Polarizzazione della lucePolarizzazione della luce

Fu discepolo di Furier . Studiò Fu discepolo di Furier . Studiò all’Ecole Politecniche . Entrò nel all’Ecole Politecniche . Entrò nel corpo del genio militare. Partecipò corpo del genio militare. Partecipò alla campagna di Egitto e Siria con alla campagna di Egitto e Siria con Napoleone nel 1798. Le sue indagini Napoleone nel 1798. Le sue indagini di ottica riguardarono la rifrazione di ottica riguardarono la rifrazione dei materiali . Nel 1808 , osservando dei materiali . Nel 1808 , osservando la luce riflessa dalle finestre del la luce riflessa dalle finestre del palazzo del Lussemburgo che faceva palazzo del Lussemburgo che faceva passare attraverso un cristallo di passare attraverso un cristallo di calcite , scopre il fenomeno della calcite , scopre il fenomeno della polarizzazione della luce , a cui dette polarizzazione della luce , a cui dette appunto il nome . Diviene membro appunto il nome . Diviene membro dell’Accademia di Francia . Muore dell’Accademia di Francia . Muore nel 1812 a 37 anni , forse di nel 1812 a 37 anni , forse di tubercolosi contratta nelle tubercolosi contratta nelle campagne militari .campagne militari .

Jean Baptiste BiotJean Baptiste BiotParigi 1774- 1862Parigi 1774- 1862

Fisico e matematico Fisico e matematico francese . Fu nominato francese . Fu nominato professore di fisica al professore di fisica al Collège di France e Collège di France e eletto all’accademia eletto all’accademia delle scienze all’età di delle scienze all’età di 29 ani .29 ani .

Nel 804 compì con Nel 804 compì con Louis Gay-Lussac la Louis Gay-Lussac la prima ascensione prima ascensione scientifica in pallone scientifica in pallone aerostatico fino a 5000 aerostatico fino a 5000 metrimetri

La prima ascensione scientifLa prima ascensione scientifica in pallone aerostatico ica in pallone aerostatico 1804 1804Gay-Lussac e BiotGay-Lussac e Biot

J.-L. Gay-Lussac (1778-1850)

Questa immagine d’epoca rappresenta l’evento della partenza di una mongolfiera , seguita dalla curiosità di un numeroso pubblico .

Museo della scienza di Monaco di Baviera

La scoperta di BiotLa scoperta di Biot 18151815

“…“…Lamine di quarzo tagliate da cristalli differenti Lamine di quarzo tagliate da cristalli differenti ruotavano il piano di polarizzazione della luce alcune ruotavano il piano di polarizzazione della luce alcune a destra , mentre altre a sinistra … ma la la sua più a destra , mentre altre a sinistra … ma la la sua più grande scoperta in questo campo è che certe grande scoperta in questo campo è che certe sostanze organiche ruotano il piano di sostanze organiche ruotano il piano di polarizzazione , come l’olio di trementina , soluzioni polarizzazione , come l’olio di trementina , soluzioni di zucchero , canfora e acido tartarico , perfino allo di zucchero , canfora e acido tartarico , perfino allo stato gassoso….stato gassoso….

… …. Biot giunge alla conclusione che l’azione dei . Biot giunge alla conclusione che l’azione dei corpi organici era una caratteristica delle molecole corpi organici era una caratteristica delle molecole ed era dovuta alla costituzione individuale di queste ed era dovuta alla costituzione individuale di queste più piccole particelle. Mentre con il quarzo il più piccole particelle. Mentre con il quarzo il fenomeno era dovuto al particolare modo di fenomeno era dovuto al particolare modo di organizzazione delle particelle cristallineorganizzazione delle particelle cristalline .” .”

Da : Da : L’asimmetria di composti organici naturaliL’asimmetria di composti organici naturali di Luis Pasteur Paris 1860di Luis Pasteur Paris 1860

Cristallo di siliceCristallo di silice

Cristalli di silice speculari

Cristalli di silice speculariCristalli di silice speculari

Critalli di silice speculariCritalli di silice speculari

Pasteur , nel suo libro , cita una Pasteur , nel suo libro , cita una comunicazione di Mitscherlich , letta comunicazione di Mitscherlich , letta da Biot alla Accademia delle Scienze , da Biot alla Accademia delle Scienze , che lui conobbe quando era studente a che lui conobbe quando era studente a l’Ecòle Normale: l’Ecòle Normale:

