Așa cum ați văzut deja, drumul către transformarea alchimiei în știința care poartă numele de chimie nu a fost tocmai unul ușor. Dar, odată ce a fost abandonată metafizica alchimică, în favoarea filosofiei naturale, evoluțiile au devenit din ce în ce mai rapide. Preocupați de căutarea dovezilor și abandonând speculațiile care nu erau susținute de fapte, filosofii naturii încep să desțelenească drumurile care aveau să ne ducă la o mai bună înțelegere a lumii. Să ne continuăm drumul prin istoria tabelului lui Mendeleev.
Aș vrea să spun o scurtă anecdotă, pe care am preluat-o din transcriptul prezentării susținute de către Laura Snyder la o conferință TED din 2012. Ea povestește o întâmplare din în 24 iunie 1833, la cea de-a treia conferințe a Asociaţiei Britanice pentru Progresul Ştiinţei. ”Un bătrân cărunt se ridică. Membrii Asociaţiei sunt surprinşi să vadă că este poetul Samuel Taylor Coleridge, care nu mai ieşise din casă de ani de zile. Sunt şi mai şocaţi de ceea ce spune. «Încetaţi să vă mai denumiţi filosofi ai naturii.» Coleridge simţea că adevăraţii filosofi, ca şi el, reflectau asupra cosmosului din fotoliile lor. Nu se murdăreau cu noroi şi nici nu făceau experimente primejdioase cu pile electrice, ca membrii Asociaţiei Britanice.” Spusele lui Coleridge puteau fi văzute atât ca un compliment cât și ca, mai degrabă, un reproș. Experimentul științific implică multă muncă fizică, în timp ce filosofia ar trebui să se fie mai degrabă un exercițiu intelectual profund. Laura Snyder continuă: ”Un student de la Cambridge, William Whewell, s-a ridicat şi a liniştit mulţimea. El a recunoscut politicos că un nume adecvat pentru membrii asociaţiei nu există. «Dacă «filosof» e un termen prea general și pretențios, a spus, atunci, prin analogie cu «om de artă», noi putem fi denumiţi – oameni de ştiinţă.» A fost prima dată când termenul «om de ştiinţă», a fost rostit în public […]”
V-am povestit această întâmplare pentru că ea sugerează, cred eu destul de bine momentul unei anumite rupturi. La începuturile sale, filosofia naturală își propunea să înțeleagă mintea Divinității prin studierea și înțelegerea lumii naturale. Existau niște fire care o țineau legată de teologie. Dar, la acest început de secol XIX lucrurile se schimbau deja. Oamenii de știință au început să înțeleagă că pot înțelege bine lumea naturală numai dacă nu implică, în fenomenele care o guvernează, acțiunea unor forțe supranaturale.
Humphry Davy și descompunerea electrolitică
Încep cu o paranteză. Davy a fost unul dintre prietenii apropiați ai lui Coleridge, poetul romantic care era atât de supărat că cercetătorii naturii se cred filosofi. În cartea sa, ”Uncle Tungsten” (vă recomand să o citiți, a apărut și în ediția română, fiind publicată de Editura Humanitas), Oliver Sacks citează un pasaj emoționant din Coleridge, în care poetul descrie munca lui Davy: ”Apa și focul, diamantul, cărbunele… sunt convocate să fraternizeze prin teoria chimistului… Este sensul unui principiu de conexiune dăruit de către spirit și care este sancționat de corespondența cu Natura. Dacă în Shakespeare găsim natura idealizată în poezie, prin puterea creatoare a unei meditații profunde și care totuși observă, prin observarea meditativă a unui Davy, noi găsim poezia, ca să spunem așa, etalată și realizată în Natură: da, Natura însăși ne este revelată… de către poet și poem!” Am închis paranteza.
La începutul anilor 1800 descoperirile lui Volta ajung să fie cunoscute și în Anglia. Mai mulți oameni de știință britanici încep să studieze ”fenomenele galvanice”. Dintre ei s-a remarcat Humphry Davy. Experimentator strălucit, Davy a fost preocupat în primul rând de acumularea de date experimentale și abia mai apoi de transpunerea lor în teorie. Ca de obicei, deși a avut rezultate extraordinare în diverse domenii ale chimiei chimiei (printre altele a descoperit calitățile anestezice ale oxidului de azot), ne vom îndrepta atenția asupra acelor descoperiri care au reprezentat elemente esențiale în pavarea drumului către Tabelul lui Mendeleev.
