Portatore di luce

Parlo spesso di elementi, molecole ed atomi in questo blog. Passione che mi è venuta dopo l’università, mentre ero Ufficiale dell’Esercito e in missione all’estero dovevo passare il tempo libero in modo più proficuo che guardare “Cool As Ice”, primo film da protagonista di Vanilla Ice.

Mi spiego: ero in missione per conto dell’Onu in Mozambico, era il 1993 e la tecnologia era quello che era… In previsione di un lungo periodo di isolamento all’interno dell’accampamento, ci eravamo attrezzati con tanto di sala convegno e televisore con videoregistratore annesso. Per un problema di spedizione (diciamo così) arrivarono a destinazione solo tre videocassette: “Purple Rain” di Prince, “The Doors” di Oliver Stone e il suddetto capolavoro artistico di colui che si è potuto fregiare del titolo di “Primo Rapper Bianco” prima di Eminem. Il famoso cantante rap, che negli Stati Uniti ebbe uno strepitoso successo di vendite con il suo album d’esordio, nel film interpreta un giovane che viene creduto un tipo violento a causa dei suoi modi, della sua moto e del look. In realtà è un pezzo di pane, e una bella ragazza lo aiuterà a dispetto di alcuni poliziotti disonesti. In pratica un remake de “Il Selvaggio” con Vanilla Ice al posto di Marlon Brando (e poi criticano i film con Alvaro Vitali…).

Ma torniamo agli elementi. In uno scambio di opinioni in calce al mio precedente articolo, un amico mi ha chiesto giustamente: “Ma gli elementi prima o poi finiranno?”. Domanda più che lecita. Ma non posso arrivare alla fine senza partire dall’inizio, come mio solito.
E l’inizio ci fa partire con un’altra domanda: chi ha scoperto il primo elemento chimico? E quando avvenne?

Degli oltre cento elementi noti oggi, almeno nove erano conosciuti in tempi molto antichi. All’epoca non c’era ancora stata alcun tipo di classificazione e gli antichi non li ritenevano elementi come facciamo noi oggi, ma non importa. Parleremo di elementi nel senso loro attribuito in età moderna. Sette erano metalli e furono individuati perché presenti in natura in forma ragionevolmente pura e perché tale forma era facilmente riconoscibile.
Quando ci si imbatteva in una pepita d’oro, ci si accorgeva che quella pietra era totalmente differente da quelle che la circondavano. Gli antichi si accorsero anche che pietre gialle e luccicanti di quel tipo erano più pesanti di pietre delle stesse dimensioni e che percuotendole non si frantumavano come le normali pietre ma si deformavano. E visto che era un elemento raro, era molto ricercato e quindi molto apprezzato. La parola stessa metallo deriva dal greco “μεταλλάω” che significa “cercare” (o da “μεταλλεύω”, scavare miniere).

L’argento è forse venti volte più comune dell’oro, ma è chimicamente più attivo, il che significa che ha maggiori probabilità di presentarsi sotto forma di minerale, cioè in combinazione con altri elementi. I minerali si presentano come delle comuni rocce, quindi è più difficile individuarle. Nonostante questo la scoperta dell’argento è comunque molto antica. Quando poi l’uomo scoprì come separare un metallo dai suoi minerali, l’argento divenne più comune dell’oro.

Il rame e il ferro sono entrambi molto attivi chimicamente, ma mentre il primo ha buone probabilità di essere trovato in forma pura, il secondo è quasi impossibile da trovare separato dai propri minerali. Per quello gli Ittiti svilupparono un sistema di separazione del ferro solo attorno al 1500 a.C.. Il ferro in forma pura era comunque noto perché caduto dal cielo sotto forma di meteoriti (non meteoroidi, come qualche giornalista ha scritto tempo fa). Infatti secondo la terminologia astronomica moderna, un meteoroide è un frammento roccioso o metallico relativamente piccolo (le dimensioni variano da quelle di un granello di sabbia a quelle di un masso, secondo i limiti stabiliti nel 1961 dall’Unione Astronomica Internazionale, che considera meteoroidi i corpi di massa compresa fra 10−9 e 107 kg) dei residui rimasti dalla condensazione della nebulosa da cui si formò il Sistema solare. Quando entrano nell’atmosfera di un pianeta, i meteoroidi si surriscaldano per attrito con le molecole dei gas atmosferici e si vaporizzano parzialmente o completamente. I gas lungo il percorso del meteoroide si ionizzano, emettendo luce di vario colore (dipendente dalla temperatura raggiunta e dalla composizione chimica). La traccia luminosa prodotta nel cielo è chiamata meteora, o stella cadente. Per la Terra, le velocità di ingresso in atmosfera dei meteoroidi appartenenti al Sistema solare sono comprese fra gli 11,2 e i 72,8 km/s. L’attraversamento dell’atmosfera normalmente distrugge totalmente il meteoroide lasciando come residui solo polveri meteoritiche, che cadono molto lentamente verso il suolo in tempi dell’ordine dei giorni/settimane. A volte sopravvivono frammenti più cospicui: questi frammenti sono chiamati meteoriti; in genere arrivano al suolo dopo essersi frantumati a causa della resistenza aerodinamica incontrata dal meteoroide lungo la parte finale del suo percorso intra-atmosferico. I meteoroidi sono generati dagli scontri fra asteroidi e dal dissolvimento dei nuclei cometari in prossimità del Sole; una parte è originata da impatti tra asteroidi e comete con la superficie dei pianeti tellurici o dei satelliti. Ogni anno, piovono sulla Terra circa 15.000 tonnellate di meteoroidi.

