gleams; the presence of the direct solar light instantly gives the motion of the mercury a stimulus, and it as quickly abates when a cloud intervenes.” – (fr:2858) [Gli esperimenti sopra descritti sono assai divertenti in una giornata di nuvole e schiarite; la presenza della luce solare diretta imprime immediatamente uno stimolo al movimento del mercurio, che altrettanto rapidamente diminuisce quando una nuvola si frappone.] Un dettaglio cromatico accompagna la reazione: “The surface of the mercury in the tube always becomes fine sky blue during the process; and so does liquid ammonia that has been used to decompose oxymuriatic acid; I do not know what is the reason in either case.” – (fr:2859) [La superficie del mercurio nel tubo diventa sempre di un bel blu cielo durante il processo, e altrettanto fa l’ammoniaca liquida usata per decomporre l’acido ossimuriatico; non conosco la ragione di nessuno dei due casi.]

Sul piano quantitativo, i risultati sono tradotti in volumi e pesi. “From the results above, it appears that 100 measures of oxymuriatic acid gas must consist of 53 measures of oxygen, united to a certain portion of muriatic acid gas.” – (fr:2860) [Dai risultati sopra esposti, appare che 100 misure di gas acido ossimuriatico devono consistere di 53 misure di ossigeno, unite a una certa porzione di gas acido muriatico.] Seguono i pesi: “Now, 100 cubic inches of oxymuriatic acid gas weigh 72 or 73 grains, and 53 inches of oxygen weigh about 18 grains, which is rather less than ¼th of the above.” – (fr:2861) [Ora, 100 pollici cubi di gas acido ossimuriatico pesano 72 o 73 grani, e 53 pollici di ossigeno pesano circa 18 grani, che è poco meno di un quarto del totale.] Da qui scaturisce il ragionamento atomico: “Hence, if the atom of muriatic acid weigh 22, that of oxymuriatic acid must weigh 29; and thus we obtain the constitution of this last acid.” – (fr:2862) [Di conseguenza, se l’atomo di acido muriatico pesa 22, quello di acido ossimuriatico deve pesare 29; e così otteniamo la costituzione di quest’ultimo acido.] La formula atomica è esplicitata: “An atom of it consists of one of muriatic acid and one of oxygen united; the former weighs 22, the latter 7, together making 29; or about 76 muriatic acid, and 24 oxygen, per cent.” – (fr:2863) [Un atomo di esso consiste di un atomo di acido muriatico e uno di ossigeno uniti; il primo pesa 22, il secondo 7, per un totale di 29; ovvero circa 76% di acido muriatico e 24% di ossigeno.]

I dati di densità confermano il quadro. Due frasi contigue, interrotte da un numero di pagina, dichiarano che “Thus, it appears, that the former experiments on the specific gravities of hYperoxymuriatic acid.” – (fr:2864) [Così appare che i precedenti esperimenti sulle gravità specifiche dell’acido iperossimuriatico] e “309 those fluids, corroborate the recent ones on their constitution.” – (fr:2865) [309 quei fluidi, corroborano i recenti sulla loro costituzione.] L’autore prosegue esplorando la struttura dell’acido muriatico: se la sua costituzione è determinata correttamente, “then oxymuriatic acid must consist of 1 atom of hydrogen and 4 of oxygen.” – (fr:2866) [allora l’acido ossimuriatico deve consistere di 1 atomo di idrogeno e 4 di ossigeno.] Resta però fermo un punto: “At all events, 1 atom of muriatic acid must combine with 1 of oxygen to form 1 of oxymuriatic acid.” – (fr:2867) [In ogni caso, 1 atomo di acido muriatico deve combinarsi con 1 di ossigeno per formare 1 di acido ossimuriatico.] Le proprietà fisiche dell’atomo gassoso sono descritte con precisione: “The diameter of the elastic atom of this gas is nearly the same as hydrogen, and may therefore be denoted by 1, but it is rather less; and the number of atoms in a given volume of this gas is to the number in the same volume of hydrogen, as 106 to 100 nearly.” – (fr:2868) [Il diametro dell’atomo elastico di questo gas è quasi lo stesso dell’idrogeno, e può quindi essere indicato con 1, ma è leggermente inferiore; e il numero di atomi in un dato volume di questo gas sta al numero nello stesso volume di idrogeno come 106 a 100 circa.] Ne consegue che “the atoms of oxymuriatic acid are rather more dense than those of muriatic acid, or than those of hydrogen.” – (fr:2869) [gli atomi di acido ossimuriatico sono un po’ più densi di quelli dell’acido muriatico, o di quelli dell’idrogeno.]

L’attenzione si sposta sull’acido iperossimuriatico. “The existence of a compound denominated hyperoxymuriatic acid, has been clearly shewn in a state of combination; but it has not, and perhaps can not, be exhibited in a separate, elastic, or even liquid form, probably on account of the great weight and number of its elementary parts.” – (fr:2872) [L’esistenza di un composto denominato acido iperossimuriatico è stata chiaramente dimostrata in stato di combinazione; ma non è stato, e forse non può essere, mostrato in forma separata, elastica o anche liquida, probabilmente a causa del grande peso e numero delle sue parti elementari.] “It is clearly a compound of muriatic acid and an enormous quantity of oxygen.” – (fr:2873) [È chiaramente un composto di acido muriatico e un’enorme quantità di ossigeno.] La sintesi avviene facendo passare gas ossimuriatico in soluzioni di alcali o loro carbonati. “It is obtained in combination with the” – (fr:2874) [Si ottiene in combinazione con gli] “alkalies and earths, by sending a stream of oxymuriatic acid gas into solutions of these elements, or of their carbonates in water.” – (fr:2875) [alcali e terre, inviando un flusso di gas acido ossimuriatico in soluzioni di questi elementi, o dei loro carbonati in acqua.] Durante la concentrazione avviene una ridistribuzione dell’ossigeno: “one atom of oxymuriatic acid seizes upon an atom of oxygen from each of its neighbouring particles, and reduces them to ordinary muriatic acid; in this state it forms with an atom of alkali an hyperoxymuriate, whilst the other atoms of acid form muriates.” – (fr:2876) [un atomo di acido ossimuriatico afferra un atomo di ossigeno da ciascuna delle particelle vicine, e le riduce ad acido muriatico ordinario; in questo stato forma con un atomo di alcali un iperossimuriato, mentre gli altri atomi di acido formano muriati.]

I riferimenti storici sono puntuali: “Berthollet first pointed out the peculiarity of this acid: but its nature and properties were more fully discussed by Hoyle in 1797, and by Chenevix in ” – (fr:2878) [Berthollet per primo segnalò la peculiarità di questo acido; ma la sua natura e le sue proprietà furono discusse più ampiamente da Hoyle nel 1797 e da Chenevix nel ] Le analisi termiche dell’iperossimuriato di potassa forniscono dati ponderali: “It yields by heat about 2 or 3 per cent. of water, about 38 per cent. of oxygen, and 59 or 60 of a salt unalterable by heat, which Chenevix considers as simple muriate; but Hoyle says it exhibits traces of oxymuriatic acid by sulphuric acid.” – (fr:2880) [Fornisce per riscaldamento circa il 2 o 3 per cento di acqua, circa il 38 per cento di ossigeno, e 59 o 60 di un sale inalterabile al calore, che Chenevix considera come muriato semplice; ma Hoyle dice che esso mostra tracce di acido ossimuriatico tramite acido solforico.] “The acid in 59 muriate is nearly ” – (fr:2882) [L’acido in 59 di muriato è quasi ] Combinando le cifre: “Hence, 20 muriatic acid added to 38 oxygen by weight, constitute 58 of hyperoxymuriatic acid: or, as Chenevix states it, 65 oxygen + 35 muriatic acid = 100 hyperoxymuriatic acid.” – (fr:2883) [Di conseguenza, 20 di acido muriatico aggiunti a 38 di ossigeno in peso costituiscono 58 di acido iperossimuriatico; o, come afferma Chenevix, 65 ossigeno + 35 acido muriatico = 100 acido iperossimuriatico.] L’autore giudica il dato “very nearly true” (fr:2884) [molto vicino al vero] e prosegue con la proporzione atomica: se 35 di muriatico richiedono 65 di ossigeno, 22 (il peso di un atomo di muriatico) ne richiederà 41, cioè circa 6 atomi di ossigeno. “Hence the constitution of hyperoxymuriatic acid is determined. An atom of it consists of 1 atom of muriatic acid + 6 atoms of oxygen, or of 1 atom of oxymuriatic acid + 5 atoms of oxygen; and its weight is represented by ” – (fr:2885-2886) [Quindi la costituzione dell’acido iperossimuriatico è determinata. Un suo atomo consiste di 1 atomo di acido muriatico + 6 atomi di ossigeno, oppure di 1 atomo di acido ossimuriatico + 5 atomi di ossigeno; e il suo peso è rappresentato da ]