Pentru a studia fenomenele galvanice el s-a concentrat asupra electrolizei. A construit o pilă voltaică alcătuită din 250 de plăci metalice, cea mai puternică și cea mai mare construită până atunci, cu ajutorul căreia putea genera un curent electric de mare intensitate. Inițial a încercat să folosească acest curent pentru descompunerea unor substanțe dizolvate în apă, dar a constatat că, în urma electrolizei, nu obține decât hidrogen și oxigen. De fapt, el nu făcea altceva decât să descompună apa.
Evident, trebuia eliminată apa. A încercat să vadă ce se întâmplă atunci când este trecut un curent electric intens printr-o substanță solidă. Nu s-a întâmplat nimic. Pasul următor a venit aproape de la sine: a vrut să vadă ce se întâmplă atunci când curentul electric străbate o substanță lichidă. Ideea asta a dat rezultate aproape imediat. Pe 6 octombrie 1807, Davy a supus electrolizei o cantitate de potasă (carbonat de calciu), care a fost încălzită până dincolo de punctul de topire. A obținut astfel câteva picături de metal topit, căruia Davy i-a dat numele de potasiu. O săptămână mai târziu repetă experimentul, de această dată folosind sodă (carbonat de sodiu) lichidă. Astfel Davy reușește să separe un nou element chimic, sodiul. Nu știa cum să clasifice aceste două noi elemente chimice dar, în cele din urmă, având în vedere faptul că ele aveau o suprafață lucioasă și conduceau bine curentul electric și căldura, a decis să le introducă în categoria metalelor.
Un an mai târziu, în 1808, Davy folosește un tip de electroliză sugerat de savantul suedez Berzelius (nu intru în detalii, voi spune doar că se folosea un electrod din mercur) și reușește să separe alte câteva elemente chimice: magneziul, stronțiul, bariul și calciul.
Încă din 1807, Davy încearcă să explice fenomenul de electroliză. O face cu prudență. ”În stadiul actual al cunoștințelor noastre este inutil să speculăm asupra cauzei energiei electrostatice sau asupra motivului pentru care corpuri diferite, după ce au fost puse în contact, se electrizează diferit, dar relația ei cu afinitatea chimică este suficient de clară. Nu ar putea fi aceasta o proprietate fundamentală a materiei? […] Ceea ce numim afinitate chimică nu este cumva reunirea particulelor în stări electrice natural opuse? Iar atracțiile chimice ale particulelor și atracțiile electrice ale corpurilor masive nu sunt cumva rezultatul acțiunii unei singure legi?”
Câțiva ani mai târziu, în 1812, după ce a acumulat multe ore lucrate în laboratorul, în ”Elements of Chemical Philosophy” Davy nota: ”Aceleași corpuri, atunci este vorba de obiecte masive, au aceleași efecte electrostatice care produc fenomenele chimice întâlnite atunci când este vorba despre particulele care le alcătuiesc. Deci nu este improbabil să găsim aceeași cauză primă, și aceleași aranjamente ale materiei sau chiar aceleași forțe de atracție între corpurile încărcate pozitiv și negativ. De exemplu, ceea ce produce atracția electrică între corpuri, ar putea produce și o forță de atracție între particule permițându-le să se combine […].”
Ipoteza lui Davy este genială. Chiar dacă, în aceeași perioadă, au existat și alții care au avut idei similare, scrierile și experimentele lui Davy am marcat o revoluție în chimie. Iată cum o descrie Oliver Sacks, în cartea amintită mai sus: ”Pentru Davy, electroliza a reprezentat o revelație care i-a arătat că materia însăși nu este ceva inert, menținut de gravitație, cum considera Newton, ci ceva încărcat și menținut de forțe electrice. Afinitatea chimică și forța electrică, presupunea el, erau identice. Pentru Newton și Boyle nu exista decât o singură forță, gravitația universală, care ține la un loc nu numai stelele și planetele, dar și atomii care le compun. Pentru Davy exista o a doua forță cosmică, o forță nu mai puțin puternică decât gravitația, dar care acționează la distanțele infime dintre atomi, în lumea invizibilă, aproape inimaginabilă, a atomilor chimici. Gravitația, credea el, ar putea fi secretul masei, dar electricitatea este secretul materiei.”
Jacob Berzelius și legăturile chimice
La rândul său, Berzelius a fost o uriașă personalitate a chimiei. Doar în treacăt voi aminti că el a descoperit ceriul, seleniul și toriul. El este cel care a inventat sistemul de notație pentru formulele chimice pe care îl folosim și astăzi. El a descoperit fenomenul de cataliză. Tot el a avut contribuții importante în dezvoltarea chimiei organice.