<< … << … l’acido racemico e l’acido l’acido racemico e l’acido tartarico hanno la stessa tartarico hanno la stessa composizione chimica , la stessa composizione chimica , la stessa forma cristallina con angoli e facce forma cristallina con angoli e facce uguali , lo stesso peso specifico , uguali , lo stesso peso specifico , lo stesso comportamento alla lo stesso comportamento alla rifrazione della luce . Le loro rifrazione della luce . Le loro soluzioni acquose hanno lo stesso soluzioni acquose hanno lo stesso indice di rifrazione . Ma l’acido indice di rifrazione . Ma l’acido tartarico disciolto ruota il piano di tartarico disciolto ruota il piano di polarizzazione della luce e l’acido polarizzazione della luce e l’acido racemico è indifferenteracemico è indifferente , , ma la ma la natura e il numero di atomi , la natura e il numero di atomi , la loro disposizione e la loro distanza loro disposizione e la loro distanza uno dall’altro sono gli stessi in uno dall’altro sono gli stessi in tutti e due i corpi …>>tutti e due i corpi …>>

Nel 1819 il chimico Nel 1819 il chimico tedesco conia la formula tedesco conia la formula << stesso cristallo , << stesso cristallo ,

st essa chimica >>st essa chimica >>

introducendo la teoria introducendo la teoria dell’isomorfismo , per cui dell’isomorfismo , per cui l’aspetto dei cristalli l’aspetto dei cristalli chimici si riflette nelle loro chimici si riflette nelle loro molecole costitutive molecole costitutive

Eilhard Mitscherlich1794 - 1863

Le origini del suo lavoroLe origini del suo lavoro sorgono da dubbisorgono da dubbi

<<…. Ero a quel tempo uno studente all’ <<…. Ero a quel tempo uno studente all’ EcòleEcòle Normale Normale …. Questa comunicazione …. Questa comunicazione sconvolse le mie idee . Quale sconvolse le mie idee . Quale rassomiglianza sotto ogni punto di vista ! rassomiglianza sotto ogni punto di vista ! Ci possono essere due corpi le cui Ci possono essere due corpi le cui proprietà sono state più attentamente e proprietà sono state più attentamente e completamente confrontate ? La scienza completamente confrontate ? La scienza può comprendere in questo momento può comprendere in questo momento perchè due corpi sono completamente perchè due corpi sono completamente simili senza essere identici ? In questo caso simili senza essere identici ? In questo caso che ne è della chiara definizione di specie che ne è della chiara definizione di specie chimica , così fondamentale in questo chimica , così fondamentale in questo momento , che fu enunciata da Chevreul momento , che fu enunciata da Chevreul nell’anno 1823 ?nell’anno 1823 ?

“ “ corpi composti sono tra loro identici corpi composti sono tra loro identici quando la natura , le proporzioni e la quando la natura , le proporzioni e la disposizione degli atomi sono gli stessidisposizione degli atomi sono gli stessi “ “

In breve questa comunicazione di In breve questa comunicazione di Mitscherlich divenne nella mia mente la Mitscherlich divenne nella mia mente la principale difficoltà nella comprensione dei principale difficoltà nella comprensione dei corpi . >>corpi . >>

La Rivoluzione francese e le nuove istituzioni educative e scientifiche

École normale supérieure 1794

Cosa si deposita dentro le bottiCosa si deposita dentro le botti

Questa superficie rugosa è la parte che aderisce alla parete interna della botteQuesta superficie rugosa è la parte che aderisce alla parete interna della botte

La parte che è esposta verso il lume della botte è ricoperta di cristalli di tartrato La parte che è esposta verso il lume della botte è ricoperta di cristalli di tartrato cresciuti insieme ai cristalli di calcite . L’aspetto rosso è dovuto alla enocianina .cresciuti insieme ai cristalli di calcite . L’aspetto rosso è dovuto alla enocianina .

I cristalli sono solo di un tipo ?I cristalli sono solo di un tipo ? I cristalli che si possono separare sono due I cristalli che si possono separare sono due

:: acido tartaricoacido tartarico acido paratartarico o racemoacido paratartarico o racemo Si distinguono solo perché la soluzione dei Si distinguono solo perché la soluzione dei

cristalli di acido tartarico cristalli di acido tartarico deviadevia il piano di il piano di polarizzazione della luce , mentre la polarizzazione della luce , mentre la soluzione dei cristalli di acido paratartarico soluzione dei cristalli di acido paratartarico non modificanon modifica il piano di polarizzazione il piano di polarizzazione

Inizia il lavoro di Inizia il lavoro di PasteurPasteur << …. << …. Lasciai cristallizzare l’acido tartarico e i Lasciai cristallizzare l’acido tartarico e i

suoi sali e poi determinai la loro forma suoi sali e poi determinai la loro forma cristallina . Ma durante il lavoro osservai un cristallina . Ma durante il lavoro osservai un fatto che era importante e che era sfuggito fatto che era importante e che era sfuggito a fisici preparatia fisici preparati … >> … >>

Pasteur nota che la forma dei cristalli di Pasteur nota che la forma dei cristalli di acido tartarico si presenta asimmetrica. Tutti acido tartarico si presenta asimmetrica. Tutti presentavano la stessa asimmetria , come presentavano la stessa asimmetria , come nel quarzo l’attività ottica era legata alla nel quarzo l’attività ottica era legata alla forma asimmetrica dei cristalli .forma asimmetrica dei cristalli .