Il meccanismo di formazione dei sali è descritto come una riduzione a catena: “One atom of oxymuriatic acid deprives 5 surrounding atoms, each of an atom of oxygen; an atom of hyperoxymuriate thus necessarily produces 5 atoms of simple muriate.” – (fr:2888) [Un atomo di acido ossimuriatico priva 5 atomi circostanti, ciascuno di un atomo di ossigeno; un atomo di iperossimuriato produce così necessariamente 5 atomi di muriato semplice.] Con i pesi atomici della potassa (42) e dell’acido iperossimuriatico (64) si ottiene 106 per l’iperossimuriato di potassa, mentre 5 atomi di muriato di potassa pesano 320; la somma è La proporzione per 100 è calcolata: “Now, if 426 : 106 : : 100 : 25 nearly. Hence, in the formation of hyperoxymuriate of potash, if the whole potash is formed into muriate and hyperoxymuriate, there must be 75 of the former” – (fr:2891-2892) [Ora, se 426 : 106 :: 100 : 25 circa. Quindi, nella formazione dell’iperossimuriato di potassa, se tutta la potassa è trasformata in muriato e iperossimuriato, si devono avere 75 del primo] “and 25 of the latter.” – (fr:2893) [e 25 del secondo.] Tuttavia Chenevix trovò 84 di muriato e 16 di iperossimuriato. “Here then is some obscurity.” – (fr:2895) [Qui c’è dunque un’oscurità.] L’autore sospetta che Chenevix abbia confuso l’ossimuriato di potassa con il muriato, perché entrambi precipitano l’argento dal nitrato. “Oxymuriatic acid precipitates silver from nitrate as well as muriatic; and as this was the test, it is evident Chenevix must have confounded a quantity of oxymuriate of potash with the muriate.” – (fr:2897) [L’acido ossimuriatico precipita l’argento dal nitrato così come il muriatico; ed essendo questo il test, è evidente che Chenevix deve aver confuso una quantità di ossimuriato di potassa con il muriato.] Ricalcolando le proporzioni: “For, if 25 : 75 : : 16 : In 100 of Chenevix’s entire salt, there were then 16 hyperoxymuriate, 48 muriate, and the rest or 36 must have been oxymuriate.” – (fr:2899-2900) [Infatti, se 25 : 75 :: 16 : In 100 del sale intero di Chenevix, c’erano quindi 16 di iperossimuriato, 48 di muriato, e il resto, ovvero 36, doveva essere ossimuriato.] Una conferma viene dagli esperimenti di Hoyle: “Hoyle’s experiments confirm this conclusion; for, he observes that the remaining muriate (after the hyperoxymuriate was abstracted) was considerably oxygenized, since with the addition of acids it became a powerful destroyer of vegetable colours.” – (fr:2901) [Gli esperimenti di Hoyle confermano questa conclusione; egli osserva infatti che il muriato rimanente (dopo aver estratto l’iperossimuriato) era considerevolmente ossigenato, poiché con l’aggiunta di acidi diventava un potente distruttore dei colori vegetali.] Da qui la deduzione finale sulla costituzione ponderale dell’acido iperossimuriatico: “Hyperoxmuriatic acid must then be constituted of 1 atom of muriatic acid and 6 of oxygen; but as the former is probably composed of 1 atom of hydrogen and 3 of oxygen, we have 1 atom of hydrogen + 9 of oxygen for the constitution of an atom of the first mentioned acid; or it consists of 1½ hydrogen + 98½ of oxygen per cent. by weight.” – (fr:2905) [L’acido iperossimuriatico deve dunque essere costituito da 1 atomo di acido muriatico e 6 di ossigeno; ma poiché il primo è probabilmente composto da 1 atomo di idrogeno e 3 di ossigeno, abbiamo 1 atomo di idrogeno + 9 di ossigeno per la costituzione di un atomo di tale acido; ovvero consiste di 1½% di idrogeno + 98½% di ossigeno in peso.] La riflessione finale sulla reattività è coerente con questa composizione estrema: “It is no wonder, then, if this acid readily part with its oxygen, and be apt to explode when treated with combustible bodies; nor if it refuse to form an elastic fluid of such unwieldy particles.” – (fr:2906) [Non c’è da stupirsi, quindi, se questo acido cede prontamente il suo ossigeno, e tenda a esplodere quando trattato con corpi combustibili; né se rifiuti di formare un fluido elastico con particelle così ingombranti.]

Chiude il brano una nota sugli acidi fluorico e muriatico, che testimonia la circolazione delle idee nella comunità scientifica del tempo: “Since the foregoing articles on fluoric and muriatic acid were printed off, I have seen the Journal de Physique, for January 1809, in which is an abstract of an highly interesting Memoir on the Fluoric and Muriatic Acids, by Gay-Lussac and Thenard.” – (fr:2908) [Da quando i precedenti articoli sugli acidi fluorico e muriatico sono stati stampati, ho visto il Journal de Physique del gennaio 1809, in cui si trova un estratto di una Memoria assai interessante sugli acidi fluorico e muriatico, di Gay-Lussac e Thenard.] Il giudizio è di piena convergenza: “Their observations, supported by facts, are remarkably in unison with those I have suggested.” – (fr:2909) [Le loro osservazioni, supportate da fatti, sono notevolmente in accordo con quelle da me suggerite.]

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19 Composizione e peso atomico dell’azoto dai composti con l’ossigeno: esperienze e correzioni alle misure di Davy e Cavendish

Un resoconto delle determinazioni quantitative sui composti dell’azoto e sull’atomo di azoto, condotte attraverso l’elettrificazione del gas nitroso, la combustione dell’ossido di azoto e lo studio delle combinazioni variabili fra gas nitroso e ossigeno.

L’esperimento di elettrificazione del gas nitroso, considerato insieme a uno precedente di Davy, è giudicato “of great importance” – (fr:2977‑2978) [di grande importanza]. Esso infatti “not only shews the constitution of nitrous gas, but that of nitric acid also” – (fr:2979) [non solo mostra la costituzione del gas nitroso, ma anche quella dell’acido nitrico]. Il fenomeno osservato viene descritto in termini atomici: “It appears, that by electrification exactly one half of the azotic gas is liberated ; and its oxygen joins to the other half to form nitric acid.” – (fr:2980) [Risulta che, per elettrificazione, esattamente la metà del gas azotico viene liberata; e il suo ossigeno si unisce all’altra metà per formare acido nitrico.] In termini volumetrici, “In other words, 100 measures of nitrous gas contain 48 of azote ; by electrification, 24 measures of azote are liberated, and the other 64 measures acquire the oxygen lost by the former, and become nitric acid, which are absorbed by the water.” – (fr:2982) [In altre parole, 100 misure di gas nitroso contengono 48 di azoto; per elettrificazione, 24 misure di azoto sono liberate, e le altre 64 misure acquistano l’ossigeno perso dalle prime, divenendo acido nitrico, che viene assorbito dall’acqua.] L’autore ritiene che ulteriori esperimenti alla maniera di Cavendish confermeranno tale conclusione.

Per determinare la proporzione esatta con cui azoto e ossigeno formano l’acido nitrico, l’autore esegue proprie prove. Una quantità di gas ossigeno puro viene diluita con aria comune fino a contenere il 29 per cento in volume di azoto, “323 being presumed to be nearly the due proportion to form nitric acid.” – (fr:2986‑2987) [presumendo che 29 misure per cento di azoto fossero prossime alla proporzione dovuta per formare acido nitrico.] Dopo elettrificazione prolungata il gas viene ridotto a 13 misure; l’analisi del residuo dà 34 di azoto + 9? di ossigeno, ovvero 27 azoto + 73 ossigeno per cento. “Hence it was evident, that 29 measures per cent, of azote were too small ; by calculation from the above data, it will be found that 30 measures of azote unite to 70 of oxygen to form nitric acid.” – (fr:2992) [Da ciò era evidente che 29 misure percento di azoto erano troppo poche; per calcolo dai dati sopra, si troverà che 30 misure di azoto si uniscono a 70 di ossigeno per formare acido nitrico.] In peso la composizione risulta 27 di azoto e 73 di ossigeno, in buon accordo con la media di Cavendish. Da questa determinazione, e da quella sul gas nitroso, si ricava il peso dell’atomo di azoto: “From this, the weight of an atom of azote comes out 15.—By the experiment on nitrous gas, supposing its specific gravity 10, and that of azote .966, the weight of an atom of azote comes out 1.” – (fr:2994) [Da ciò, il peso di un atomo di azoto risulta 5,15. – Dall’esperimento sul gas nitroso, supponendo il suo peso specifico 1,10 e quello dell’azoto 0,966, il peso di un atomo di azoto risulta 5,1.]

L’ampia sezione successiva esamina l’ossido di azoto (protossido di azoto) a partire dai dati di Davy. L’autore ritiene che “Mr. Davy’s calculations scarcely do justice to his experiments.” – (fr:2994‑2995) [i calcoli del Sig. Davy non rendano giustizia ai suoi esperimenti.] I risultati delle combustioni sono presentati in tre righe di una tavola: la prima riguarda la combustione dell’idrogeno nell’ossido di azoto, la seconda la combustione del gas fosforato e del carbone, la terza quella del gas solforato. Dall’esame critico di questi dati, ed in base alla propria esperienza secondo cui volumi uguali di ossido di azoto e idrogeno si saturano lasciando un volume di azoto uguale a ciascuno degli altri due, l’autore conclude che un volume di ossido di azoto contiene un volume di gas azotico e metà volume di ossigeno, anche se la somma dei pesi appare inferiore di circa il 5 per cento alla densità dell’ossido, forse per formazione occulta di acido nitrico. Dalle combustioni con gas solforato si ottiene infine che l’azoto è uguale in volume all’ossido, il che conduce alla composizione ponderale 60 azoto + 40 ossigeno per cento: “and the weight of an atom of azote will be accordingly found = 25.” – (fr:3009‑3010) [e il peso di un atomo di azoto sarà di conseguenza trovato = 5,25.]

Oltre ai tre composti già trattati (gas nitroso, acido nitrico, ossido di azoto), l’autore ne segnala almeno altri due. Uno è chiamato acido nitroso, “a compound of nitric acid and nitrous gas” – (fr:3014) [un composto di acido nitrico e gas nitroso]; l’altro è da lui denominato acido ossinitrico, “a compound of nitric acid and oxygen” – (fr:3015) [un composto di acido nitrico e ossigeno]. Priestley aveva scoperto che l’acido nitrico assorbe abbondantemente gas nitroso divenendo più volatile, con viraggio del colore da giallo pallido ad arancio, verde e infine verde-azzurro. Davy ha cercato di quantificare l’assorbimento: “he estimates the blue green acid of 475 sp. gr. to contain 6 nitric acid, 4 water, and 8 nitrous gas, by weight ; and he concludes that dilute acids absorb less nitrous gas in proportion than concentrated acids.” – (fr:3021‑3023) [egli stima che l’acido verde-azzurro di peso specifico 1,475 contenga 84,6 di acido nitrico, 7,4 di acqua e 8 di gas nitroso in peso; e conclude che gli acidi diluiti assorbono meno gas nitroso in proporzione rispetto agli acidi concentrati.]

