Pe 1 martie 1869, savantul rus Dimitri Mendeleev aducea ordinea în haosul chimiei din vremea lui. Lucra la un tratat despre chimia anorganică, în care dorea să descrie proprietățile elementelor chimice cunoscute până atunci. O muncă uriașă, care ar fi trebuit să se concretizeze, conform contractului cu editorul, în două tomuri. Îl finalizase deja pe primul, dar în acesta nu adunase decât 8 dintre cele 63 de elemente chimice descoperite până în 1869. Situația era aproape fără ieșire. Nu avea cum să cuprindă celelalte 55 de elemente chimice într-un singur volum. Era nevoit să găsească o soluție, să grupeze elementele chimice în funcție de proprietățile lor. Așa a ajuns la marea sa descoperire, care este sărbătorită în acest an: 2019 este Anul Internațional al Tabelului lui Mendeleev. Ca toți marii oameni de știință, el s-a sprijinit pe cunoștințele acumulate de-a lungul timpului.

Chimiștii din vechime

O dată cu stăpânirea focului, așa cum spune Isaac Asimov în cartea ”A short History of Chemistry”, ”omul a devenit chimist atunci când a conceput o metodă prin care lemnul, sau un alt material combustibil, se poate combina suficient de rapid cu aerul pentru a produce căldură, lumină, cenușă, fum și vapori. El avea nevoie de lemn uscat, de ceva asemănător cu iasca, de o metodă de creștere a temperaturii prin frecare și așa mai departe.” Odată cu stăpânirea focului cunoștințele de chimie au început să se îmbogățească. Oamenii au învățat să folosească focul pentru a pregăti mâncarea, pentru a fabrica vase din lut ars și așa mai departe.

Mai aproape de noi, tot focul avea să fie declanșatorul unor descoperiri care aveau să ducă în cele din urmă la civilizația umană a prezentului. Probabil că întâmplător ei au descoperit pepite din cupru, care s-au topit atunci când erau prezente în vatra focului. Încă de acum aproape 9.000 de ani cuprul începuse să fie folosit în Orientul Mijlociu.  Dar pepitele de cupru erau o resursă rară, iar cuprul nu s-a putut răspândi prea mult. A mai trebuit să descopere, tot întâmplător, că se poate obține cupru din unele roci, care conțin cantități mari de cupru sub formă unor combinații chimice, atunci când sunt încălzite pe un foc din cărbuni. Asta se petrecea undeva în urmă cu circa 6.000 de ani în Egipt și Mesopotamia. Din nou întâmplarea a făcut ca alături de minereu de cupru să fie puse pe foc și minerale care conțineau staniu. Astfel a rezultat un aliaj, bronzul, cel care a dat numele unei întregi epoci umane, un material mult mai rezistent decât cuprul.

Aceasta este doar o mică parte a poveștii chimiei de acum câteva mii de ani. Oamenii o descopereau și o luau ca atare sau își explicau transformarea pietrelor în metale prin puterea magică a focului. Citez din cartea ”The History of Chemistry” scrisă de John Hudson: ”Probabil că extragerea metalelor se realiza în temple în care preoții îi supravegheau pe artizani. Preoții asistau la proces pentru a se asigura că semnele astrologice sunt favorabile și că zeii sunt îmbunați. În orice caz, preoții au fost primul grup care a avut o cunoaștere intimă a tehnologiilor chimice ale zilei și, de asemenea, suficient timp liber pentru a specula asupra naturii schimbărilor care se produceau.”

Filosofii greci

Pentru a se desprinde de magie, chimia trebuia să intre în lumina rațiunii. Primii pași au fost făcuți de către filosofii greci din antichitate, care, deși nu au fost oameni de știință în adevăratul sens al sintagmei, au făcut primii pași către înțelegerea lumii. Nu am destul spațiu pentru a discuta cum aș vrea despre acest subiect, din acest motiv mă voi opri doar asupra a câtorva filosofi mai importanți.