E i cristalli di acido paratartarico o E i cristalli di acido paratartarico o racemo ?racemo ?

Se i cristalli di acido paratartarico o racemo Se i cristalli di acido paratartarico o racemo non presentavano attività ottica allora la non presentavano attività ottica allora la forma dei loro cristalli doveva essere forma dei loro cristalli doveva essere simmetrica.simmetrica.

Pasteur cristallizza l’acido paratartarico dalle Pasteur cristallizza l’acido paratartarico dalle sue soluzioni e scopre che si presenta in due sue soluzioni e scopre che si presenta in due forme cristalline che egli riesce a separare forme cristalline che egli riesce a separare con delle pinzette e lente di con delle pinzette e lente di ingrandimento .Entrambe hanno forme ingrandimento .Entrambe hanno forme asimmetriche , ma l’una è speculare asimmetriche , ma l’una è speculare all’altra .all’altra .

Una delle due è l’acido tartarico che già Una delle due è l’acido tartarico che già conosceva , l’altro il cristallo di acido conosceva , l’altro il cristallo di acido tartarico speculare .tartarico speculare .L’uno devia il piano della luca a sinistra , l’altro a dL’uno devia il piano della luca a sinistra , l’altro a destra .estra .

Nell’acido paratartarico trovandosi insieme Nell’acido paratartarico trovandosi insieme annullanoannullano a vicenda la loro azione sulla luce .a vicenda la loro azione sulla luce .

Acido tartarico destro Acido tartarico destro e sinistro ottenuti e sinistro ottenuti separando l’acido separando l’acido racemo. Sono l’uno racemo. Sono l’uno immagine speculare immagine speculare dell’altro , non dell’altro , non sovrapponibilisovrapponibili

I cristalli contenuti nelle vetrinette provengono dalla collezione di Pasteur , sono I cristalli contenuti nelle vetrinette provengono dalla collezione di Pasteur , sono conservati nel suo laboratorio all’istituto Pasteur di Parigiconservati nel suo laboratorio all’istituto Pasteur di Parigi

Nei flaconi sono conservati cristalli di acido paratartarico o racemo Nei flaconi sono conservati cristalli di acido paratartarico o racemo provenienti dall’industria di Kestner , a Thann .provenienti dall’industria di Kestner , a Thann .

L’industriale Kestner fu il primo nel 1820 a constatare l’esistenza di questo L’industriale Kestner fu il primo nel 1820 a constatare l’esistenza di questo acido che tanta importanza ha avuto nella scoperta della origine della acido che tanta importanza ha avuto nella scoperta della origine della attività ottica di Pasteur attività ottica di Pasteur

Pasteur lavorò per molti mesi alla formazione di cristalli di varie sostanze . Qui Pasteur lavorò per molti mesi alla formazione di cristalli di varie sostanze . Qui sono raccolti dei cristalli di quarzo levogiro da lui prodotti .sono raccolti dei cristalli di quarzo levogiro da lui prodotti .

In questi flaconi sono conservati cristalli di tartrato di ammonio In questi flaconi sono conservati cristalli di tartrato di ammonio levogiro che Pasteur ha separato dalla miscela racemica con il metodo levogiro che Pasteur ha separato dalla miscela racemica con il metodo da lui inventato , che si basava sulla fermentazione selettiva di uno dei da lui inventato , che si basava sulla fermentazione selettiva di uno dei due tartrati . Tutte le etichette sono scritte di sua mano due tartrati . Tutte le etichette sono scritte di sua mano

Pasteur è un profondo conoscitore Pasteur è un profondo conoscitore della cristallografia . della cristallografia .

Qui sono conservati modello di Qui sono conservati modello di

cristalli da lui stesso costruiti .cristalli da lui stesso costruiti .