L’ultima parte del testo analizza la combinazione diretta fra gas nitroso e ossigeno. Priestley aveva osservato che i due gas si uniscono, ma “it unfortunately happens that two or three distinct compounds are usually formed, and the proportion of one compound to another varies according to the circumstances of the mixture.” – (fr:3027) [sfortunatamente accade che si formino di solito due o tre composti distinti, e la proporzione di un composto rispetto a un altro varia a seconda delle circostanze della miscela.] Secondo la costituzione dell’acido nitrico sopra determinata, 10 misure di ossigeno richiederebbero 18 misure di gas nitroso per convertirsi in acido nitrico; tuttavia “the mixture may be so managed as that 10 of oxygen shall take either 13 or 36 measures, or any intermediate number.” – (fr:3029) [la miscela può essere gestita in modo che 10 di ossigeno prendano 13 o 36 misure, o qualsiasi numero intermedio.] L’autore riporta alcuni risultati propri: quando si pongono 2 misure di gas nitroso su 1 di ossigeno in una provetta, dopo circa mezzo minuto la diminuzione indica che “1 measure of oxygen and 8 of nitrous gas have disappeared” – (fr:3031‑3032) [1 misura di ossigeno e 1,8 di gas nitroso sono scomparse]; in altre condizioni, con 4 misure di ossigeno e 1,3 di gas nitroso, si trova che “1 measure of oxy gen will combine with 3 of nitrous gas” – (fr:3034) [1 misura di ossigeno si combina con 1,3 di gas nitroso]. Questi rapporti variabili documentano la molteplicità dei prodotti di reazione fra i due gas, che i trattati precedenti non avevano distinto con chiarezza.

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20 La distillazione dell’acido nitrico e la sua composizione reale

I risultati sperimentali qui esposti mettono ordine nel comportamento della distillazione dell’acido nitrico e nella determinazione del suo contenuto d’acido reale, correggendo le stime discordanti di altri chimici. L’autore, dopo aver raccolto numerose osservazioni sulla temperatura di ebollizione variabile e sulle densità dei distillati, identifica un punto fisso di notevole importanza pratica e teorica.

La peculiarità principale è l’esistenza di un acido di densità ben definita che distilled part and the residue were always of the same strength and specific gravity – (fr:3217) [la parte distillata e il residuo erano sempre della stessa forza e dello stesso peso specifico]. Quell’acido, individuato dopo esperimenti ripetuti, è of the specific gravity 42; it is NITRIC ACID – (fr:3219) [del peso specifico di 1,42; è ACIDO NITRICO]. Esso rappresenta inoltre that strength which has the boiling temperature a maximum, or 248° – (fr:3220) [quella forza che possiede la temperatura di ebollizione massima, ossia 248°]. Ogni altra concentrazione si allontana da questo punto durante l’ebollizione: Any acid of inferior strength, being distilled, the weakest part comes over first; and, vice versa, with one of superior strength – (fr:3221) [Qualsiasi acido di forza inferiore, quando distillato, cede per primo la parte più debole; e viceversa, con uno di forza superiore]. Esempi numerici mostrano che un acido di 1,30 fornisce un distillato di 1,25, mentre un acido di 1,43 lascia nel recipiente un residuo che si avvicina a 1,427; e ancora, the continued boiling of any acid, weak or strong, makes it approach more and more to the density 42, and to the temperature 248° – (fr:3222) [l’ebollizione prolungata di qualsiasi acido, debole o forte, lo fa avvicinare sempre più alla densità 1,42 e alla temperatura di 248°]. La conseguenza è che l’acido di peso specifico 1,42 segna a nice adjustment of affinities between the acid and water; or a kind of mutual saturation of the two – (fr:3218) [un delicato equilibrio di affinità tra l’acido e l’acqua, ovvero una sorta di saturazione reciproca dei due].

Per conoscere la quantità di acido reale contenuta nelle soluzioni, l’autore si fonda sulla composizione del nitro fuso: I conclude that fused nitre is constituted nearly of 5 pure acid, and 5 potash per cent. – (fr:3223) [concludo che il nitro fuso è costituito quasi dal 47,5 % di acido puro e dal 52,5 % di potassa]. Sciogliendo 25 parti di questo nitro in 100 d’acqua si ottiene una soluzione di peso specifico 1,130 a 60 °F, che funge da riferimento. Saturando poi diversi acidi nitrici con carbonato di potassa puro e riconducendo la soluzione alla densità 1,130, l’autore calcola il contenuto di acido reale. Ad esempio, 106 grains of 51 nitric acid … gave 665 grain measures of solution of nitre of 130 sp. gravity, indicating 150 of pure nitre – (fr:3227) [106 grani di acido nitrico di 1,51 … diedero 665 misure in grani di soluzione di nitro di peso specifico 1,130, indicando 150 di nitro puro]; ne ricava un 67 % di acido reale, leggermente inferiore alla stima di Kirwan a causa del calore sviluppato durante la miscelazione. Ulteriori determinazioni con acidi di peso specifico 1,42, 1,35 e 1,315 confermano la sostanziale esattezza della tavola di Kirwan: Being thus satisfied with the near approximation to truth of Kirwan’s table of nitric acid – (fr:3233) [Essendo così soddisfatto della stretta approssimazione al vero della tavola dell’acido nitrico di Kirwan].

L’autore rivolge quindi l’attenzione agli errori di Davy e di Berthollet. Quanto a Davy, he finds the acid 504 to contain 5 per cent – (fr:3235) [trova che l’acido di 1,504 contenga il 91,5 %]; ma, seguendo quella proporzione, un acido di 1,55 sarebbe quasi privo d’acqua, mentre nitric acid has been obtained of the specific gravity 62, without there being any reason to suppose it was free from water – (fr:3236) [l’acido nitrico è stato ottenuto al peso specifico di 1,62, senza che vi fosse motivo di ritenerlo privo d’acqua]. Il metodo ingegnoso di combinare gas nitroso e ossigeno non fornisce risultati affidabili, e soprattutto la quantità di nitro prodotta per saturazione con potassa appare sovrastimata: I have uniformly found only three quarters of the quantity of nitre said to have been obtained above – (fr:3241) [ho sempre trovato soltanto tre quarti della quantità di nitro che si diceva di aver ottenuto sopra]. Perciò the direct formation of nitre from nitric acid and potash, accords only with Kirwan’s estimate – (fr:3242) [la formazione diretta di nitro da acido nitrico e potassa concorda solo con la stima di Kirwan].

L’errore di Berthollet, invece, deriva dall’aver usato potassa contenente acqua. Egli saturò 100 parti di potassa con acido di 1,2978 e ottenne 170 parti di nitro, calcolando un contenuto di appena il 32,41 % di acido reale; ciò implicherebbe un nitro composto dal 59 % di potassa e dal 41 % di acido, much more potash than ever before was detected in nitre – (fr:3245) [molta più potassa di quanta mai sia stata rilevata nel nitro]. L’autore ritiene che the supposed 100 parts of potash were, I conceive, 89 parts potash and 11 water, which of course caused the acid to be underrated by 11 parts – (fr:3248) [le presunte 100 parti di potassa erano, a mio avviso, 89 parti di potassa e 11 di acqua, il che naturalmente fece sottovalutare l’acido di 11 parti]. A riprova, usando una quantità di carbonato di potassa che contenga esattamente 89 parti di potassa e aggiungendo 216 parti dell’acido nitrico in questione, si formano appunto 170 parti di nitro. Ciò stabilisce anche che the quantities of nitric and carbonic acid are the same to a given weight of potash – (fr:3249) [le quantità di acido nitrico e carbonico sono le stesse per un dato peso di potassa].

L’esposizione si conclude con l’impegno di fornire la tavola della forza dell’acido nitrico: I shall now proceed to give the table of the strength of nitric acid. I have copied Kirwan for the strength due to each specific gravity – (fr:3250) [Passerò ora a fornire la tavola della forza dell’acido nitrico. Ho copiato Kirwan per la forza corrispondente a ciascun peso specifico]. Una nota successiva segnala il ricevimento dei «Memoires de Physique et de Chimie de la Societe d’Arcueil. Tome » – (fr:3251-3252) [Memorie di Fisica e di Chimica della Società d’Arcueil, Tomo 2], contenenti un articolo di Berthollet sulle proporzioni degli elementi, a conferma del vivace dibattito scientifico in corso.

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21 Il monossido di carbonio nel trattato chimico del primo Ottocento

L’identità chimica, le proprietà fisiche e la composizione dell’«ossido di carbonio» vengono definitivamente separate da quelle dei gas idrogenati, mostrando sperimentalmente la sua natura binaria e il legame stechiometrico con l’acido carbonico.

Il testo analizza il gas allora noto come ossido di carbonio (oggi monossido di carbonio) chiarendone struttura, comportamento e metodi di preparazione. La scoperta è attribuita a Priestley, ma le caratteristiche distintive furono precisate da Cruickshanks e da Desormes e Clement: “This gas was discovered by Dr. Priestley ; but its distinguishing features were more fully pointed out by Mr. Cruickshanks, in an essay in Nicholson’s Journal,” – (fr:3402) [Questo gas fu scoperto dal dottor Priestley; ma le sue caratteristiche distintive furono evidenziate in modo più completo dal signor Cruickshanks, in un saggio sul Nicholson’s Journal, ] e “About the same time, another essay of Desormes and Clement was published in the Annales de Chemie, on the same subject.” – (fr:3403) [Nello stesso periodo, un altro saggio di Desormes e Clement fu pubblicato negli Annales de Chemie, sullo stesso argomento.] Fino ad allora l’ossido di carbonio era stato confuso con i gas combustibili di carbonio e idrogeno: “Before that time, carbonic oxide had been confounded with the combustible gases composed of carbone and hydrogen.” – (fr:3405) [Prima di allora, l’ossido di carbonio era stato confuso con i gas combustibili composti di carbonio e idrogeno.]

Cruickshanks e Desormes dimostrarono che la combustione del gas produceva solo acido carbonico e che la quantità di ossigeno necessaria era la metà di quella contenuta nell’acido carbonico formato, giungendo così alla conclusione che il gas fosse un composto di carbonio e ossigeno: “but Cruickshanks and Desormes distinctly demonstrated, that in the combustion of this gas nothing but carbonic acid was produced ; and that the quantity of oxygen requisite for its combustion, was not more than half of that afterwards contained in the carbonic acid ; they, therefore, rightly concluded that the gas was a compound of carbone and oxygen, since which it has been known by the name of carbonic oxide.” – (fr:3406) [ma Cruickshanks e Desormes dimostrarono chiaramente che nella combustione di questo gas non si produceva altro che acido carbonico; e che la quantità di ossigeno necessaria per la sua combustione non era più della metà di quella successivamente contenuta nell’acido carbonico; conclusero quindi correttamente che il gas era un composto di carbonio e ossigeno, da allora noto come ossido di carbonio.]