Așa cum v-am obișnuit voi trece rapid la prezentarea acelor descoperiri care aveau să ducă la marea realizare a lui Mendeleev.
Berzelius, foarte probabil influențat de Davy, după ce studiază îndeaproape fenomenele legate de electroliză, elaborează și el o teorie conform căreia forțele electrice joacă rolul principal în formarea legăturilor chimice. Conform acesteia, atomii sunt purtători de sarcini electrice în diferite proporții, ceea ce ar avea drept rezultat apariția de diferite combinații chimice. Metalele erau considerate a fi electropozitive, deoarece erau atrase de către polul negativ în timpul electrolizei. El realizează și o clasificare a elementelor chimice, plecând de la potasiu, considerat a fi cel mai electropozitiv element, și ajungând la oxigen, considerat a fi cel mai electronegativ element. (Remarcați că avem încă un pas clar către tabelul lui Mendeleev, după ce Dalton realizase clasificarea elementelor în funcție de masa atomică.)
Conform lui Berzelius, combinarea atomilor este o consecință a atracției electrice, iar compușii cimici rezultați pot avea un exces de sarcină pozitivă sau negativă. El dă chiar și un exemplu în acest sens. Oxidul de cupru (CuO) este format prin unirea unui atom de cupru (pozitiv) și a unui atom de oxigen (negativ) și rămâne ușor pozitiv. Trioxidul de sulf (SO3) este format din sulf (pozitiv) și oxigen și este ușor negativ. Asta ar explica de ce cei doi compuși chimici se pot combina pentru a forma sulfatul de cupru (CuSO4).
Ipoteza lui Berzelius avea câteva dificultăți majore. De exemplu, cum este posibil ca doi atomi de hidrogen să se reunească pentru a forma molecula de hidrogen? Ipoteza lui Berzelius impunea ca cei doi atomi să aibă sarcini diferite. Cum este posibil ca același tip de atomi să fie uneori pozitivi și alteori negativi? Deși s-a folosit de lucrările lui Avogadro, Berzelius nu a fost niciodată de acord cu ideea existenței moleculei de hidrogen sau azot. Mai târziu, atunci când au început să fie studiate îndeaproape moleculele organice, au apărut noi dificultăți. De exemplu, pentru Berzelius, hidrogenul avea o sarcină pozitivă iar clorul una negativă. Erau cunoscute molecule organice în care un atom de hidrogen era substituit cu unul de clor. Acest lucru ar fi fost imposibil dacă ar fi fost acceptată ipoteza lui Berzelius.
Suntem în fața unei greșeli fundamentale? Nicidecum. Nu avem de-a face cu o greșeală, ci doar cu o explicație valabilă în anumite situații. Lucrul devenise clar la sfârșitul secolului al XIX-lea. De fapt avem de-a face cu două tipuri de legături chimice. Cea propusă de Berzelius este una dintre ele. Este vorba de legăturile care se produc între atomi ionizați pozitiv sau negativ. Este vorba despre o legătură ionică. Dar mai există și un alt tip de legătură chimică, cea covalentă, în care se realizează atunci când atomii își pun în comun electroni din stratul de valență. Nu intru în detalii, aș deveni mult prea stufos, dar acest tip de legătură chimică nu era cunoscut și nici măcar intuit pe vremea lui Berzelius.
Așa cum spuneam în numărul trecut, o altă contribuție importantă a savantului suedez la setul de cunoaștere care a dus la sinteza lui Mendeleev, a fost determinarea maselor atomice ale elementelor cunoscute în vremea sa. Spre deosebire de Dalton, care alesese ca unitate de măsură masa atomului de hidrogen, Berzelius alege atomul de oxigen, pe care el îl considera ca fiind ”punctul cardinal al chimiei”. Mai exact, el considera că oxigenul are o masă egală cu 100 de unități. Fiind un experimentator de excepție, el reușește să facă determinări extrem de precise iar valorile din tabelul său, în versiunea finală din 1826, sunt foarte apropiate de cele standard din zilele noastre. Au existat doar trei excepții: sodiul, potasiul și argintul.
Intermezzo
Ne apropiem de momentul magic, de ziua în care geniul lui Mendeleev a adus ordinea în hățișul elementelor chimice, dând un nou sens chimiei. Mai avem de parcurs câteva episoade, pe care vă invit să le citiți în numerele viitoare ale revistei noastre.
Primul episod al serialului îl găsiți aici
Al doilea episod al serialului îl găsiți aici
Al treilea episod al serialului îl găsiți aici
Al cincilea episod al serialului îl găsiți aici.
Al șaselea episod al serialului îl găsiți aici.