Le conclusioniLe conclusioni << …. << …. Rammentate la definizione di specie chimica Rammentate la definizione di specie chimica

che io ho dato prima? Una specie chimica è che io ho dato prima? Una specie chimica è composta dagli stessi elementi , nelle stesse composta dagli stessi elementi , nelle stesse proporzioni e con la stessa disposizione. Tutte le proporzioni e con la stessa disposizione. Tutte le proprietà dei corpi dipendono da questi fattori… Nel proprietà dei corpi dipendono da questi fattori… Nel caso di corpi isomerici gli elementi e le loro caso di corpi isomerici gli elementi e le loro proporzioni sono gli stessi, è solo differente la proporzioni sono gli stessi, è solo differente la disposizione degli atomi. Il grande interesse disposizione degli atomi. Il grande interesse dell’isomerismo viene dall’idea che i corpi possono dell’isomerismo viene dall’idea che i corpi possono essere completamente cambiati nelle loro proprietà essere completamente cambiati nelle loro proprietà dalla diversa disposizione degli atomi nella dalla diversa disposizione degli atomi nella molecola chimica, questo è il nostro caso . molecola chimica, questo è il nostro caso . Tuttavia Tuttavia nonnon ci sono corpi isomerici nei quali noi conosciamo ci sono corpi isomerici nei quali noi conosciamo la reale relazione tra un arrangiamento molecolarela reale relazione tra un arrangiamento molecolare rispetto ad unrispetto ad un altroaltro.. Questa carenza è colmata per Questa carenza è colmata per la prima volta dalla scoperta della costituzione la prima volta dalla scoperta della costituzione dell’acido racemico e dalla mutua relazione tra i dell’acido racemico e dalla mutua relazione tra i due isomeri destro e sinistro dell’acido tartarico. due isomeri destro e sinistro dell’acido tartarico. >>>>

<<….Noi sappiamo che , da una parte , la <<….Noi sappiamo che , da una parte , la disposizione di entrambi gli acidi tartarici è disposizione di entrambi gli acidi tartarici è asimmetrica, dall’altro che essi sono asimmetrica, dall’altro che essi sono completamente gli stessi, con l’eccezione che completamente gli stessi, con l’eccezione che l’asimmetria è mostrata in senso opposto .l’asimmetria è mostrata in senso opposto .

Sono gli atomi dell’acido destro Sono gli atomi dell’acido destro arrangiati nella forma di una spirale arrangiati nella forma di una spirale destrogira o sono situati ai vertici di un destrogira o sono situati ai vertici di un tetraedro irregolare , o essi hanno tetraedro irregolare , o essi hanno qualche altra disposizione asimmetrica ? qualche altra disposizione asimmetrica ? Ma senza dubbio gli atomi possiedono Ma senza dubbio gli atomi possiedono una una disposizione asimmetrica disposizione asimmetrica uguale a quella uguale a quella di un oggetto e la sua immagine riflessadi un oggetto e la sua immagine riflessa >>>>

La grande intuizioneLa grande intuizione

Tutti gli oggetti , di seguito , si possono presentare in due forme tra loro speculari ma non sovrapponibili . Allo stesso modo le molecole , otticamente attive , sono come questi oggetti , si possono trovare in due forme speculari , ma non sovrapponibili . E’ stata l’intuizione di Pasteur per spiegare l’isomeria ottica .

La quarta fila di lettere non ha elementi di simmetria , perciò sono possibili due forme tra loro speculari ma non sovrapponibili . ( questa volta rimanendo nel piano )

Queste viti con i rispettivi dadi sono oggetti asimmetrici . Possiamo avere viti con una filettatura che si avvolge in senso contrario . Avremo due tipi di viti speculari ma non sovrapponibili

Può esistere un’altra forbice che si specchia a questa ma non si sovrappone

Oggetti chirali naturali :Oggetti chirali naturali :batteri , piante batteri , piante

rampicanti , molluschirampicanti , molluschi

Dalla natura all’architetturaDalla natura all’architettura

L’esame di BiotL’esame di Biot

Pasteur è entusiasta della sua scoperta ,ma prima Pasteur è entusiasta della sua scoperta ,ma prima di presentare la comunicazione all’accademia di presentare la comunicazione all’accademia delle scienze gli è richiesto di ripetere la prova . delle scienze gli è richiesto di ripetere la prova . E’ scelto Biot come esaminatore . La prova viene E’ scelto Biot come esaminatore . La prova viene ripetuta in presenza di Biot . Dopo alcuni giorni il ripetuta in presenza di Biot . Dopo alcuni giorni il risultato è confermato . I cristalli formatisi risultato è confermato . I cristalli formatisi vengono separati nelle due forme speculari e vengono separati nelle due forme speculari e viene riconfermata la loro proprietà di ruotare in viene riconfermata la loro proprietà di ruotare in modo opposto il piano della luce .modo opposto il piano della luce .

<<<< … allora il vecchio e illustre scienziato , … allora il vecchio e illustre scienziato , visibilmente commosso , mi prese per un visibilmente commosso , mi prese per un braccio e mi disse : Mio caro ragazzo , ho braccio e mi disse : Mio caro ragazzo , ho amato la scienza così tanto nella mia vita amato la scienza così tanto nella mia vita che questo mi fa battere il cuore . che questo mi fa battere il cuore . >>>>

Louis Pasteur

1822 - 1895