La collocazione sistematica è netta: l’acido carbonico rappresenta il grado massimo di ossidazione del carbone, raramente al di sotto dei due atomi di ossigeno (fr:3395), e l’ossido di carbonio si ottiene sottraendo ossigeno all’acido carbonico con maggiore facilità proprio perché l’acido ne possiede due atomi invece di uno solo (fr:3398). Viene perciò affermato senza ambiguità: “On all these accounts, there can scarcely be a doubt that carbonic oxide is a binary, and carbonic acid a ternary compound.” – (fr:3399) [Per tutte queste ragioni, non vi può essere quasi dubbio che l’ossido di carbonio sia un composto binario e l’acido carbonico uno ternario.]

21.1 Preparazione del gas puro e fonti di impurezza

Vengono descritti diversi metodi di preparazione. Il processo ritenuto migliore impiega uguali pesi di limatura di ferro pulita e gesso polverizzato scaldati in una storta di ferro: “Let equal weights of clean, dry iron filings and pulverized dry chalk, be mixed together, and put into an iron retort ; let the retort be heated red, … gas will come over copiously, which may be received over water ; this gas will be found a mixture of perhaps equal parts of carbonic oxide and carbonic acid ; the last may be extracted by due agitation in a mixture of lime and water; what remains is pure carbonic oxide, except 2 or 3 per cent, of common air, from the lime water.” – (fr:3408) [Si mescolino uguali pesi di limatura di ferro pulita e asciutta e di gesso secco polverizzato, si mettano in una storta di ferro; si scaldi la storta fino al rosso … il gas si svilupperà copiosamente e potrà essere raccolto su acqua; questo gas sarà una miscela di parti forse uguali di ossido di carbonio e acido carbonico; quest’ultimo può essere estratto mediante adeguata agitazione in una miscela di calce e acqua; ciò che rimane è ossido di carbonio puro, ad eccezione del 2 o 3 per cento di aria comune proveniente dall’acqua di calce.] La teoria spiega che l’acido carbonico liberato dal gesso cede metà del suo ossigeno al ferro rovente, lasciando ossido di carbonio (fr:3410). Un altro metodo prevede il passaggio di acido carbonico su carbone di legna arroventato in un tubo di ferro o porcellana (fr:3411), oppure il riscaldamento di carbone con ossidi metallici o carbonati (fr:3412). Tuttavia si avverte del pericolo di ottenere miscele con idrogeno e gas idrocarburati, specialmente quando si usi carbone umido o legno (fr:3413–3414).

21.2 Proprietà fisiche e identificazione

Il peso specifico viene determinato con cura. Cruickshanks riporta 0,956, Desormes e Clement 0,924. L’autore, ritenendo entrambi i valori troppo bassi, misura più volte una miscela di 6 parti di ossido di carbonio e 1 di aria comune: “I carefully found the specific gravity of a mixture of 6 parts carbonic oxide and 1 common air, at two trials ; in one it came out .945, and in the other .94 ; I conceive, then, that .94 may be taken as a near approximation to the truth ; it is just the mean of the two authors above.” – (fr:3416–3417) [Determinai con cura il peso specifico di una miscela di 6 parti di ossido di carbonio e 1 di aria comune, in due prove; in una risultò 0,945 e nell’altra 0,94; ritengo quindi che 0,94 possa essere preso come buona approssimazione al vero; è esattamente la media dei due autori sopra citati.] Il gas è letale per gli animali, brucia con una fiamma azzurra e netta, senza fumo né traccia di condensa, caratteristica che lo distingue nettamente da tutti i gas contenenti idrogeno (fr:3418–3419).

21.3 Comportamento in miscela con ossigeno e all’esplosione

Se mescolato con gas ossigeno o aria comune nell’eudiometro di Volta, il gas esplode con una scintilla elettrica trasformandosi in acido carbonico (fr:3420). Si notano circostanze particolari: “unless the carbonic oxide amount to at least jth of the mixture, it will not explode ; and the oxygen must be at least -T-V^h of the mixture.” – (fr:3421) [a meno che l’ossido di carbonio non costituisca almeno una frazione (indicata come «jth») della miscela, non esplode; e l’ossigeno deve essere almeno una certa frazione («-T-V^h»).] I simboli frammentari del testo originale tradiscono probabilmente valori limite precisi, ma si sottolinea che con aria comune l’esplosione può essere incompleta, lasciando nel residuo ambedue i gas (fr:3422). Il fenomeno scompare se l’ossigeno è puro oltre il 30% (fr:3423). Mescolando 100 misure di ossido di carbonio con 250 di aria comune si ha un’esplosione vivace, ma solo circa due terzi del gas bruciano (fr:3426); quando invece c’è abbondante combustibile e un minimo di ossigeno, tutto l’ossigeno scompare (fr:3427). Con l’acido ossimuriatico (cloro) l’ossido di carbonio non esplode per via elettrica a meno di una piccola porzione di aria comune, ma esposto al sole reagisce in pochi minuti (fr:3428). Il gas puro non viene affatto alterato dall’elettricità, come dimostrato da un esperimento condotto dal dottor Henry in cui 35 misure sottoposte a 1100 piccole scariche non subirono variazione di volume né formazione di acido carbonico (fr:3431–3432).

21.4 Assorbimento in acqua e difficoltà sperimentali

L’acqua assorbe 1/50 del proprio volume di ossido di carbonio (fr:3433). L’autore confessa le difficoltà incontrate: “it will be seen … that this gas has perplexed me more than any other, at different periods, as to what class to refer it, in regard to absorption.” – (fr:3435) [si vedrà … che questo gas mi ha messo in difficoltà più di ogni altro, in diversi periodi, su a quale classe assegnarlo riguardo all’assorbimento.] Le cause erano l’uso iniziale di carbone che introduceva idrogeno, e un’agitazione insufficiente; ora, con acqua agitata a lungo e gas puro, l’assorbimento raggiunge il valore stabile di 1/50 (fr:3436–3437).

21.5 Composizione e il nodo stechiometrico

La composizione dell’ossido di carbonio viene confrontata attraverso tre serie di misure:

“Cruickshanks — 100 carb. ox. prod. 92 carb. ac. — take 40 oxy.” – (fr:3441) [Cruickshanks: 100 di oss. carb. producono 92 di ac. carb. – assorbono 40 di ossig.]
“Desormes & Clém. 100 — 79 — 26 — … 83 — 34 — My own exp. 100 — 91 — 47 —” – (fr:3442–3443) [Desormes e Clément: 100 – 79 – 26 … 83 – 34 – Mio esperimento: 100 – 91 – 47 –]

L’autore critica i valori: Cruickshanks sottostima l’ossigeno, mentre egli trova sempre l’ossigeno uguale alla metà di quello dell’acido carbonico prodotto (fr:3444); Desormes operava su acqua, con gas impuro, e i suoi dati sono incerti (fr:3445). Il dato più significativo viene però estratto da una deduzione degli stessi Desormes e Clement: in un passaggio trovano carbonio 44 e ossigeno 56 in peso, mentre in precedenza avevano assegnato all’acido carbonico 28,1 di carbonio e 71,9 di ossigeno. L’ossigeno nell’acido carbonico risulta esattamente doppio di quello nell’ossido di carbonio a parità di carbonio: “they find the carbone 44, and the oxygen 56 parts: by a previous experiment, they had found carbonic acid to consist of 1 carbone, and 9 oxygen … where the oxygen is just double of that in the carbonic oxide to a given quantity of carbone.” – (fr:3447) [trovano il carbonio 44 e l’ossigeno 56 parti: con un esperimento precedente avevano trovato l’acido carbonico composto di 28,1 carbonio e 71,9 ossigeno … dove l’ossigeno è esattamente il doppio di quello nell’ossido di carbonio per una data quantità di carbonio.] L’autore osserva che “This most striking circumstance seems to have wholly escaped their notice.” – (fr:3448) [Questa circostanza così notevole sembra essere loro completamente sfuggita.] La composizione esatta, secondo l’autore, si può ottenere esplodendo il gas con aria comune su acqua, lavando il residuo con acqua di calce e determinando l’ossigeno restante con gas nitroso (fr:3449–3451).

Il passo costituisce una testimonianza diretta del lavoro sperimentale di inizio Ottocento, quando la distinzione tra ossido di carbonio e gas idrogenati era appena chiarita e la legge delle proporzioni multiple cominciava a emergere dai dati, anche quando i suoi stessi scopritori non ne coglievano la portata.

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22 Del “Carburetted Hydrogen”: Costituzione, Fonti e Proprietà

Durante l’estate di un anno non specificato, l’autore intraprese lo studio sistematico del gas infiammabile sprigionato dagli stagni, giungendo a determinarne la costituzione uniforme e a descriverne le proprietà chimico-fisiche.

L’indagine prende avvio da un’osservazione empirica condotta in un periodo e in luoghi diversi: “It was in the summer of ISOI-, that I collected at various times, and in various places, the inflammable gas obtained from ponds; this gas I found always contained some traces of carbonic acid and a portion of azote; but that when cleared of these, it was of a uniform constitution.” - (fr:3983) [Fu nell’estate del ISOI-, che raccolsi in vari momenti e in vari luoghi il gas infiammabile ottenuto dagli stagni; scoprii che questo gas conteneva sempre alcune tracce di acido carbonico e una porzione di azoto; ma che, una volta depurato da questi, era di costituzione uniforme.] L’analisi teorica viene introdotta con la frase “44^ ftieory was introduced and applied in the investigation.” - (fr:3982) [La teoria fu introdotta e applicata nell’indagine.], sebbene il testo appaia qui corrotto, segnalando l’innesto di un quadro teorico nella pratica sperimentale.

Il fulcro della scoperta risiede nell’esperimento di combustione condotto con l’eudiometro di Volta. Tale esperimento rivelò la chiave della costituzione del gas: “After due examination, I was convinced that just one half of the oxy gen expended in its combustion, in Volta’s eudiometer, was applied to the hydrogen, and the other half to the charcoal.” - (fr:3984) [Dopo debita analisi, mi convinsi che esattamente metà dell’ossigeno consumato nella sua combustione, nell’eudiometro di Volta, era impiegato per l’idrogeno, e l’altra metà per il carbone.] Questa osservazione fondamentale è immediatamente seguita dalla sua generalizzazione teorica: “This leading fact afforded a clue to its constitution.” - (fr:3985) [Questo fatto principale fornì una chiave per la sua costituzione.] Il gas viene così identificato come una combinazione di idrogeno e carbonio, il “carburetted hydrogen”.