Undeva în jurul anului 478 î.e.n. filosoful Leucip a devenit primul care a propus o teorie atomică a materiei. Din nefericire scrierile lui despre acest subiect nu au supraviețuit. Despre propunerea lui am primit informații prin intermediul discipolului său, Democrit. Acesta spunea că toată materia este alcătuită din corpusculi mici, indivizibili. Aceștia ar avea forme diferite și se poziționează diferit unii față de alții, pentru a produce toate felurile de materie. Atomii s-ar fi aflat într-o mișcare perpetuă în vid. teoria atomică a lui Leucip și Democrit oferea o explicație foarte plauzibilă pentru proprietățile materiei, dar, așa cum sublinia Asimov în cartea pe care o aminteam mai sus: Teoria atomică ”ne sună remarcabil de modern, dar Democrit nu apela la experimente pentru a o demonstra. (Filosofii greci nu făceau experimente ci ajungeau la concluzii plecând de la niște principii de bază.)”. Asta făcea ca ea să poată fi respinsă cu ușurință.

La un secol după ce Leucip enunțase teoria atomică, un alt mare filosof grec vine cu o nouă abordare. Aristotel, despre el este vorba, susținea că la baza materiei se află patru elemente: pământ, apă, aer și foc. Ideea o preluase de la Empedocle. Dar, spre deosebire de acesta, el susţinea că cele patru elemente se pot converti dintr-unul în altul. Pentru Aristotel, așa cum arăta John Hudson în cartea citată mai devreme, ”Elementele pot fi analizate în funcție de patru calități: fierbinte, rece, umed și uscat. Pământul este rece și uscat, apa este rece și umedă, aerul este umed și fierbinte iar focul este uscat și fierbinte. Un element poate fi convertit într-un altul prin adăugarea sau eliminarea uneia din aceste calități. Fiecare substanță de pe Pământ este o combinație a acestor patru elemente, iar modificările, pe care astăzi le numim chimice, pot fi explicate printr-o modificare a proporțiilor acestor patru elemente. Aristotel nu a încercat să aducă dovezi în sprijinul teoriei celor patru elemente. Mai târziu, susținătorii săi sblinau faptul că atunci când este arsă o bucată de lemn, din el iese foc, apa se scurge din el, se produce aer (sub formă de fum) și pământul (cenușa) rămâne în urmă. Se admitea faptul că multe alte substanțe nu pot fi analizate în acest fel, dar, în absența unei teorii mai bune, explicația aristoteliană a lumii a dominat până în secolul al XVI-lea.”

Aristotel a respins viguros teoria atomică. Vă reamintesc că ea susținea că atomii se mișcă perpetuu în vid. Pentru Aristotel vidul nu putea să existe. Pe baza observațiilor el susținea că viteza de cădere a corpurilor depinde greutatea lor, fiind în strânsă legătură cu rezistența mediului. Atunci când rezistența este nulă (cum este în cazul vidului) corpurile s-ar mișca cu o viteză infinită, o ipoteză de neacceptat de către Aristotel.

Ideile lui Aristotel au dominat mult timp filosofia occidentală. Ele au stat la baza unei arte sau, mai corect spus, a unei ”protoștiințe”, care mai târziu se va transforma în știința pe care astăzi o numim chimie.

Alchimia

Am putea spune că alchimia era un soi de practică vrăjitorească. Limbajul ezoteric al manuscriselor alchimice ar putea justifica această afirmație. Însă nu trebuie să uităm că alchimia se baza pe o anumită concepție filosofică, care se încerca a fi confirmată prin experimente.

John Read, în cartea sa ”From alchemy to chemistry” spunea foarte frumos că ”La fel ca știința modernă, alchimia era ghidată de principii și idei, deși acestea puteau fi modificate și să aibă diverse interpretări. În general raționamentul alchimic era deductiv și se baza pe două presupuneri a priori: în primul rând pe unitatea materiei și, în al doilea rând, pe existența unui agent al transmutărilor, numit Piatra Filosofală. Această așanumită «medicină a metalelor» era capabilă să vindece bolile imaginare ale metalelor, înnobilându-le prin transformarea lor în metale perfecte, cum erau aurul și argintul.”

Îmi dau seama că abordarea alchimiei nu se reduce la ideile cuprinse în citatul de mai sus. Subiectul este unul mult mai complex, incluzând și o componentă spirituală puternică, și ar trebui abordat pe un spațiu mult mai amplu. Aș vrea numai să accentuez faptul că dincolo de ezoterismul textelor alchimice, mai greu de interpretat de către mine, adesea ea se folosea experiment ca metodă de confirmare a validității ei. Alchimiștii susțineau că plumbul sau cuprul poate fi transformat în aur, prin ”medicina metalelor”? Da. Da, dar, spre deosebire de năzbâtiofilii din zilele noastre, ei căutau dovezi clare în acest sens. Dovezi pe care nu le-au putut găsi niciodată. Căutările, experimentale, ale alchimiștilor, pentru soluții practice de transmutare a elementelor a dus la apariția unor metode experimentale (doar un exemplu: distilarea), care sunt folosite de către chimiștii epocii moderne.