Il piombo (e siamo a cinque) era opaco ed insignificante, per quello si meritò l’appellativo di “metallo vile” poiché paragonato nella lucentezza all’oro, chiamato a sua volta “metallo nobile”. Aveva comunque il suo valore. Intanto era denso quanto l’oro ed era molto malleabile, tanto da poter realizzare tubi in cui far scorrere l’acqua. Fu presto il sostituto naturale dei monili, per chi non poteva permettersi l’oro puro, e delle condutture idrauliche in luogo della terracotta, tant’è vero che in inglese la parola idraulico si dice “plumber” ed in francese “plombier”, entrambe derivanti dal latino “plumbarius”.
Lo stagno probabilmente non fu scoperto direttamente. Infatti gli antichi, nell’utilizzare il rame, al fine di renderlo più malleabile, lo univano ad un altro metallo ed ottenevano il bronzo. Il misterioso additivo era appunto lo stagno. Ai tempi dei fasti omerici, i guerrieri indossavano armature ed avevano lance e scudi di bronzo. Fu tanto e tale l’impatto di quella lega di stagno e rame sulla civiltà dell’epoca, che addirittura nella suddivisione dei tempi antichi la cosiddetta “età del bronzo” segnò un passo evolutivo, dopo la “età della pietra” e prima della “età del ferro”.

Il mercurio era anch’esso noto nell’antichità, con la peculiare caratteristica di essere un liquido.

In aggiunta a questi sette metalli, erano noti anche due “non metalli”. A questo punto serve una precisazione. I “non metalli” sono cattivi conduttori di calore ed elettricità. Insieme con i metalli e i semimetalli, i non metalli (a volte indicati anche come non-metalli o nonmetalli) sono una delle tre categorie in cui si suddividono gli elementi chimici secondo le loro proprietà di ionizzazione e legame. Fatta la precisazione, vediamo quali erano.

Lo zolfo, giallo come l’oro ma senza la sua lucentezza, con la caratteristica di bruciare, cosa che lo fece subito notare, anche perché i combustibili noti nell’antichità erano tutti di natura organica (olio, legno e così via). Oltretutto, bruciando, lo zolfo emette un gas insopportabilmente irritante. Le solfatare antiche, con tanto di odore e fumo pungente, devono aver alimentato l’idea di un inferno posto nel sottosuolo.

Infine (e siamo a nove) c’è il carbonio. Ne ho già parlato e ne parlerò ancora, è senza dubbio uno degli elementi più affascinanti, se si può dire, della tavola periodica. Ha una grande affinità per i legami chimici con atomi di altri elementi a basso peso atomico (tra cui il carbonio stesso) e le sue piccole dimensioni lo rendono in grado di formare legami multipli (proprietà che viene definita “desmalusogenia”). Queste proprietà permettono l’esistenza di 10 milioni di composti del carbonio. Non mi dilungo oltre.

Questi nove elementi da me descritti erano noti già nell’antichità ed è impossibile risalire a chi li ha scoperti e quando. Parecchi altri furono “scoperti” quantomeno nel Medioevo. Non entro nello specifico, ma sicuramente l’arsenico (che nella sua forma di minerale era usato nelle leghe con il rame con, purtroppo, esiti mortali tra i minatori del tempo fino alla scoperta dello stagno che lo sostituì nella composizione del bronzo), l’antimonio, il bismuto e lo zinco erano noti anch’essi, anche se non se ne può certificare la “paternità” né l’età, né il luogo di “nascita”.

La situazione nel 1674 era questa. Tredici elementi noti, abbiamo detto, antimonio, argento, arsenico, bismuto, carbonio, ferro, mercurio, oro, piombo, rame, stagno, zinco e zolfo.

