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Introduzione al corso di chimica generale ed inorganica

Introduzione

L'uomo percepisce ciò che lo circonda con i sensi di cui dispone (vista, udito, tatto, gusto, odorato), oggi variamente potenziati da congegni o strumenti dei più diversi tipi. Ciò che possiamo osservare viene da noi classificato in termini di massa materiale (gli oggetti, il nostro corpo, ecc.) o di energia (la luce, il calore, ecc.). In realtà è stato dimostrato (Einstein) che questi due aspetti della realtà sono tra loro strettamente collegati, per cui essi costituiscono un unica "sostanza". Ad una variazione di energia corrisponde una variazione di massa e viceversa, essendo le due grandezze correlate dall'equazione

DE = Dm x c2   (c = 3 x 108 m/s)

dove c, che rappresenta la velocità della luce, è una costante universale.

(Si dicono costanti universali quelle grandezze - fisiche o numeriche - che risultano del tutto indipendenti da qualsiasi condizione; ad esempio una ben nota costante universale numerica è data dal valore di  p = 3,14.. che esprime il rapporto tra la lunghezza della circonferenza di un cerchio e quella del suo diametro. Tale rapporto è sempre lo stesso, per qualsiasi cerchio si possa immaginare ed in qualsivoglia condizione).

Naturalmente non abbiamo alcuna garanzia che le nostre percezioni debbano necessariamente fornirci un quadro coerente e ragionevole di ciò che esiste; in effetti speso si è potuto accertare che le informazioni accettate senza alcuna riflessione ci portano ad una rappresentazione ingannevole della realtà. Così ad esempio i nostri sensi ci fanno pensare che sia il sole a girare ogni giorno intorno alla terra; non va dimenticato quanto sia stato difficile e per molti aspetti penoso renderci conto che è la terra a girare attorno al sole.

(Si potrebbero trovare molti altri esempi, forse meno immediati, di informazioni sensoriali apparenti poi dimostratesi ingannevoli, dalle diverse illusioni ottiche ai più strani medicamenti per le più diverse malattie).

E' compito della mente umana porre in relazione tutte le osservazioni disponibili per poter disporre fin dove possibile, di un quadro coerente e razionale dell'universo e di noi stessi. Tale ruolo unificante della mente del singolo individuo è stato a lungo fine a sè stesso ed abbastanza vano, finche non è stato possibile riunire gli sforzi di comprensione di più menti (e su molte generazioni), con l'applicazione del metodo scientifico. Questo è si basa regola fondamentale che sono accettabili solo le osservazioni ovvero gli esperimenti ripetibili da chiunque e riproducibili.

Dai risultati degli esperimenti, sia qualitativi che quantitativi, si ricavano delle ipotesi, che tendono a spiegare in modo coerente l'insieme delle misure eseguite; la conferma sperimentale di una o più ipotesi porta alla formulazione di una teoria. Va sottolineato come l'acquisizione di una teoria può essere estremamente utile ai fini pratici, ma non ha nulla da vedere con il concetto (filosofico) di "verità". Quandanche mille esperimenti confermassero quanto previsto dalla teoria ed uno solo (ben eseguito) non fosse con questa spiegabile, sarebbe necessario modificare o cambiare radicalmente la teoria inventandone una nuova, ma non sarebbe comunque consentito ignorare il nuovo esperimento. Questo rigore è parte essenziale del metodo scientifico e spiega diverse crisi, vissute e superate (in tutto o in parte) da varie teorie. La scienza discute sempre su sè stessa e si impone una continua verifica. Di conseguenza noi non disponiamo di alcuna "verità assoluta", dato che nessuno può fare tutti gli infiniti esperimenti pensabili e possibili; ma di una verità relativa e provvisoria, che ci è comunque molto utile.

La scienza offre quindi una possibilità di comprendere la realtà (seppure con dei limiti) e - cosa per noi essenziale - di operare nella realtà stessa per realizzare i cambiamenti che riteniamo esserci favorevoli.

(La valutazione della reale qualità dei cambiamenti che apportiamo al nostro modo di vivere è questione di gusto personale. Alcuni si possono considerare di fatto irrinunciabili;  tra questi la disponibilità di acqua corrente, l'utilizzazione della corrente elettrica nelle sue numerose applicazioni, la facilità di accesso alle informazioni, la disponibilità della carta igienica, ecc.)

