NLA TEORIA ATOMISTICA

el I secolo a.C., nel suo poema De rerum natura, Lucrezio riporta la teoria atomistica propria dell’epicureismo. Basandosi sugli

scritti di Epicuro (Samo, 342 a.C. – Atene, 270 a.C.), oggi perduti, il poeta latino scrive di atomi (i primordia rerum), di materia e di vuoto, e propone due principi fisici relativi a questi enti. Ma com’è nato e in che modo si è evoluto il concetto di atomo? E, soprattutto, che cos’è un atomo?Atomo, definizione dell’Enciclopedia Treccani: “Secondo le teorie fisiche dell’antichità, particella di materia assolutamente semplice e non ulteriormente divisibile, dotata di qualità e quantità determinate.”.Utilizzando un linguaggio scientifico più moderno, l’atomo “è la più piccola particella di un elemento che rimane inalterata in ogni passaggio o reazione chimica. L’atomo è cioè chimicamente inalterabile, indivisibile e indistruttibile, mentre può subire trasformazioni fisiche, come disintegrazione, trasformazione in altri atomi, eccitazione e fissione”. Il percorso che ha portato a questa esaustiva definizione, però, è notevolmente complesso. Lucrezio, nel I secolo a.C., non sarebbe mai potuto arrivare a definire con tale precisione le proprietà di questi corpuscoli, poiché non poteva che basarsi su ragionamenti astratti e precedenti teorie, non potendo fare uso di strumenti adeguati.

ELABORAZIONI PRECEDENTI A LUCREZIOLa prima intuizione dell’esistenza di atomi risale al lontano V secolo a.C., nei pressi Mileto, in Grecia. Leucippo di Mileto e il suo discepolo Democrito identificarono negli atomi l’archè (origine) dell’universo. Questi corpi furono descritti come particelle piene, immutabili, ingenerate, eterne, indivisibili e costituenti della materia, e rappresentavano l’essere nella sua totalità, contrapposto al vuoto, il non essere. Gli atomi di Leucippo e Democrito si differenziano tra loro solo per aspetti quantitativi, ovvero forma, ordine e posizione, e non qualitativi. L ’epicureismo, e di conseguenza anche Lucrezio, riprende tutte le caratteristiche delineate dai due filosofi greci, ad eccezione del principio che regola il moto degli atomi solamente secondo il loro peso ed i loro urti: così fosse, eventi futuri sarebbero deducibili dal passato, mentre Epicuro, introducendo il clinamen, ossia la deviazione spontanea del moto degli atomi, rende questo impossibile. Epicuro aveva già intuito, oltre al moto libero degli atomi nei gas, la vibrazione degli atomi attorno alla posizione di equilibrio nei solidi, , forse per spiegare la differenza di temperatura tra due corpi al diverso valore di una grandezza quantitativa (la velocità del moto atomico). Tuttavia queste riflessioni riguardo alla connessione tra temperatura e velocità degli atomi appaiono scritte solamente a partire dal I secolo

d.C., negli studi sulla pneumatica, scienza che studia il trasferimento di forze mediante gas in pressione.

L’ELABORAZIONE DI LUCREZIOLucrezio, nella stesura della sua opera, aveva a disposizione l’intera esperienza in campo fisico dei secoli precedenti. Il suo

ruolo fu quello di rendere più comprensibile e accessibile il contenuto di teorie già esistenti, rielaborandole, lasciando spazio alla sua personale interpretazione. Cos ì è nata la celebre metafora degli atomi come le lettere dell’alfabeto, che compongono le molecole e le parole, denominati “primordia rerum”, che a loro volta sono elementi costituenti del mondo e di un libro:

