Joseph Priestley fu un chimico inglese nato nel 1733, noto principalmente per aver scoperto l’ossigeno. Tuttavia, sembra che l’elemento sia stato scoperto per la prima volta dal chimico svedese Carl Wilhelm Scheele, nel 1772. Nonostante ciò, Joseph Priestley pubblicò le sue scoperte nello stesso anno, tre anni prima che Scheele lo facesse.
Il 1 agosto 1774, nel suo laboratorio presso la residenza di campagna di Lord Shelburne a Bowood, vicino a Caine, Joseph Priestley, membro della Royal Society, riscaldò l’ossido mercurico e ottenne un gas precedentemente sconosciuto.
Pochi sanno che Joseph Priestley era anche un teologo, politico progressista e autore prolifico. I suoi contributi scientifici includono il processo di carbonatazione, l’identificazione del monossido di carbonio e di altri gas, i primi esperimenti sull’elettricità e una prima comprensione del rapporto tra piante e animali mediato dai gas, preludendo alla comprensione del processo della fotosintesi.
Come molti chimici del Settecento, tra cui Humphry Davy, detto il chimico poeta, e Antoine-Laurent de Lavoisier, che si occupò di economia e filosofia, Joseph Priestley costituiva una figura di primo piano nell’ambito della chimica, detta scienza centrale per il suo ruolo nel collegare la fisica con le scienze della vita, le scienze farmaceutiche e le scienze applicate come la medicina e l’ingegneria. Aveva interessi poliedrici.
La filosofia di Joseph Priestley
Joseph Priestley credeva che la percezione, la conoscenza, l’intelletto e la memoria fossero acquisiti attraverso l’esperienza sensoriale e che le idee semplici si combinassero in idee complesse attraverso un processo di associazione. Questo meccanismo era interamente materiale e quindi basato su leggi causali necessarie determinate da Dio.
Joseph Priestley era figlio dell’Illuminismo e riteneva che tutte le credenze dovessero essere in grado di resistere al controllo scientifico delle indagini sperimentali. La sua comprensione del mondo era basata sul presupposto che le verità fossero dimostrabili e rivelate attraverso l’osservazione e l’esperienza. Di conseguenza, le sue opinioni liberali estreme furono severamente criticate dalla Chiesa d’Inghilterra. Inoltre, era un sostenitore sia della rivoluzione francese che di quella americana.
Joseph Priestley confidava nella profezia biblica e attendeva la seconda venuta di Cristo, meta ultima di ogni progresso umano. Questa sua filosofia ottenne una raffica di critiche e le famigerate rivolte “Church and King” del 1791 distrussero la sua casa e la sua attrezzatura scientifica a Birmingham. Emigrò quindi in America nel 1794, dove tra i suoi amici c’erano Thomas Jefferson e Benjamin Franklin.
La chimica
Joseph Priestley divenne ministro presbiteriano dopo aver lasciato la scuola e si interessò alla chimica intorno al 1770. Inizialmente i suoi studi si concentrarono sull’anidride carbonica liberata nelle birrerie durante la fermentazione, e la sua prima pubblicazione scientifica riguardò l’impregnazione dell’acqua con aria fissa, oggi nota come biossido di carbonio, creando acqua minerale frizzante. Questo prodotto fu subito dopo sfruttato commercialmente da Johann Jacob Schweppe e ciò valse a Priestley la prestigiosa Medaglia Copley della Royal Society.
Joseph Priestley semplificò anche le tecniche sperimentali per la preparazione e la raccolta dei gas. La sua vasca pneumatica del 1772 consentì di isolare con successo i gas solubili in acqua rispetto al mercurio. Da qui passò alla preparazione e allo studio di nuove “arie”.
L’ossido nitroso, noto anche come protossido di azoto o gas esilarante, fu scoperto per la prima volta nel 1772 da Joseph Priestley. Egli riscaldò il nitrato di ammonio in presenza di limatura di ferro e fece passare il gas che fuoriusciva attraverso l’acqua per rimuovere i sottoprodotti tossici, principalmente monossido di azoto.