Nella scienza è d'uso fare delle distinzioni tra i diversi tipi di esperimento. Così, quando agendo su di un sistema lo si modifica reversibilmente, ovvero la modifica viene a cessare quando cessa la nostra azione (ad esempio riscaldando un corpo la sua temperatura aumenta; smettendo di riscaldarlo il corpo si riporta allo stato iniziale) si parla in genere di fenomeno fisico. Quando invece la nostra azione comporta la trasformazione di uno o più corpi in qualcosa di diverso e tale trasformazione rimane stabile dopo che il nostro intervento è cessato si parla di solito di fenomeno chimico. La chimica è la scienza che si occupa della trasformazioni delle sostanze, di come da una cosa se ne possa ricavare un'altra (ma non solo, come vedremo).

Nelle trasformazioni chimiche le quantità di energia in gioco non sono tali da poter verificare sperimentalmente la trasformazione di massa in energia e viceversa, prevista dall'equazione di Einstein. La legge E = mc2 è sempre valida, ma i nostri strumenti non sono abbastanza sensibili da cogliere le minime variazioni di massa dovute alle variazioni energetiche legate ai processi chimici. L'equazione trova conferme in discipline non chimiche (fisica delle particelle elementari, ecc.) ed in alcuni fenomeni del settore, molto specifico, della chimica nucleare o radiochimica.

Il metodo scientifico si basa su sull'esecuzione di esperimenti, dei tipi più diversi, che debbono peraltro essere riproducibili; tali cioè che chiunque, rieseguendo l'esperimento nelle stesse condizioni, ottenga gli stessi risultati. L'acquisizione di dati sperimentali di tal fatta ha consentito di accumulare informazioni - e quindi conoscenza - trasmissibile da una generazione alla successiva.

L'utilizzo di informazioni, quindi conoscenza, ovvero "scienza" tramite esperimenti riproducibili e quindi "insegnabili" risale certamente alla preistoria. Basti pensare ai metodi per accendere il fuoco o alle tecniche per l'estrazione di alcuni metalli. Tuttavia il riconoscimento generalizzato della validità del metodo scientifico ed il valore dell'esperimento rispetto alla elucubrazione fantasiosa si ha nel rinascimento (Galileo, Newton, ecc.), talvolta senza che gli stessi personaggi coinvolti se ne rendano pienamente conto (c'era chi si occupava scientificamente di fisica trastullandosi al tempo stesso con l'astrologia e simili vaghezze).

E' indispensabile sapere come i risultati degli esperimenti vengano oggi divulgati e trasmessi. I risultati ottenuti nei diversi laboratori di ricerca, pubblici o privati, vengono pubblicati dagli autori su riviste scientifiche specializzate nei diversi settori. Le riviste possono essere locali o a diffusione internazionali e le più serie ed importanti hanno ormai generalmente adottato il metodo dei "referees" anonimi. Si tratta di questo: gli autori propongono all'editore un articolo che illustra e commenta i nuovi risultati ottenuti; copie del manuscritto vengono inviate a degli esperti del settore (referees appunto), scelti dall'editore ma del tutto ignoti agli autori dell'articolo. I referees giudicano il lavoro, accettando il manoscritto per la pubblicazione o respingendolo; eventualmente suggeriscono modifiche e/o miglioramenti. In caso di disaccordo l'editore può, se necessario, richiedere, ad un nuovo livello, l'intervento di un terzo referee. In tal modo si garantisce la serietà della rivista, quindi il suo interesse e quindi la sua diffusione.

Le riviste che interessano la chimica sono, al mondo, alcune centinaia e nessuno è in grado di seguirle tutte con la dovuta attenzione. Perchè ciò sia possibile è stato istituito (da più di un secolo) il servizio dei "Chemical Abstracts". Redattori specializzati leggono e riassumono, con le informazioni essenziali, tutti gli articoli che compaiono, ed i riassunti sono pubblicati e distribuiti in tutto il mondo (settimanalmente, in inglese; il centro dei servizi è nello stato dell'Ohaio, USA) come volumi stampati (con i dovuti indici, per nomi, per formula, per autore) e/o per via informatica. Chiunque consultandoli può rendersi conto dello "stato dell'arte" per quanto riguarda un particolare argomento o una determinata sostanza.

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