L’analogia tra struttura della materia, organizzata secondo una scala di complessità in atomi, molecole, sistemi supramolecolari, cellule, organi, apparati e l’uomo nella sua totalità e tra la struttura del linguaggio con lettere, parole, frasi, capitoli, libri, collana di libri e biblioteca viene ripresa più volte da Lucrezio nei primi due libri della sua opera. La combinazione di atomi che genera molecole (oggi, per esempio, diremmo che due atomi di idrogeno e uno di ossigeno generano una molecola di acqua) va di pari passo con la combinazione di lettere che genera parole. Il parallelismo tra i due ambiti è viene suggerito anche dalla tavola periodica, che funge da vero e proprio alfabeto della materia.

quin etiam refert nostris in versibus ipsiscum quibus et quali sint ordine quaeque locata;namque eadem caelum mare terras flumina solemsignificant, eadem fruges arbusta animantis;si non omnia sunt, at multo maxima pars est

Anzi, nei nostri stessi versi è importantecon quali altre e in quale ordine ogni lettera sia collocata;giacché le stesse lettere significano il cielo, il mare, le terre,i fiumi, il sole, le stesse le messi, gli alberi, gli esseri viventi;se non tutte, almeno per la parte di gran lunga maggiore sonoconsimili; ma è per la posizione che

atque eadem magni refert primordia saepecum quibus et quali positura contineanturet quos inter se dent motus accipiantque;namque eadem caelum mare terras flumina solemconstituunt, eadem fruges arbusta animantis,verum aliis alioque modo commixta moventur.quin etiam passim nostris in versibus ipsis

E spesso importa molto con quali altri i medesimi primi principi, e in quale disposizione, siano collegati,e quali movimenti a vicenda imprimano e ricevano;giacché gli stessi costituiscono il cielo, il mare, le terre, i fiumi, il sole, gli stessi le messi, gli alberi, gli esseri viventi, ma si muovono commisti ad altri e in altro modo.Anzi qua e là nei nostri stessi versi tu vedimolte lettere comuni a molte parole,mentre tuttavia devi ammettere che versi e parole distano tra loro, e per significato e per modulazione di suono.Tanto è il potere delle lettere, solo che se ne muti l'ordine.

consimilis; verum positura discrepitant res.sic ipsis in rebus item iam materiai[intervalla vias conexus pondera plagas]concursus motus ordo positura figuraecum permutantur, mutari res quoque debent.

(libro II,vv.1016,1025)

differiscono i significati.Così nelle cose stesse parimenti, quando nella materiamutano gl'incontri, i movimenti, l'ordine,la disposizione, le figure, anche le cose devono mutare.

Negli ultimi due versi del passo sovrastante Lucrezio scrive che al cambiare di aggregazione, moto, ordine, disposizione e figura dei primi principi anche le cose, ovvero la materia, devono cambiare. Il medesimo discorso relativo però alla struttura del linguaggio, cioè che al variare dei “rapporti” tra lettere variano i significati delle parole, viene fatto dal poeta latino nel primo libro, nel passo riportato in precedenza. Come riferisce il chimico Vincenzo Balzani sono proprio cinque i criteri utilizzati nella scienza moderna per classificare una molecola (connettiva, tautomeria, stereochimica, elettronica e isotopica) come cinque erano i vari concursus, motus, ordo, positura e figurae utilizzati da Lucrezio per classificare l’aggregazione di atomi e lettere. Al terzo grado di complessità si trovano le frasi da un lato e le strutture supramolecolari dall’altro. Queste ultime possono essere bidimensionali o tridimensionali e possono svolgere funzioni diverse a seconda della loro struttura. Le frasi sono un insieme di parole che, riunite in complementi ed espansioni, ruotano attorno al verbo e alla sua valenza. La grammatica valenziale è un modello di analisi della frase, diverso da quella logica, che mette in primo piano il predicato e le sue valenze.

