Scienza applicata e pura: chimica

Emersione dall'alchimia. Molti dei maggiori progressi scientifici del diciottesimo secolo furono nel campo della chimica. La chimica era originariamente il regno degli alchimisti, tra cui Isaac Newton (1624-1727), che sono spesso associati nella mente moderna alla ricerca "mistica" della "pietra filosofale" reputata per trasformare i metalli vili in oro e per garantire l'immortalità. Tuttavia, gli studiosi moderni hanno attribuito a questi alchimisti / chimici il progresso della conoscenza chimica e il contributo allo sviluppo di metodi e attrezzature scientifiche moderne. Con l'Illuminismo, la chimica era emersa come una disciplina basata sull'indagine scientifica razionale. Ha avuto anche un cospicuo e diretto vantaggio economico. I vari stati europei, insieme a singoli produttori e commercianti, hanno contribuito a far avanzare lo sviluppo della chimica come scienza richiedendo determinati prodotti e spesso fornendo le risorse per indagini sistematiche sul loro sviluppo. Molti scienziati "puri" si sono uniti alla ricerca di sviluppare polvere da sparo che fosse più combustibile e non fumasse, nuovi colori di tinture per tessuti e candeggine che rendessero economica la produzione di tessuti bianchi. La ricerca di successo dei chimici del diciottesimo secolo ha cementato la crescente alleanza tra scienziati, imprenditori e lo stato, che a sua volta ha portato a progressi ancora maggiori nel diciannovesimo secolo. Le indagini pratiche associate all'estrazione mineraria e alla produzione di coloranti tessili hanno contribuito a un corpus di conoscenze che gli scienziati potrebbero utilizzare per aiutare nelle loro spiegazioni dell'universo. Ad esempio, nel 1803 John Dalton (1766-1844), un insegnante di Manchester, in Inghilterra, propose una dottrina che chiamò "atomismo", basando la sua teoria sulle scoperte dei chimici francesi Antoine-Laurent Lavoisier (1743-1794), Claude- Louis Berthollet (1748-1822) e Jean-Antoine Chaptal (1756-1832). L'atomismo di Dalton fu l'inizio della moderna teoria atomica.

Atomismo. La sperimentazione con i gas convinse Dalton che gli elementi erano costituiti da "atomi", da lui definiti indivisibili, e che le sostanze erano composte da proporzioni variabili di elementi. Ha ideato un nuovo sistema di notazione chimica nelle equazioni (come in H2O) e ha formulato leggi fisiche per descrivere i rapporti. Sebbene l'atomismo fosse accettato solo lentamente, verso la metà del diciannovesimo secolo aveva rivoluzionato la chimica e trasformato il modo in cui le culture occidentali guardavano al mondo fisico. Dopo decenni di ricerche sul rapporto tra gas e combustione, nel 1774 il pastore inglese Joseph Priestley (1733-1804) identificò una sostanza che divenne nota come ossigeno. Priestley ha scoperto che alla luce del sole le piante verdi usano anidride carbonica e producono ossigeno. Ha inoltre accertato che la combustione in aria risulta dall'ossidazione; per esempio, ha riconosciuto che negli incendi la sostanza che brucia è l'ossigeno. Lavoisier ha approfondito la svolta di Priestley, dando il nome all'ossigeno e rendendosi conto che tutte le reazioni chimiche possono essere collocate in un sistema razionale composto di elementi. Secondo Lavoisier, c'erano tre composti chimici di base: gli acidi comprendono l'ossigeno più i non metalli; le basi sono ossigeno più metalli; e i sali sono acidi più basi. Questo nuovo sistema di tassonomia chimica aprì la strada a vasti progressi pratici alla fine del diciottesimo secolo. Il chimico russo Dmitry Ivanovich Mendeleyev (1834-1907) costruì sull'opera di Lavoisier creando la moderna tavola periodica degli elementi nel 1869. Dopo aver identificato le sostanze nel XVIII secolo, i chimici del XIX secolo iniziarono a comprenderne le strutture. Le intuizioni di Priestley, Lavoisier e altri chimici della prima era industriale hanno gettato le basi per la ricerca chimica su piante e animali a livello molecolare, segnando l'inizio della chimica organica. Condotta a Parigi dai successori di Lavoisier e nel mondo di lingua tedesca da Justus von Liebig (1803-1873), tale ricerca richiedeva un approccio attento e sistematico. Liebig stabilì il modello per il moderno laboratorio di ricerca a Giessen nel 1825. Il suo approccio "pratico" all'insegnamento e la sua ricerca di usi produttivi dei progressi scientifici si diffuse rapidamente ad altre università e centri di ricerca tedeschi. La predominanza tedesca nella ricerca chimica europea portò a un vantaggio economico più tardi nel secolo.

Nuovi approcci. Le scoperte di chimici francesi e tedeschi, tra cui Louis Pasteur (1822-1895), hanno rivelato che per comprendere la natura di una molecola non è sufficiente accertarne la formula chimica, che indica solo i tipi e il numero di atomi in quella molecola. È anche necessario scoprire la struttura di una molecola, cioè capire come sono collegati i suoi atomi. Avendo scoperto come determinare la configurazione delle molecole, i chimici hanno sviluppato la capacità di sostituire gli atomi e trasformare una sostanza in un'altra. Nel 1870 c'erano circa quindicimila composti organici conosciuti; nel 1910 erano centocinquantamila. La prima applicazione pratica della nuova scienza della chimica organica è stata la scoperta dei coloranti sintetici. Nel 1856 l'inglese William Henry Perkin scoprì come fabbricare il primo colorante artificiale. Realizzati con catrame di carbone, un residuo dell'industria del gas, i coloranti all'anilina di Perkin sono stati adottati dall'industria tessile tedesca, i cui scienziati hanno sviluppato più di mille coloranti sintetici diversi prima del 1914. I coloranti sintetici tedeschi erano così popolari che hanno spinto i coloranti naturali dal mercato e i prezzi dei coloranti sono diminuiti di due terzi. Nel 1913 la Germania produceva il 90 percento dei coloranti usati nel mondo. Rendendo la Germania il principale produttore di coloranti sintetici redditizi, i chimici tedeschi formarono legami così stretti con l'industria da poter attrarre il sostegno finanziario e istituzionale per altri tipi di ricerca, che produssero nuovi drammatici dividendi.