Il testo prosegue descrivendo le fonti naturali e artificiali di questo gas. In natura, lo si può ottenere puro, con le eccezioni già menzionate di acido carbonico e azoto, da specchi d’acqua in condizioni specifiche: “Carburetted hydrogen gas may be obtained in a pure state, with the above exceptions, from certain ponds in warm weather.” - (fr:3986) [Il gas idrogeno carburato può essere ottenuto allo stato puro, con le eccezioni di cui sopra, da certi stagni nella stagione calda.] La localizzazione e il metodo di raccolta sono descritti con precisione quasi manualistica: “Clayey ponds, in the vicinity of a town, where soot and other carbonaceous matter is deposited, abound with this gas.” - (fr:3987) [Gli stagni argillosi, nelle vicinanze di una città, dove si depositano fuliggine e altra materia carboniosa, abbondano di questo gas.] La procedura è semplice e diretta: “The bottom of the pond being stirred with a stick, large bubbles ascend, which may be caught by filling a tumbler with water, and inverting it over the ascending bubbles.” - (fr:3988) [Smuovendo il fondo dello stagno con un bastone, salgono grandi bolle, che possono essere catturate riempiendo un bicchiere d’acqua e capovolgendolo sopra le bolle che salgono.]

Oltre alla fonte naturale, viene indicata una fonte artificiale di grande rilevanza pratica: “This gas is obtained nearly pure also by distilling pitcoal with a moderate red heat.” - (fr:3989) [Questo gas si ottiene quasi puro anche distillando carbone fossile a un moderato calore rosso.] L’autore registra l’immediata applicazione tecnologica di questo processo, divenuta già di uso comune: “It is now largely used as a substitute for lamps and candles, under the name of coal gas.” - (fr:3990) [Ora è ampiamente utilizzato come sostituto di lampade e candele, sotto il nome di gas di carbone.] La composizione di questo gas illuminante, tuttavia, non è omogenea. Citando l’analisi di un altro chimico, il Dr. Henry, si evidenzia una miscela complessa: “According to Dr. Henry’s analysis, coal gas does not usually contain more than 4 or 5 per cent, of carbonic acid, sulphuretted hydro” - (fr:3991) [Secondo l’analisi del Dr. Henry, il gas di carbone non contiene solitamente più del 4 o 5 per cento di acido carbonico, idrogeno solforato] e “gen, and defiant gas.” - (fr:3992) [e gas olefiante.] Il componente principale rimane il carburetted hydrogen, ma inquinato: “The rest is principally carburetted hydrogen, but mixed with some atoms of carbonic oxide and hydrogen.” - (fr:3993) [Il resto è principalmente idrogeno carburato, ma mescolato con alcuni atomi di ossido di carbonio e idrogeno.] Si osserva inoltre come le ultime frazioni della distillazione cambino natura: “The last portion of gas driven off from pit-coal, seems to be entirely carbonic oxide and hydro gen.” - (fr:3994) [L’ultima porzione di gas sprigionata dal carbone fossile sembra essere interamente ossido di carbonio e idrogeno.] Un discorso analogo vale per la distillazione di altre sostanze organiche: “The distillation of wood and of moist charcoal, and many other vegetable substances, produces carburetted hydrogen, but highly charged with carbonic acid, carbonic oxide and hydrogen ; the two last gases always appear exclusively at the end of the process.” - (fr:3995) [La distillazione del legno e del carbone umido, e di molte altre sostanze vegetali, produce idrogeno carburato, ma fortemente caricato di acido carbonico, ossido di carbonio e idrogeno; questi ultimi due gas compaiono sempre esclusivamente alla fine del processo.]

La sezione finale del testo è dedicata all’elenco delle proprietà chimico-fisiche della sostanza pura. Si inizia con la sua inerzia fisiologica e chimica: “1. It is unfit for respiration, and for the sup port of combustion.” - (fr:3998) [1. È inadatto alla respirazione e al mantenimento della combustione.] Segue un dato quantitativo frutto dell’esperienza diretta: “2. Its specific gravity when pure, from my experience is very near .6.” - (fr:4000) [2. Il suo peso specifico quando è puro, secondo la mia esperienza, è molto vicino a .6.] La variabilità del gas commerciale è spiegata con la presenza di impurità più pesanti: “Dr. Henry finds the coal gas to vary from .6 to .78 ; but then the heaviest contain 15 per cent, of the heavy gases, carbonic acid, sulphuretted hydrogen, and olefiant gas.” - (fr:4001) [Il Dr. Henry trova che il gas di carbone varia da .6 a .78; ma quelli più pesanti contengono il 15 per cento dei gas pesanti, acido carbonico, idrogeno solforato e gas olefiante.]

L’analisi prosegue con la descrizione dettagliata del comportamento in esperimenti di combustione controllata. Viene misurata la solubilità in acqua e descritta la prima fase di un’esplosione con una quantità minima di ossigeno: “Water absorbs ^V^ of its bulk of this gas.— If 100 measures of carburetted hydrogen be mixed with 100 measures of oxygen (the least that can be used with effect), and a spark, passed through the mixture, there is an ex plosion, without any material change of volume : after passing a few times through lime water, it is reduced a little, manifesting signs of carbonic acid.” - (fr:4001) [L’acqua assorbe 1/64 del proprio volume di questo gas.— Se 100 misure di idrogeno carburato vengono mescolate con 100 misure di ossigeno (il minimo che si possa usare con efficacia), e si fa passare una scintilla attraverso la miscela, si ha un’esplosione, senza alcun cambiamento materiale di volume: dopo alcuni passaggi attraverso l’acqua di calce, il volume si riduce un po’, mostrando segni di acido carbonico.] Il residuo di questa reazione non è una sostanza semplice, ma una miscela nota: “This residue is found to possess all the characters of a mixture of equal” - (fr:4002) [Si trova che questo residuo possiede tutti i caratteri di una miscela di uguali] “volames of carbonic oxide and hydrogen.” - (fr:4003) [volumi di ossido di carbonio e idrogeno.] La prova definitiva giunge da un’ulteriore combustione del residuo con un eccesso di ossigeno, che produce i risultati attesi: “Upon adding 100 measures of oxygen to this residue and passing a spark, nearly 100 measures of carbonic acid are produced, and the rest of the produce is water.” - (fr:4004) [Aggiungendo 100 misure di ossigeno a questo residuo e facendo passare una scintilla, si producono quasi 100 misure di acido carbonico, e il resto del prodotto è acqua.] Il testo si interrompe infine con l’impostazione di un ultimo esperimento, lasciandone implicito l’esito: “If 100 measures of carburetted hydrogen be put to upwards of 200 of oxygen, and.” - (fr:4005) [Se 100 misure di idrogeno carburato vengono messe a contatto con oltre 200 di ossigeno, e.]

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[19.1/1-43-4323|4363]

23 Idrati e carbonati di potassa: densità, temperature e metodi analitici in un trattato dell’Ottocento

L’autore descrive una tabella per idrati e carbonati, collegando composizione atomica, pesi specifici, temperature di congelamento e di ebollizione per un’analisi pratica della forza delle soluzioni alcaline.

Il testo è tratto dalla sezione dedicata agli alcali fissi e si concentra sulle proprietà degli idrati di potassa e del carbonato di potassa, utilizzando una tabella con diverse colonne per raccogliere i dati sperimentali. La “5th column denotes the temperatures at which the different hydrates congeal or crystallize” – (fr:4323) [La quinta colonna indica le temperature alle quali i diversi idrati solidificano o cristallizzano]. L’autore osserva che questi valori non sono del tutto affidabili: “I would not have much trust to be put in the temperatures I have marked in this column” – (fr:4330) [Non riporrei molta fiducia nelle temperature che ho segnato in questa colonna], e riconosce che “This part of the subject deserves much more accurate enquiry than I have been able to bestow upon it” – (fr:4324) [Questa parte del soggetto meriterebbe un’indagine molto più accurata di quanto io abbia potuto dedicarle]. Tuttavia, ritiene che “No doubt the different hydrates might be distinguished this way” – (fr:4325) [Senza dubbio i diversi idrati potrebbero essere distinti in questo modo].

La relazione fra le quantità di alcali e i pesi specifici (seconda e quarta colonna) fu determinata per via ponderale: “The relation of the second and fourth columns was ascertained by taking a given weight of the alkaline solution, saturating it with test sulphuric acid (1.134), and allowing 21 grains of alkali for every 100 measures of acid (containing 17 real) which the alkali required” – (fr:4322) [La relazione fra seconda e quarta colonna fu accertata prendendo un dato peso della soluzione alcalina, saturandola con acido solforico di prova (1.134) e assegnando 21 grani di alcali per ogni 100 misure di acido (contenente 17 parti di acido reale) che l’alcali richiedeva]. La potassa pura viene giudicata più densa di quelle soluzioni: “Real potash must, I conceive, be heavier than they are” – (fr:4321) [La potassa reale, suppongo, deve essere più pesante di quanto esse siano].

L’autore cita gli idrati di Proust e Lowitz, rispettivamente con il 30% e il 43% di acqua (fr:4326), e precisa: “Proust’s hydrate is the fourth of our table, and Lowitz’s the sixth” – (fr:4329) [L’idrato di Proust è il quarto della nostra tavola, e quello di Lowitz il sesto], aggiungendo che tali calcoli presupponevano la potassa fusa priva d’acqua (fr:4327). La sesta colonna “indicates the temperatures at which the different specific gravities boil” – (fr:4331) [indica le temperature alle quali bollono i diversi pesi specifici]. La determinazione è agevole, “except for the high degrees, in which an analysis of the hydrate was required upon every experiment” – (fr:4332) [tranne che per i gradi elevati, nei quali era richiesta un’analisi dell’idrato a ogni esperimento], e i risultati sono ritenuti “tolerably accurate” – (fr:4333) [tollerabilmente accurati]. Poiché l’intervallo di temperatura è ampio, il metodo può offrire “a very convenient method of ascertaining the strength of alkaline solutions, when the specific gravities are unknown” – (fr:4334) [un metodo molto comodo per accertare la forza delle soluzioni alcaline quando i pesi specifici sono sconosciuti].