Il più grande contributo di Lucrezio, però, consiste nella fondazione del lessico filosofico-scientifico latino, attraverso l’uso di termini di uso comune, come i già citati “primordia”, a cui attribuì nuovi significati tecnici:

Nec me animi fallit Graiorum obscura repertadifficile inlustrare Latinis versibus esse,multa novis verbis praesertim cum sit agendumpropter egestatem linguae et rerum novitatem;

Né alla mia mente sfugge che è difficile illustrarein versi latini le oscure scoperte dei Greci,tanto più che di molte cose bisogna trattare con parole nuove,per la povertà della lingua e la novità degli argomenti

Nel De rerum natura vengono stabiliti i principi che regolano l’intero universo, senza limitarsi agli atomi e alle molecole. Tali concetti sono contenuti principalmente nella prima diade, relativa alla fisica. Nello specifico, Lucrezio affronta, nell’ordine: i primi due principi della fisica (relativi a creazione e distruzione della materia), i corpi invisibili (esempi di vento, temperatura, suoni, odori), il vuoto, il clinamen (il movimento casuale delle particelle). Nel primo caso, l’autore si occupa di giustificare la nota formula “nulla si crea, nulla si distrugge” attraverso numerosi esempi circa la genesi degli animali e vari cicli

naturali (quello dell’acqua, ad esempio):

Nel caso dei corpi invisibili, Lucrezio afferma che, così come per gli atomi, sia necessario riconoscere come esistenti anche enti non visibili:

Nam si de nihilo fierent, ex omnibus rebusomne genus nasci posset, nil semine egeret.e mare primum homines, e terra posset oririsquamigerum genus et volucres erumpere caelo;armenta atque aliae pecudes, genus omne ferarum,incerto partu culta ac deserta tenerent.

(libro I, vv. 159-165)

Infatti, se dal nulla si producessero, da tutte le cose potrebbe nascere ogni specie, nulla avrebbe bisogno di seme.E anzitutto dal mare gli uomini, dalla terra potrebbero sorgerele squamose specie dei pesci, e gli uccelli erompere dal cielo;gli armenti e le altre greggi, ogni specie di fiere, partoriti qua e là senza regola, occuperebbero luoghi coltivati e deserti.

unde mare ingenuei fontes externaque longeflumina suppeditant? unde aether sidera pascit?omnia enim debet, mortali corpore quae sunt,

Donde riforniscono il mare fonti native e dall'esterno fiumi provenienti di lontano?Donde l'etere pasce gli astri?Infatti tutto ciò che ha un corpo mortale dovrebbero averlo già consumato il tempo infinito e i giorni trascorsi.

Tum porro varios rerum sentimus odoresnec tamen ad naris venientis cernimus umquamnec calidos aestus tuimur nec frigora quimususurpare oculis nec voces cernere suemus;quae tamen omnia corporea constare necessestnatura, quoniam sensus inpellere possunt.

Inoltre noi sentiamo i vari odori delle cose e tuttavia non li discerniamo mai mentre vengono alle narici, né scorgiamo le emanazioni di calore, né possiamo cogliere con gli occhi il freddo, né ci avviene di vedere i suoni;e tuttavia tutte queste cose è necessario che constino di natura corporea, perché

qua propter locus est intactus inane vacansque.quod si non esset, nulla ratione moverires possent

(libro I, vv. 334-336)

Il vuoto descritto da Lucrezio, invece, consiste semplicemente nello spazio in cui si muovono i corpi:

Il clinamen è descritto più avanti nell’opera come una deviazione casuale del moto delle particelle, senza il quale non avverrebbero scontri e la natura, di

conseguenza, non si sarebbe mai formata:

ELABORAZIONI SUCCESSIVE A LUCREZIOLo sviluppo della teoria atomistica ebbe un brusco arresto per oltre un millennio, ma grazie a Poggio Bracciolini, che ritrovò il De rerum natura nel 1417, gli atomi tornarono al centro della divulgazione scientifica e filosofica del XV secolo.

Esiste dunque uno spazio che non si può toccare, ciò che è vuoto e libero. Se non esistesse, in nessun modo potrebbero le cose muoversi

quod nisi declinare solerent, omnia deorsumimbris uti guttae caderent per inane profundumnec foret offensus natus nec plaga creataprincipiis; ita nihil umquam natura creasset.

