L’essenza della chimica

Cosa vuol dire elaborare un modello o fare un’approssimazione, in chimica? Quali sono i fondamenti teorici della tavola periodica? Che differenza c’è fra un composto naturale e uno non-naturale? Gli strumenti e i concetti della metafisica e della semantica, ma anche quelli della storia edella sociologia, sono stati utilizzati per “distillare” lo spirito del sapere chimico, ciò che lo rende diverso da tutte le altre discipline scientifiche. Galileo ha chiesto di spiegare le linee generali della Filosofia della Chimica a Robin Hendry, organizzatore dell’8° Conferenza Internazionale di questa disciplina che si è svolta in Inghilterra lo scorso agosto.Prof. Hendry, a quali problemi si dedicano i filosofi della chimica?“Una prima area di ricerca riguarda la relazione fra chimica e fisica: ci si domanda se la chimica offre leggi ed entità autonome o se queste sono riducibili a quelle fisiche. La seconda area riguarda il significato di termini chimici come ‘elemento’, o ‘composto’. Che differenza c’è fra un elemento e un composto? E fra un composto e una mescolanza? Altre ricerche riguardano problemi epistemologici, come la specificità del metodo e dello stile di spiegazione della chimica rispetto alla fisica”.Si dice che Paul Dirac abbia affermato: “ora che i fisici hanno scoperto la forza elettromagnetica, tutto il resto è chimica”. Ci sono però delle argomentazioni contro questa visione secondo la quale la chimica non è che un capitolo della fisica…“La riduzione della chimica alla fisica richiede che la meccanica quantistica spieghi fatti chimici come la valenza, la struttura e il legame molecolare. Dirac affermò anche che le equazioni quantomeccaniche che darebbero questa spiegazione sono ‘troppo complicate per essere risolte’. I primi chimici quantistici, come Linus Pauling o John Clarke Slater, svilupparono metodi approssimati per risolvere queste equazioni per molecole complesse. La questione è che questi metodi finiscono per assumere alcune teorie o fatti chimici che dovrebbero invece spiegare. L’approssimazione centrale della chimica quantistica, quella di Born-Oppenheimer, necessaria per descrivere la forma delle molecole, non è una vera è propria approssimazione, maun’assunzione chimica. Infatti, un’approssimazione vera richiederebbe che non ci siano discontinuitànel passaggio dal modello approssimato a un trattamento quantomeccanico esatto. Al contrario, appare una discontinuità nelle proprietà di simmetria: in termini tecnici ‘l’hamiltoniano esatto ha simmetria sferica, mentre quello di Born-oppenheimer, no’. Questa differenza di simmetria non cambia molto a livello di energia, però è molto importante per spiegare la forma e le proprietà delle molecole, e quindi è specificamente chimica”.Quali sono i problemi legati alla terminologia chimica, la seconda area di ricerca a cui faceva riferimento prima?“Il problema centrale è il loro significato. I nomi delle sostanze si riferiscono alla loro costituzione o al loro comportamento? Cos’è che fa che una sostanza sia ‘acqua’? E’ la sua costituzione (H2O), o le sue proprietà (non avere colore, sciogliersi a 0 °C, bollire a 100 °C, ecc.)? Immaginiamo che qualcuno crei una nuova sostanza, fatta di molecole H2O, ma solida e rosa a 20 °C. Sarebbe acqua? Sì, se quel che conta è la costituzione, no, se è il comportamento. La seconda questione è la scoperta. Gli elementi sono identificati dal loro numero atomico. Questa classificazione fu adottatadall’International Union of Pure and Applied Chemistry nel 1923. E’ stata una scoperta o una convenzione? Si poteva scegliere di classificare in base al peso atomico, per esempio. Si poteva classificare il deuterio (2H/D) e il trizio (3H/T) come elementi diversi dal prozio (1H/P), e non come isotopi di un unico elemento, l’idrogeno. Dopo tutto, l’acqua pesante (D20) si comporta inmaniera molto diversa da H2O”.Tornando alla prima fra le due questioni che ha appena sollevato: i comportamenti e le proprietà di una sostanza chimica non sono univocamente riducibili alla sua costituzione?“Questo è un grosso problema. Dipende da cosa si intende per ‘costituzione’ e ‘riducibile’. Si può dire che quando sono fissate le proprietà molecolari, sono fissate le proprietà macroscopiche (anche se non tutti sono d’accordo su questo punto). Ma questo non è equivalente a dire che le sostanze macroscopiche non sono ‘niente più’ che gruppi di molecole. Quando si aggregano le molecole diH2O per fare acqua, alcune di loro si dissociano e cessano di esistere. Una quantità d’acqua è un’entità dinamica complessa e come sia correlata alle molecole di cui è fatta non è chiaro”.La chimica gioca un ruolo cruciale nella industria moderna e spesso solleva questioni di sicurezza, rischio ed ecologia. Questi aspetti ‘politici’ sono dibattuti all’interno della comunità dei filosofi della chimica?“Non sono aspetti centrali della disciplina. Li vedo come parti della filosofia ambientalista, che ha più esperienza di problemi come l’ambiente in biologia, il cambiamento climatico, ecc. A ogni modo, la filosofia della chimica gioca un ruolo nell’aiutare a capire la natura delle specie chimiche, e se ci sia una distinzione reale fra ‘naturale’ e ‘non-naturale’ nel campo della chimica”.