NH4NO3 (s) → 2 H2O(g) + N2O(g)
Il nitrato di ammonio doveva essere riscaldato tra 170 °C e 240 °C poiché temperature più elevate avrebbero potuto causarne la detonazione.
Il protossido d’azoto ebbe importanti usi medici, soprattutto in chirurgia e odontoiatria, per i suoi effetti anestetici e antidolorifici. Il suo nome di “gas esilarante” fu coniato da Sir Humphry Davy per gli effetti euforici derivanti dall’inalazione, una proprietà che ha portato al suo uso ricreativo come anestetico dissociativo.
Alla ricerca dei gas
Nonostante la sua difesa della teoria del flogisto, secondo cui i materiali combustibili e i metalli arroventati si trasformavano in “calci” producendo durante il processo di combustione o di calcinazione il flogisto, Joseph Priestley rimane una figura ammirevole nella storia della chimica. Gli viene attribuita la scoperta e la caratterizzazione di nove gas.
A Joseph Priestley si riconosce l’abilità di dar seguito ad osservazioni che erano state trascurate da altri chimici; il percorso originale e la scoperta del monossido di carbonio ne sono un esempio. Come altri chimici, aveva inavvertitamente prodotto monossido di carbonio già nel 1772 senza, tuttavia, esplorarlo a fondo. Nel 1785 realizzò “squame di ferro” o “cenere raffinata” come sottoprodotto della fusione di minerali di ferro.
Descrisse due metodi per produrre questo materiale: passava vapore sul ferro o scaldava il ferro in “aria deflogisticata”. Al riscaldamento la “cenere fine” in presenza di “aria infiammabile” costituita da idrogeno, riuscì a reagire con il ferro e a condensare l’acqua sviluppata durante la reazione, non ottenendo acqua ma solo gas, uno dei quali si è rivelato essere monossido di carbonio.
Nell’ambito della sua ricerca scientifica, analizzò le proprietà delle diverse “arie” utilizzando un apparato costituito da un contenitore capovolto su una base rialzata che poteva catturare i gas prodotti dalle varie reazioni. Il contenitore poteva essere collocato in una pozza d’acqua o mercurio, sigillandolo efficacemente, e il gas veniva testato per verificare se avesse potuto sostenere una fiamma.
Nel corso di questi esperimenti, Joseph Priestley notò che la fiamma si spegneva quando veniva messa in un barattolo in cui un topo sarebbe morto per mancanza d’aria. Mettendo una pianta verde nel contenitore ed esponendola alla luce del sole notò che la fiamma bruciava e il topo respirava, giungendo alla conclusione che le piante rilasciano ossigeno nell’aria durante il processo di fotosintesi.
Per la sua scoperta dell’ossigeno, Joseph Priestley usò una “lente bruciante” di vetro e concentrò la luce solare su un pezzo di ossido di mercurio (II) in un contenitore di vetro capovolto posto in una pozza di mercurio. Notò la formazione di un gas dalle caratteristiche peculiari:
2 HgO → 2 Hg + O2
Nei test successivi, fece bruciare intensamente una fiamma e mantenne in vita un topo circa quattro volte più a lungo di una simile quantità d’aria. Priestley chiamò la sua scoperta “aria deflogisticata” sulla base della teoria che supportava così bene la combustione perché non conteneva flogisto e quindi poteva assorbirne la quantità massima durante la combustione.
A Joseph Priestley si devono la produzione e la descrizione di altri gas tra cui ossido nitrico, anidride solforosa, idrogeno solforato, tetrafluoruro di silicio e tetrossido di diazoto, oltre che l’invenzione della gomma da matita e l’enunciazione della relazione inversa del quadrato per l’interazione tra cariche elettriche, che diventerà la legge di Coulomb più di un decennio dopo.