Laborator alchimic

Vă voi da un singur exemplu de alchimist, unul din evul mediu, care a trăit între anii 721și 815. Este vorba despre arabul Jabir ibn Hayyan (Geber în varianta latinizată a numelui). Omul acesta era o adevărată enciclopedie, având preocupări în diverse domenii: alchimie, astronomie, astrologie, medicină etc.

Jabir avea o abordare aristoteliană a alchimiei. El considera că există patru elemente (pământ, apă, aer foc) care au patru calități (umed, uscat, rece, cald). El mai credea în misticismul pitagorean al armoniei numerelor. El considera că orice substanță are o natură interioară și o alta exterioară. Vă reamintesc că, în filosofia lui Aristotel, elementele sunt combinații a câte două calități. Pentru Jabir plumbul era compus în exterior din rece, trei părți, și din uscat, opt părți. În interior plumbul are fierbinte, o parte, și umed, cinci părți. Aurul ar fi compus în exterior fierbinte, trei părți, și umed, o parte, iar în interior din rece, o parte, și uscat, cinci părți. Dacă s-ar altera într-un anume fel natura exterioară a plumbului, ar rezulta, implicit, și modificarea naturii interioare, ceea ce l-ar transforma în aur, credea Jabir.

Jabir ibn Hayyan (Geber)

În domeniul alchimiei a scris 22 de tratate în care a sistematizat procedeele chimice fundamentale folosite de către alchimiști, cum ar fi cristalizarea, distilarea, calcinarea, sublimarea și evaporarea. El considera că experimentul joacă un rol fundamental în alchimie. Jabir ar fi spus că ”primul lucru important în alchimie este că trebuie să faci o muncă practică și experimente, deoarece cel care nu face o muncă practică și experimente nu va atinge o cunoaștere înaltă.”

Tot el a dezvoltat echipamente de laborator specializate pentru realizarea diverselor reacții chimice, cum ar fi alambicul și retorta. În căutarea Pietrei Filosofale, Jabir a realizat multe experimente, care au dus la descoperirea unor compuși chimici noi. De exemplu, prin distilarea clorurii de sodiu (sarea de bucătărie) în prezența acidului sulfuric, a obținut acid clorhidric, iar prin distilarea azotatului de potasiu (salpetru) în prezența aceluiași acid sulfuric, a obținut acid azotic. Jabir nu s-a oprit aici. A amestecat acidul azotic cu acid clorhidric și a obținut un lichid care reacționează cu aurul. A inventat astfel ceea ce numim astăzi ”apă regală”. Tot prin distilare a descoperit acidul citric (prin distilarea sucului de lămâie), acidul acetic (prin distilarea oțetului) și acidul tartric (prin distilarea reziduurilor rezultate în urma vinificării).

Jabir și-a folosit cunoștințele obținute în urma experimentelor pentru a realiza o soluție pentru prevenirea ruginirii fierului, a descoperit noi coloranți pentru țesături, a perfecționat tehnologia de tăbăcire a pieilor. A mai descoperit că bioxidul de mangan poate fi folosit în procesul de fabricare a sticlei, pentru a înlătura tenta verzuie provocată de conținutul de fier. Altfel spus, el a avut o contribuție și în dezvoltarea aplicațiilor practice ale cunoștințelor dobândite.

Cărțile alchimice ale lui Jabir au fost traduse în limba latină pe parcursul evului mediu și au avut o mare influență atât asupra alchimiștilor vremii, cât și la apariția științei chimiei. De la el ne-au rămas cuvinte care au rămas în vocabularul chimiștilor, cum ar fi ”alcalin” (al qaliy, cenușă).

Încheiere temporară

Acestea au fost începuturile. Mai era nevoie doar ca alchimiștii să înceapă să înțeleagă că, influențați de gânditorii din vechime, se află pe un drum închis. Dar despre asta vom povesti în episodul viitor.

Episodul 2 al serialului îl găsiți aici.
Episodul 3 al serialului îl găsiți aici.
Episodul 4 al serialului îl găsiți aici.