(libro II, vv. 221-224)

Ma, se non solessero declinare, tutti cadrebbero verso il basso, come gocce di pioggia, per il vuoto profondo, né sarebbe nata collisione, né urto si sarebbe prodotto tra i primi principi: così la natura non avrebbe creato mai nulla.

Galileo Galilei, nelle sue opere, accenna all’analisi degli aspetti quantitativi degli atomi democritei, senza mai farvi un riferimento diretto. Le sue fonti sono Lucrezio e Galeno, medico greco del II secolo che riportò alcuni pensieri di Democrito. Un importante progresso nel recupero dell'antico atomismo fu compiuto da Robert Boyle nel The Sceptical Chymist, del 1661, in cui conferma l'esistenza degli atomi ed il loro moto continuo, e aggiunge che l'essenza del calore consiste nel promuovere il moto atomico. Di nuovo nel Seicento, grazie a Boyle e Pierre Gassendi, cominciò ad affermarsi il concetto di molecola, già esistente in precedenza con il termine oncos, utilizzato da Sesto Empirico attorno al 200 a.C. per riferirsi ad una massa e un volume non indivisibile e quindi costituito di atomi.Nel Settecento si tentò di creare una teoria basata sull’atomismo classico che fosse in grado di spiegare i fenomeni chimici in termini meccanici, ma il risultato non fu rilevante. Atomi e molecole non fecero parte dello sviluppo della chimica settecentesca, che avvenne su base empirica, sommando conoscenze ottenute con esperimenti dalla fisiologia alla mineralogia, all'agronomia e a vari procedimenti industriali. La rivoluzione chimica ultimata da Antoine Lavoisier nel 1789 generò una nomenclatura nuova per tutti gli elementi allora conosciuti ma non considerò ancora l’esistenza di atomi, che fu usata invece da John Dalton nel 1808 per dimostrare alcune leggi chimiche, tra cui quella delle proporzioni finite, secondo la quale in ogni reazione chimica il rapporto tra le masse degli elementi che si combinano è sempre lo stesso. Nel 1805 Joseph Louis Gay-Lussac e Alexander von Humboldt scoprirono che, nella sintesi dell'acqua, un volume di ossigeno si combina sempre con un volume doppio di idrogeno. Più tardi Amedeo Avogadro formulò la seguente legge che confermava definitivamente l’esistenza di atomi e molecole: “Volumi uguali di sostanze gassose, a temperatura e pressione eguale, contengono un uguale numero di molecole”. Inizialmente la comunità scientifica si mostrò ostile nei confronti di tale principio, poiché non tutti i dati sperimentali sembravano confermarlo. Nel 1858 Stanislao Cannizzaro dimostrò che le contraddizioni con alcuni risultati sperimentali dipendevano da fenomeni di dissociazione termica (che alteravano il numero di molecole previsto teoricamente) e su questa base formulò una teoria chimica coerente, fondata sui concetti di atomo e molecola. Riuscì inoltre a determinare tutti pesi atomici, basandosi sul principio di Avogadro. Grazie al lavoro di Cannizzaro, Dimitri Mendeleev pubblicò nel 1869 la prima versione della tavola periodica, che raggruppava tutti gli elementi noti secondo determinate proprietà dei loro atomi.In campo fisico, invece, Rudolf Clausius, uno dei fondatori della termodinamica, spiegò le proprietà termiche dei gas, tra cui temperatura ed energia cinetica, attraverso il moto e gli urti di atomi e molecole e scoprì che proprio questi urti

causavano il moto caotico e veloce delle molecole in tutte le direzioni, lo stesso clinamen descritto da Lucrezio.Gli studi di elettricità effettuati a fine Ottocento non fecero altro che confermare la teoria atomistica e permisero di fare un passo avanti verso l’identificazione della struttura dell’atomo.

Fonti: Lucio Russo – Stelle, atomi, velieri, Lucrezio – De rerum natura, Vincenzo Balzani - Appunti

Riccardo Maranelli, Tommaso Skerl