Antoine Lavoisier è considerato il padre della chimica moderna le cui scoperte, in campo della chimica sono equivalenti a quelle di Isaac Newton in campo della fisica. Sebbene sia noto per la legge che porta il suo nome e costituisce la prima legge della chimica, detta anche legge di conservazione della massa, Antoine Lavoisier è stato il pioniere dei moderni metodi.
Nato a Parigi nel 1743 da una nobile famiglia Antoine Lavoisier fu figlio del suo tempo di cui interpretò le pulsioni, l’ansia della ricerca e le contraddizioni costituendo la figura di spicco che ha portato l’alchimia ad assurgere al rango di scienza.
Lavoisier
Da figlio del suo tempo Antoine Lavoisier visse la presa della Bastiglia, evento avvenuto il 14 luglio 1789 con cui si identifica l’inizio della Rivoluzione Francese. Dopo aver acquistato una quota di Ferme générale, una società di raccolta fiscale che riscuoteva tasse e dogane per conto del governo reale, diventando esattore delle tasse.
A seguito della Rivoluzione francese nel 1790 l’assemblea Costituente abolì la Ferme générale alla fine del 1793 e fu decretato l’arresto per tutti i dirigenti. Antoine Lavoisier fu accusato di tradimento e condannato a morte e ghigliottinato l’8 maggio 1794. Il celebre matematico Joseph-Louis Lagrange dedicò alla morte di Antoine Lavoisier la frase “Sono bastati pochi istanti per tagliare quella testa, ma ci vorrà almeno un secolo perché ne rinasca un’altra uguale”.
Antoine Lavoisier e l’ossido di mercurio
Avvalendosi di rudimentali strumentazioni, Antoine Lavoisier si dedicò alla sperimentazione nel suo laboratorio per condurre esperimenti realizzando la maggior parte della sua attrezzatura scientifica. Avvalendosi dell’aiuto della moglie, realizzò anche i disegni di queste attrezzature in modo potessero essere di supporto e riprodotti fedelmente da altri chimici.
dispositivo
Antoine Lavoisier, tra l’altro, aveva creato il dispositivo per studiare l’ossidazione del mercurio in ambienti chiusi descritto nel suo Traité Élémentaire de Chimie pubblicato nel 1789. In questo esperimento Lavoisier riscaldò il mercurio in una storta a collo di cigno sopra una fornace a carbone per dodici giorni. Sulla superficie del mercurio nella storta si formato un ossido rosso di mercurio che oggi sappiamo essere ossido di mercurio (II).
Quando cessò la formazione dell’ossido Antoine Lavoisier notò che circa un quinto dell’aria era stata consumata e che il gas rimanente non supportava la vita né la combustione. Lavoisier chiamò quest’ultimo gas azoto dal greco ἀ- ζωή che significa senza vita.
Alla luce delle successive conoscenze era avvenuta una reazione di sintesi tra il mercurio e l’ossigeno contenuto nell’aria:
2 Hg + O2 → 2 HgO
Una volta che tutto l’ossigeno aveva reagito la reazione non decorreva più ed era rimasto solo l’azoto presente nell’aria
Dopo aver rimosso l’ossido di mercurio lo riscaldò in una storta simile ottenendo esattamente lo stesso volume di gas scomparso nell’ultimo esperimento: era avvenuta la reazione di decomposizione con formazione di ossigeno. Infine, mescolando i due tipi di gas, cioè quello rimasto nel primo esperimento, e quello ceduto nel secondo esperimento, ottenne una miscela in tutto simile all’aria.
Il flogisto e Antoine Lavoisier
Il medico, fisico e chimico tedesco Georg Ernst Stahl (1659-1734) è noto, nel campo della chimica per la sua teoria del flogisto che divenne un concetto dominante dell’epoca perché sembrava spiegare molte cose in modo semplice. Secondo tale teoria ogni sostanza combustibile conteneva una componente universale del fuoco, che Stahl chiamò flogisto dal greco ϕλογίζω che significa infiammare. Poiché una sostanza combustibile come il carbone perdeva peso quando bruciava si poteva riteneva che questo cambiamento fosse dovuto alla perdita della sua componente flogistica nell’aria.
strumenti
Ne consegue che quanto minore è il residuo lasciato da una sostanza dopo la combustione, tanto maggiore è il suo contenuto di flogisto. La teoria fu estesa anche ai metalli in quanto era noto che un calcare metallico, quello che oggi conosciamo come ossido metallico, riscaldato con carbone, dava luogo alla formazione del metallo originale e pertanto si ritenne che anche i metalli, che si pensava contenessero flogisto, fossero combustibili.
Nel 1772 Antoine Lavoisier si avvicinò agli studi sulla combustione sperimentando le reazioni del fosforo e dello zolfo e dimostrò che, combinandosi con l’aria, aumentavano di peso. Eseguendo analogo esperimento con il calcare di piombo si catturava una grande quantità di aria che veniva liberata quando esso veniva riscaldato. Questi risultati fecero comprendere ad Antoine Lavoisier che la teoria del flogisto non era rispettata.
Lavoisier aveva compreso che l’aria aveva un ruolo fondamentale ma, al tempo, non se ne conosceva la composizione. Fu solo nell’agosto del 1744 che Lavoisier ebbe un confronto con il chimico inglese Joseph Priestley che illustrò i risultati di diversi esperimenti ottenuti utilizzando un apparato costituito da un contenitore capovolto su una base rialzata che poteva catturare i gas prodotti dalle varie reazioni.
Descrisse come aveva riscaldato il calcare di mercurio e raccolto un gas in cui una candela bruciava vigorosamente. Priestley credeva che la sua “aria pura” migliorasse la respirazione e facesse bruciare le candele più a lungo perché era priva di flogisto. Per questo motivo chiamò “aria deflogistica” il gas ottenuto dalla decomposizione del mercurio.
I tempi erano maturi e si stava aprendo una nuova era della chimica: Antoine Lavoisier giunse alla conclusione che l’aria non era una sostanza semplice ma costituita da due componenti di cui uno si combinava con il metallo e favoriva la respirazione e l’altro era una sostanza che non favoriva né la combustione né la respirazione.
Nel 1777 Lavoisier era pronto a proporre una nuova teoria della combustione che escludeva il flogisto. La combustione, disse, era la reazione di un metallo o di una sostanza organica con quella parte dell’aria comune che chiamava “eminentemente respirabile”. Due anni dopo, annunciò alla Reale Accademia delle Scienze di Parigi di aver scoperto che la maggior parte degli acidi conteneva quest’aria respirabile che lo chiamò oxygène ovvero generatore di acidi.
L’eredità di Lavoisier
Lavoisier fu il chimico che, facendo uso di una bilancia e di dispositivi creati in laboratorio, superando la teoria del flogisto, sgombrò le vecchie credenze e gettò i principi della chimica moderna. Il nuovo sistema di chimica di Lavoisier fu esposto affinché tutti potessero vederlo nel Traité élémentaire de Chimie pubblicato a Parigi nel 1789.
In questo libro vi era la descrizione dell’influenza del calore sulle reazioni chimiche, la natura dei gas, le reazioni degli acidi e delle basi per formare sali e l’apparato utilizzato per eseguire esperimenti chimici e la ben nota formulazione della Legge di Lavoisier.
Quest’ultima, che è la prima delle Leggi ponderali a cui seguirono la legge di Proust e la legge di Dalton, costituisce il primo approccio quantitativo che sarà poi utilizzato nella stechiometria. Ad Antoine Lavoisier si deve anche l’invenzione della nomenclatura moderna per le sostanze chimiche per sostituire quella vecchia empirica.