La seconda parte del testo è introdotta dal numero “3.” (fr:4335) e dal titolo “CARBONATE OF POTASH.” (fr:4328, 4336). Pur giudicando prematuro discutere la natura di composto triplo, l’autore ne sottolinea l’utilità come reagente: “Indeed it may generally be a substitute for the hydrate of potash, and it can much more readily be procured in a state of comparative purity” – (fr:4338) [In effetti può generalmente sostituire l’idrato di potassa, e può essere ottenuto molto più facilmente in uno stato di purezza comparativa]. Il carbonato preso in esame è quello formato da un atomo di acido unito a uno di potassa, chiamato da alcuni subcarbonato (fr:4339). La sua composizione ponderale è indicata in due frasi consecutive: “It is, of course, constituted of J 9” – (fr:4340) [È, naturalmente, costituito da 19 (J 9)] e “parts of acid by weight united to 42 of potash.” – (fr:4341) [parti in peso di acido unite a 42 di potassa]; si tratta quindi del monocarbonato con 19 parti di acido carbonico e 42 di potassa (totale 61). Il sale, disponibile come sale di tartaro, va preparato mescolando grandi quantità di sale con poca acqua, lasciando depositare l’indisciolto e prelevando la soluzione limpida (fr:4342). Esso è molto deliquescente: 43 grani di carbonato arroventato, esposti all’aria, diventano 60 grani in un giorno, 89+ in 21 giorni, raggiungendo un peso specifico di quasi 1,54 (fr:4344-4345). L’acqua può essere scacciata con un calore moderato di 280 °F (fr:4346). Il carbonato “supports a high red heat before fusion, and when fused loses no weight, remaining without sublimation, and undecompounded” – (fr:4347) [sopporta un elevato calor rosso prima della fusione, e una volta fuso non perde peso, rimanendo senza sublimazione e indecomposto]. L’analisi con acqua di calce conferma la purezza: 61 grani di sale secco diedero 42 grani di carbonato di calcio, corrispondenti a 19 grani di acido carbonico (fr:4348).

Segue una “Table of the quantity of real carbonate of potash in watery solutions of different specific gravities, Atoms.” (fr:4350) [Tavola della quantità di carbonato di potassa reale in soluzioni acquose di diversi pesi specifici, Atomi]. L’autore richiama “the numbers in the second and fourth columns together” (fr:4352) [i numeri nella seconda e quarta colonna insieme] e spiega che la quarta colonna riporta i pesi specifici, determinati saturando la soluzione con acido solforico di prova e conteggiando 30,5 parti di carbonato (o 21 di potassa) ogni 100 misure di acido (fr:4353). La soluzione più concentrata ottenibile ha peso specifico 1,54, corrispondente a 1 atomo di carbonato e 8 di acqua, ma aggiungendo carbonato secco si sale fino a 1,80; oltre tale valore il peso specifico è ricavabile solo per inferenza (fr:4355). Un bastoncino di carbonato fuso risultò spugnoso, forse per un principio di decomposizione (fr:4356). La soluzione a peso specifico 1,25, contenente il 30% di carbonato, è quella preferita come reattivo per gli acidi perché contiene il 21% di potassa pura, così che 100 misure neutralizzano esattamente 100 misure dell’acido di prova (fr:4357). Un campione di pearl-ash commerciale conteneva 54 parti di carbonato di potassa, 22 parti di altri sali e 24 parti di acqua su cento (fr:4358-4359).

La quinta colonna della tavola dei carbonati “denotes the temperature at which the saline solutions boil” – (fr:4360) [indica la temperatura alla quale bollono le soluzioni saline]. L’autore osserva che il termometro non salì sopra 212 °F finché rimase umidità visibile, e subito dopo il sale apparve duro e completamente asciutto (fr:4361). In un esperimento complementare, carbonato di potassa arroventato e pesato fu mescolato con acqua in rapporto atomico 1:1 (8 parti d’acqua per 61 di sale); la polvere appariva bianca e asciutta, ma alcune particelle aderirono alla carta (fr:4362-4363).

Nel complesso, il brano testimonia la pratica chimica dei primi decenni dell’Ottocento: l’impiego sistematico di tavole di densità e temperatura, le titolazioni con acido solforico standardizzato, l’applicazione della nascente teoria atomica per esprimere la composizione degli idrati e dei carbonati, e la ricerca di reagenti puri e di metodi rapidi per determinare la concentrazione delle soluzioni alcaline ad uso analitico e commerciale.

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24 La determinazione della soda come elemento e lo studio dei suoi idrati e carbonati nell’atomismo di Dalton

Dalla comparazione delle proporzioni dei sali di soda, deduco il peso atomico della soda pari a 28 e ne riconosco il carattere di principio elementare; fornisco poi tavole delle densità per le soluzioni alcaline, essenziali alla pratica chimica.

Il testo, parte di un trattato chimico di impianto atomistico, indaga la natura della soda fissa, le sue combinazioni con acqua, l’acido carbonico e l’idrogeno. L’autore parte dall’analisi ponderale dei sali per stabilire il peso atomico della soda. Dalla comparazione tra proprie misure e quelle di altri, deduce le proporzioni percentuali di acido e base nel carbonato, solfato, nitrato e muriato (cloruro) di soda, notando che “These proportions scarcely differ 1 per cent. from those of Kirwan and other good authorities” – (fr:4462-4463) [Queste proporzioni differiscono appena dell’1 per cento da quelle di Kirwan e di altre buone autorità]. Assegnando agli acidi i pesi atomici 19, 34, 35 e 22, conclude che “the number 28 must be the weight of an atom of soda” – (fr:4464) [il numero 28 deve essere il peso di un atomo di soda]. La soda, quindi, “is a peculiar element, differing from every one we have yet determined in weight” – (fr:4465) [è un elemento peculiare, che differisce per peso da ogni altro finora determinato]. Pur sospettando che possa essere composta da acqua, ossigeno o elementi più leggeri, l’autore osserva che “from present appearances, no such suspicion seems well founded” – (fr:4466) [allo stato attuale delle conoscenze, tale sospetto non appare fondato] e perciò “Soda should then, with propriety, be treated as an elementary principle” – (fr:4467-4468) [La soda dovrebbe allora, a buon diritto, essere trattata come un principio elementare].

Si passa quindi all’idrato di soda. La soda ritenuta pura fino a poco prima è in realtà combinata con acqua: “Soda, in what has till lately been considered its pure state, is combined with water.” – (fr:4472) [La soda, in quello che fino a poco tempo fa era considerato il suo stato puro, è combinata con acqua.]. La minima porzione d’acqua appare essere un atomo d’acqua per un atomo di soda, ovvero 8 parti in peso d’acqua su 28 di soda, pari al 22%. L’autore non ha ottenuto soda più pura di quella di d’Arcet (72%), ma le impurezze carboniche fanno ritenere che la purezza massima raggiungibile sia il 78%; questo primo idrato, duro e fragile, ha peso specifico doppio dell’acqua (fr:4475). I successivi idrati (secondo, terzo, quarto e quinto) sono cristallini, mentre quelli con più acqua sono liquidi a temperatura ordinaria. Viene costruita una tabella per la soda analoga a quella già pubblicata per la potassa (fr:4477). L’autore lamenta la mancanza di simili tavole nella pratica chimica: “Nothing of the kind has been published to my knowledge; yet, such tables appear to me so necessary to the practice of chemical enquiries, that I have wondered how the science could be so long cultivated without them.” – (fr:4480) [Nulla di simile è stato pubblicato, a mia conoscenza; eppure tali tavole mi paiono così necessarie alla pratica delle ricerche chimiche, che mi stupisco come la scienza abbia potuto essere coltivata così a lungo senza di esse.]. La soluzione di peso specifico 16–1.17, contenente il 14% di alcali reale, è indicata come la più comoda da usare come test, poiché 100 misure richiedono un ugual volume di acido di prova.

L’esame del carbonato di soda rivela la stechiometria degli idrati. Il sale cristallizzato comune (sub-carbonato purificato) perde acqua all’aria fino a ridursi a una polvere farinosa stabile a 44 grani partendo da 100 grani; esponendo poi a calore rosso, resta un residuo di 37 grani (fr:4489-4490). Il carbonato calcinato è composto da 19 parti di acido e 28 di soda (40.4% acido, 6% base), come confermato da Klaproth e Kirwan. Il cristallizzato fresco contiene circa il 63% d’acqua (Bergman, Kirwan, Klaproth, d’Arcet). Con questi dati, l’autore calcola che se 37 : 63 :: 47 (19+28) : 80, allora 10 atomi d’acqua si uniscono a un atomo di carbonato di soda per formare i cristalli comuni. Proseguendo, se 47 : 8 :: 37 : 3, l’efflorescenza a 44 grani non è carbonato secco, ma un composto con 1 atomo d’acqua: “the ordinary efflorescence of this salt is not dry carbonate, but 1 atom of carbonate and 1 of water.” – (fr:4498) [l’efflorescenza ordinaria di questo sale non è carbonato secco, ma 1 atomo di carbonato e 1 d’acqua.]. Infatti, esponendo all’aria il carbonato calcinato, esso riprende proprio 1 atomo d’acqua raggiungendo di nuovo 44 grani.

Riscaldando il carbonato cristallizzato in una storta, verso i 150 °C diventa fluido come acqua; a 212 °C, dopo ebollizione, precipita un sale duro a grana fine, identificato come quinto idrato, ossia 1 atomo di carbonato con 5 atomi d’acqua (perdita del 46% al calor rosso). Il liquido soprastante (peso specifico 1,35) cristallizza raffreddando in una massa fragile e ghiacciata, costituita da 1 atomo di carbonato e 15 atomi d’acqua (quindicesimo idrato). Perciò, “the tenth hydrate, by heat, is resolved and converted into the fifth and fifteenth” – (fr:4505) [il decimo idrato, per azione del calore, viene scisso e convertito nel quinto e nel quindicesimo]. Lasciando cristallizzare soluzioni di densità inferiore a 35, si ottiene il quindicesimo idrato e un liquido residuo di peso specifico 18, corrispondente a 1 atomo di carbonato con 30 atomi d’acqua, soluzione satura alla temperatura ordinaria. Le soluzioni a densità maggiore (da 85 a 35), sovrassature, cristallizzano rapidamente. L’autore misura i pesi specifici dei cristalli: quindicesimo idrato 35, decimo 42, quinto 64, mentre non può determinare quelli del carbonato puro e del primo idrato. A scopo analitico, la soluzione di peso specifico 22 (14% di alcali) sarebbe equivalente all’acido test, ma poiché è instabile, consiglia di usare una soluzione a metà concentrazione (1.11), in modo che 200 misure saturino 100 misure di acido.