Henning Brand era un chimico tedesco, per l’epoca più una via di mezzo tra un alchimista e un chimico; egli stava cercando di scoprire una sostanza che potesse catalizzare la conversione dei metalli vili in oro e chissà perché, si mise in testa di poter ricavare la sostanza dall’urina. Nel 1674, appunto, si dedicò a far bollire grandi quantità di urina, fino ad isolare il materiale discioltosi nei recipienti. Trattò il residuo solido con le consuete procedure per la fusione dei materiali, per vedere se riusciva ad estrarne qualcosa di utile. Durante l’estrazione, si accorse che uno dei materiali era diverso da quelli noti fino ad allora ed aveva una caratteristica molto particolare: brillava nel buio. Egli chiamò quella sostanza “phosphorus”, cioè “portatore di luce” (φῶς ‎(phôs, “luce”) +‎ -φόρος ‎(-phóros, “portatore”), da φέρω ‎(phérō, “portare”).

C’erano già altri minerali che brillavano al buio, ma per un fenomeno che si chiama fosforescenza, nome che non ha a che fare direttamente con il fosforo. Infatti fosfòro è un sostantivo che deriva dal greco ϕωσϕόρος; l’accentazione è piana per differenziare questa dalla voce precedente. Le sostanze fosforescenti in genere sono sostanze che danno luogo a fenomeni di luminescenza in conseguenza di una opportuna eccitazione, per esempio per irradiazione con raggi ultravioletti, X o γ (f. fluorescenti), per applicazione di un campo elettrico (f. elettroluminescenti), ecc.; per le loro proprietà i fosfòri trovano impiego, tra l’altro, nella fabbricazione di pannelli elettroluminescenti, di schermi di cinescopi e di tubi a raggi catodici, di vernici fluorescenti e di lampade elettriche fluorescenti.

Quindi il fosforo è stato il primo elemento che possa essere datato in termini di scoperta anche se per noi il fosforo può essere interessante per altri motivi. Uno di questo è legato alla nostra stessa vita. Ma andiamo con ordine.

Il fosforo appartiene alla stessa “famiglia” di antimonio, bismuto (metalli), arsenico (semimetallo) ed è un non-metallo. In genere è un solido plasmabile di colore bianco e spesso per questo viene chiamato “fosforo bianco”. Per un periodo venne usato nelle case al posto delle candele, ma essendo facilmente infiammabile, causava di tanto in tanto incendi. Fino ad allora, gli unici modi per accendere il fuoco erano basati sull’attrito. A qualcuno venne l’idea di rivestire l’estremità di un’assicella di legno con un prodotto chimico appropriato per dar fuoco al legno o alla carta. In pratica, un fiammifero.
In effetti i fiammiferi esistevano già all’inizio del 19° secolo. Usavano un composto a base di clorato di potassio e venivano chiamati “fiammiferi Prometeo”, ma non erano molto sicuri. Altri si basavano sull’attrito su una superficie ruvida e venivano chiamati “fiammiferi Lucifero” (dal latino lucĭfer ‘portatore di luce’, composto di lux, lucis ‘luce’ e di fero ‘portare’). Essendo privi di fosforo, erano difficili da accendere e quando prendevano fuoco emettevano a volte una pioggia di scintille con conseguenti scottature alle mani e bruciature di vestiti.

Nel 1831, però, il francese Sauria, introdusse i primi fiammiferi ad attrito funzionale utilizzando il fosforo e così sbaragliò la concorrenza. Ma c’era l’inconveniente che il fosforo impiegato nella lavorazione dei fiammiferi, essendo altamente velenoso, provocava la morte degli operai che lo maneggiavano. Un po’ come quello che sarebbe successo da lì ad un secolo con il radio, che venne poi addirittura vietato (si realizzavano orologi con le lancette “colorate” di radio per farle brillare durante la notte).

Nel 1845, il chimico austriaco von Schroetter scoprì come trattare il fosforo bianco e creò il fosforo rosso, che non è tossico e si può maneggiare con tranquillità. Il passo successivo fu creare i fiammiferi di sicurezza, che non hanno il fosforo rosso sulla capocchia, ma esso è posto su una striscia da sfregare, praticamente quelli che usiamo oggi.

Il fosforo ha a che fare anche con le ossa e con la vita in sé. Ma questo lo vedremo in un altro articolo che scriverò prossimamente (fa tanto telenovela…). Intanto ricordiamo che Brand ci ha portato la luce in quel lontano 1674 e che il fosforo è il primo elemento di cui si può stabilire con precisione la data di scoperta. In un prossimo articolo vedremo come esso ha a che fare con la vita dell’uomo.

Fonte: Isaac Asimov – Grande come l’universo –Oscar Mondadori 1996

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