Infine, l’autore affronta il sodio, che qui chiama hydruret of soda o sodium. Poiché dalla fusione del primo idrato di soda, durante l’elettrizzazione, secondo Davy si sviluppa solo ossigeno, “it follows of course that sodium must be a compound of soda and hydrogen, which may be called a hydruret of soda.” – (fr:4527) [ne consegue naturalmente che il sodio deve essere un composto di soda e idrogeno, che può essere chiamato idruro di soda.]. L’articolo sul sodio dato in precedenza (pag. 262) richiederà quindi qualche modifica.

Il testo, dunque, testimonia l’applicazione della teoria atomica di Dalton agli alcali fissi, con la determinazione del peso atomico della soda (28) e la costruzione di una scala di idrati basata sui rapporti atomici. Le tabelle di densità delle soluzioni soddisfano un’esigenza pratica ancora insoddisfatta, e l’interpretazione dell’efflorescenza, della decomposizione termica e della cristallizzazione frazionata getta le basi per la stechiometria dei composti idrati. La considerazione del sodio come idruro, anziché come metallo elementare, colloca il brano in una fase in cui l’elemento non era ancora stato riconosciuto come tale, offrendo uno spaccato dell’evoluzione del pensiero chimico.

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25 La teoria atomica applicata alle terre: barite, stronziana e allumina

Un documento della chimica dei primi dell’Ottocento in cui pesi atomici, stechiometria e acque di cristallizzazione vengono impiegati per dare ordine a un insieme di analisi quantitative ancora discordanti.

Il testo si apre con l’esame del solfato di barite, un sale già usato come reagente per determinare la quantità di acido solforico e di zolfo. Viene citato un chimico che “finds sulphate of barytes to be 33 acid, and 67 barytes” – (fr:4692) [trova che il solfato di barite è composto da 33 di acido e 67 di barite], confermando i risultati precedenti di Withering, Black, Klaproth, Kirwan, Bucholz e Berthier, tutti vicini al 33% di acido. L’autore nota con soddisfazione “the near coincidence in regard to the constitution of this salt; because it is frequently made a test of the quantity of sulphuric acid and of sulphur” – (fr:4696) [la quasi coincidenza riguardo alla costituzione di questo sale, poiché esso è spesso impiegato come test per la quantità di acido solforico e di zolfo].

Meno concordi sono i dati sul nitrato di barite. Thomson trova 59,3% di barite, Clement e Desormes 60, Kirwan 58 e 55 in diverse prove, Fourcroy e Vauquelin L’autore osserva che “these results differ considerably from each other, and are all below the proportion assigned above” – (fr:4698) [questi risultati differiscono considerevolmente tra loro e sono tutti al di sotto della proporzione assegnata sopra]. La spiegazione risiede nell’acqua di cristallizzazione, che varia con la temperatura: “crystallized nitrate of barytes contains water, and perhaps various quantities of water according to the temperature in which it crystallizes” – (fr:4699) [il nitrato di barite cristallizzato contiene acqua, e forse quantità variabili di acqua a seconda della temperatura alla quale cristallizza]. Adottando la teoria atomica, si calcola che con 1 atomo di acqua la barite sarebbe al 59,6% (accordo con Thomson e Clement-Desormes), con 2 atomi al 55,7%, con 3 al 52,3%. Analogamente si razionalizza il muriato di barite cristallizzato: “crystallized muriate of barytes appears clearly to consist of an atom of dry muriate + 2 atoms of water” – (fr:4700) [il muriato di barite cristallizzato appare chiaramente costituito da un atomo di muriato secco + 2 atomi di acqua].

La parte dedicata agli idrati di barite rivela una delle fonti di errore del passato. La barite pura, esposta all’aria o inumidita, si combina con l’acqua sviluppando calore e formando vari idrati. L’autore spiega che “it was mistaking the first hydrate of barytes for pure barytes that caused the uncertainty for some time in regard to the proportions of the elements of sulphate of barytes” – (fr:4705) [fu lo scambiare il primo idrato di barite per barite pura che causò per qualche tempo l’incertezza riguardo alle proporzioni degli elementi del solfato di barite]. Se un atomo di barite pesa 68, il primo idrato pesa 76; unendolo a 34 di acido solforico si otterrebbe solfato di barite = 102, ma l’acido scaccia l’acqua. Ragionando sull’idrato come se fosse puro, si attribuivano erroneamente 76 parti di base a 26 di acido. Da qui la conclusione che Thenard e Berthollet, tenendo la barite a calore rosso, avevano in realtà ottenuto il primo idrato (1 atomo di barite + 1 di acqua). Sciogliendo la barite pura in acqua bollente, per raffreddamento cristallizzano aghi che sono il ventesimo idrato, cioè “1 atom of barytes and 20 of water, or 30 barytes and 70 water per cent.” – (fr:4709) [1 atomo di barite e 20 di acqua, ovvero 30 di barite e 70 di acqua per cento]. Riscaldando a 400-500°F, si ottiene una polvere bianca che è il quinto idrato. In questa operazione, “223 parts (= 68 + 20×8) are reduced to 108 (= 68 + 5×8)” – (fr:4711) [223 parti vengono ridotte a 108], corrispondente alla riduzione osservata sperimentalmente da Hope. La polvere fonde sotto il calor rosso, ma a quella temperatura l’anidride carbonica dell’ambiente viene assorbita quasi con la stessa rapidità con cui si perde acqua. L’autore riporta poi una propria esperienza: 80 grani di cristalli freschi, sciolti in 1000 grani d’acqua, diedero una soluzione di gravità specifica 1,024; saturata con acido solforico, fornì 36 grani di solfato secco, di cui “12 were acid and 24 barytes” – (fr:4714) [12 di acido e 24 di barite]. Da ciò si deduce che 80 grani di cristalli contengono 24 di barite reale, coerentemente con 1 atomo di barite (68) e 20 di acqua (20×8), e che la gravità specifica della soluzione indica approssimativamente la quantità di barite presente, un vantaggio che “does not practically appertain to lime-water” – (fr:4717) [non spetta in pratica all’acqua di calce].

La trattazione passa poi alla strontite (stronziana), le cui proprietà distintive furono fatte conoscere da Hope nel Il minerale scozzese è un carbonato, ma la terra si trova anche combinata con acido solforico. La strontite assomiglia molto alla barite, ma “it is not poisonous; it is less soluble in water than barytes; it has the property of giving a red or purple colour to flame” – (fr:4727) [non è velenosa; è meno solubile in acqua della barite; ha la proprietà di dare un colore rosso o porpora alla fiamma]. Il peso atomico viene dedotto dai sali più comuni ed è fissato a La tabella confronta acido e base nei carbonato, solfato, nitrato e muriato, ad esempio “Sulphate 5 + 5 as 34:46” – (fr:4731) [Solfato 42,5 + 57,5 come 34:46]. Le analisi di vari chimici (Hope, Pelletier, Klaproth, Clayfield, Henry, Kirwan) sono in discreto accordo. Il nitrato cristallizzato, secondo Kirwan, conterrebbe 31,07 di acido, 36,21 di base e 32,72 di acqua; l’autore interpreta questi numeri come “1 atom of acid, 1 of base, and 5 of water” – (fr:4734) [1 atomo di acido, 1 di base e 5 di acqua]. L’idrato di strontite viene descritto analogamente: il primo idrato è polvere secca (46 parti di strontite + 8 di acqua), mentre i cristalli appaiono essere il dodicesimo idrato: “constituted of 1 atom of strontites and 12 of water = 46+96 = 142, or 32 strontites + 68 water per cent.” – (fr:4742) [costituiti da 1 atomo di strontite e 12 di acqua, ovvero 32 di strontite e 68 di acqua per cento]. L’acqua a 60°F scioglie circa 1/160 del suo peso di strontite pura, mentre quella bollente circa metà del suo peso di cristalli; “whence it appears that strontites is much less soluble than barytes, and much more soluble than lime” – (fr:4745) [dal che appare che la strontite è molto meno solubile della barite e molto più solubile della calce].

L’ultima parte è dedicata all’allumina (o argilla). Ottenuta dall’allume per precipitazione con ammoniaca, si presenta come una terra bianca, spugnosa e adesiva da umida, di peso specifico circa Non si combina con ossigeno, idrogeno, carbone, zolfo o fosforo, ma con alcali, terre e ossidi metallici. Di grande importanza è la sua affinità per le sostanze coloranti vegetali, “hence its great importance in the arts of dyeing and printing, in which it is employed to fix the colour on the cloth” – (fr:4760-4761) [donde la sua grande importanza nelle arti della tintura e della stampa, nelle quali è impiegata per fissare il colore sulla stoffa]. Il peso atomico dell’allumina è più difficile da determinare, perché i suoi sali con gli acidi non cristallizzano. L’unico composto ben analizzato è il triplo sale, l’allume. Dalle analisi di Chaptal, Vauquelin, Thenard, Roard, Thomson e Tennant, l’autore raccoglie i dati e conclude che l’allume comune contiene “33 sulphuric acid, 7 alumine, 3 potash, 47 water” – (fr:4779-4782) [33 di acido solforico, 11,7 di allumina, 8,3 di potassa, 47 di acqua]. Applicando il ragionamento atomico, si osserva che dell’acido, 6,7 parti appartengono alla potassa (formando 1 atomo di solfato di potassa) e il resto all’allumina. Ne deriva che “an atom of alum is constituted of one of sulphate of potash in the centre, and 4 atoms of sulphate of alumine around it, forming a square” – (fr:4786) [un atomo di allume è costituito da un atomo di solfato di potassa al centro e 4 atomi di solfato di allumina intorno, formanti un quadrato]. L’atomo di allumina peserebbe così 15, come si ricava dalle proporzioni: “26.3 : 7 :: 34 : 15” – (fr:4788). L’allume secco sarebbe dunque 5×34 + 42 + 4×15 = 272; combinato con acqua, il rapporto ponderale sperimentale 53:47 (allume secco:acqua) conduce a 30 atomi di acqua. La soluzione satura a 60°F ha gravità specifica 1,048 e contiene 1 atomo di allume secco ogni 600 di acqua. Per verificare il peso atomico anche con altri acidi, l’autore esegue un’analisi comparativa: 100 grani di allume vengono decomposti con ammoniaca, l’allumina precipitata viene divisa in tre porzioni uguali e ridisciolta con quantità esattamente misurate di acido solforico, nitrico e muriatico. I risultati forniscono le composizioni percentuali: solfato di allumina 69,4 acido + 30,6 base (rapporto atomico 34:15), nitrato 71,7 + 28,3 (38:15), muriato 59,5 + 40,5 (22:15). L’ultimo accenno riguarda l’opinione di Vauquelin, secondo cui l’allume sarebbe un supersolfato di allumina con solfato di potassa: se così fosse, il peso atomico dell’allumina dovrebbe raddoppiare a 30, ma l’autore liquida l’ipotesi dichiarando che “the opinion appears to me without support” – (fr:4803) [l’opinione mi sembra priva di sostegno].

Il testo costituisce una vivida testimonianza del metodo con cui John Dalton, nei primi anni del XIX secolo, stava edificando la nuova chimica ponderale. La scelta di esaminare sali ben noti come il solfato di barite e l’allume, le acque di cristallizzazione interpretate come multipli atomici, e la costante verifica incrociata con i dati di altri analisti, mostrano il passaggio da una chimica descrittiva a una scienza fondata su rapporti numerici fissi e sulla nozione di atomo. Le discordanze tra i chimici non vengono ignorate, ma sistematicamente ricondotte a differenze di idratazione o di metodo, offrendo un esempio precoce di come la teoria atomica potesse spiegare le incertezze sperimentali e guidare nuove determinazioni.

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26 Le terre al vaglio dell’atomismo: allumina, silice, ittria e glucina

Dalle pagine di un trattato chimico di primo Ottocento, la determinazione sperimentale dei pesi atomici e delle combinazioni delle terre mette in luce la nascente teoria atomica, con particolare attenzione al comportamento della silice con gli alcali e alla correzione di un errore diffuso sulla precipitazione della silice pura.

Il discorso si apre con l’allumina, della quale si riconoscono due stati fisici ben distinti: “two very different states, according to circumstances ; the one he calls spongy, and the other gelatinous alumine ; they both retain 58 parts per cent, of water, when dried in common summer heat ; the former parts with the whole of its water at a red heat; but the latter only loses 48 per cent, at the highest temperature.” – (fr:4821) [due stati molto diversi, a seconda delle circostanze; l’uno egli chiama allumina spugnosa e l’altro allumina gelatinosa; entrambi trattengono il 58% in parti di acqua, se essiccati al calore estivo comune; il primo perde tutta la sua acqua al calor rosso, mentre il secondo ne perde solo il 48% alla temperatura più alta.] L’osservazione quantitativa viene spinta fino a ipotizzare la composizione atomica: “it would seem probable that alumine, at the ordinary temperature, retains 2 atoms of water, or 15 parts alumine hold 16 of water ; this would allow 52 per cent, loss by a red heat.” – (fr:4822) [sembrerebbe probabile che l’allumina, a temperatura ordinaria, trattenga 2 atomi d’acqua, ossia 15 parti di allumina tengano 16 di acqua; ciò comporterebbe una perdita del 52% al calor rosso.] Nonostante l’approssimazione, l’autore avverte: “The subject deserves further attention.” – (fr:4823) [L’argomento merita ulteriore attenzione.] ponendo le basi per una chimica delle terre fondata sui rapporti ponderali.

La trattazione prosegue con la silice (sezione 6). Dopo averne indicato l’abbondanza nelle pietre, nella selce e nel cristallo di rocca, si fissano le costanti fisiche: “The specific gravity of flint and rock crystal is usually about 65.” – (fr:4829) [Il peso specifico della selce e del cristallo di rocca è generalmente circa 2,65.] La silice, polverizzata dopo arroventamento, “forms a harsh, gritty powder, which does not cohere nor form a paste with water like clay” – (fr:4831) [forma una polvere ruvida e granulosa, che non fa coesione né forma una pasta con l’acqua come l’argilla], è insolubile e infusibile se non a temperature estreme. Per averla pura occorre distillare una miscela di acido solforico e fluoruro di calcio (fluate of lime) insieme a selce polverizzata: si ottiene superfluato di silice allo stato elastico, che raccolto su acqua forma una crosta di fluorato di silice; separata la crosta, l’aggiunta di ammoniaca fa precipitare la silice pura. L’autore non manca di segnalare che il metodo tradizionale “gives pure glass, as will presently be explained” – (fr:4836) [dà vetro puro, come sarà spiegato tra breve], anticipando una delle più significative precisazioni del passo.

La silice si combina con gli alcali fissi in due proporzioni. La formazione del vetro richiede “one part of silex and one of fine dry carbonate of soda … but if potash is used, then 1^- parts will be required.” – (fr:4842) [una parte di silice e una di carbonato di soda fino e secco … ma se si usa la potassa, allora occorrerà 1 parte e qualcosa.] Per il composto solubile, “double the quantities of alkali must be used, or 2 parts of soda and 3 of potash.” – (fr:4843) [devono essere usate quantità doppie di alcali, ossia 2 parti di soda e 3 di potassa.] A forte calor rosso si ha l’unione completa; con la dose doppia di alcali si forma un vetro deliquescente e solubile in acqua, che l’autore chiama “supersodiuretted or superpotasiuretted silex” – (fr:4845) [silice supersodiarata o superpotassiarata], mentre il vetro comune è “sodiuretted or potasiuretted silex” – (fr:4845) [silice sodiarata o potassiarata].

Il passo cruciale riguarda il comportamento con gli acidi. Aggiungendo un acido a una soluzione di superpotasiuretted silex, si forma un precipitato bianco che non è silice pura, bensì “potasiuretted silex, or common glass, and not silex, as has hitherto been supposed.” – (fr:4846) [silice potassiarata, ovvero vetro comune, e non silice, come finora si è supposto.] Le prove addotte sono molteplici: 1) il precipitato riscaldato pesa circa due terzi del potasiuretted silex arroventato, mentre la silice rappresenta solo un terzo del composto; 2) l’acido necessario alla precipitazione è metà di quello che saturerebbe l’alcali totale; 3) il precipitato seccato a moderato calor rosso fonde in vetro al cannello; 4) “as the acids do not take the alkali from glass, they ought not to take more alkali from superpotasiuretted silex than what would reduce it to common glass.” – (fr:4849) [poiché gli acidi non sottraggono l’alcali dal vetro, essi non dovrebbero sottrarre al superpotasiuretted silex più alcali di quanto basti a ridurlo a vetro comune.]

La determinazione del peso atomico della silice è presentata come più ardua rispetto alle altre terre, perché “it enters into combination with only one of the acids, and the proportions have not yet been ascertained.” – (fr:4850) [entra in combinazione con un solo acido e le proporzioni non sono state ancora accertate.] L’autore ricorre quindi alle relazioni con potassa, calce e barite. Da esperimenti con superpotasiuretted silex senza eccesso di alcali, precipitando con acido solforico, ottiene un precipitato che, seccato a calor rosso moderato, “left a harsh gritty powder, nearly 4ds of the weight of the compound.” – (fr:4851) [lasciò una polvere ruvida e granulosa, quasi i 4/5 del peso del composto.] Titolando con acido una soluzione a peso noto, si trova che “the whole acid added was found to be sufficient to saturate a weight of pure alkali nearly equal to -j-d of that of the dry compound.” – (fr:4853) [tutto l’acido aggiunto risultò sufficiente a saturare un peso di alcali puro quasi uguale a 1/3 di quello del composto secco.] Da qui la conclusione che solo metà dell’alcali viene neutralizzata, mentre l’altra metà rimane unita alla silice. Poiché l’alcali si estrae facilmente da uno dei due composti e difficilmente dall’altro, “the former must be supposed two atoms of alkali to one of silex, and the latter one to one.” – (fr:4856) [il primo si deve supporre formato da due atomi di alcali per uno di silice, il secondo da uno a uno.] Il peso atomico della silice risulta perciò quasi uguale a quello della potassa, e la somiglianza dei pesi specifici “is an argument in favour of the conclusion.” – (fr:4857) [è un argomento a favore della conclusione.] L’autore stima infine che “one atom of silex weighs nearly 45 times that of hydrogen.” – (fr:4868) [un atomo di silice pesa quasi 45 volte quello dell’idrogeno.]

I comportamenti con la calce e la barite confermano il quadro. Con la calce, ogni atomo di superpotasiuretted silex viene decomposto in un atomo di potassa che resta in soluzione e un atomo di potasiuretted silex che si unisce a due atomi di calce precipitando; il liquido residuo “required 27 grains of test muriatic acid to saturate it ; whereas, the like quantity of lime water took 54 grains.” – (fr:4860) [richiese 27 grani di acido muriatico di prova per saturarlo, laddove l’uguale quantità di acqua di calce ne prese ] Con la barite, un atomo di barite “had detached one of potash from the compound, and taken its place” – (fr:4866) [aveva staccato un atomo di potassa dal composto e ne aveva preso il posto], generando un precipitato triplo di silice, potassa e barite (un atomo di ciascuno), “probably of 9 parts of barytes, 5| silex, and 5^ potash.” – (fr:4867) [probabilmente di 9 parti di barite, 5½ di silice e 5½ di potassa.]

Le sezioni dedicate all’ittria e alla glucina aggiungono ulteriori dati atomici. L’ittria, ottenuta dalla gadolinite di Ytterby, è “a white powder, said to be of the specific gravity 4” – (fr:4876) [una polvere bianca, che si dice abbia peso specifico 4]. I sali che forma con gli acidi hanno per lo più sapore dolce e talora colore. Partendo dall’idrato, che contiene il 31% di acqua, e dal carbonato (18% acido, 55% ittria, 27% acqua), e supponendo un carbonato con 1 atomo di acido, 1 di terra e 3 di acqua e un peso acido+acqua pari a 45, si deduce “the atom of earth is deduced to be 53” – (fr:4881) [l’atomo di terra si deduce essere 53]. L’alto peso specifico “countenances the notion of the atom being heavy” – (fr:4882) [avvalora l’idea che l’atomo sia pesante], ma si attende conferma da esperimenti più vari. La glucina, infine, si ottiene dal berillo e dallo smeraldo e deve il nome al sapore dolce dei suoi sali – una proprietà caratteristica che chiude la rassegna di queste terre analizzate nel segno della nuova chimica ponderale.

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