spunti per un insegnament

o trans-inter- multi-

disciplinare

• gianni michelon• università ca’foscari

• venezia

• SSIS-SN-Chimica

multi-, inter-, trans-disciplinare?

• multi-: argomenti trattati in parallelo senza interazioni

• inter-: argomenti trattati in parallelo con interazioni allo stesso livello

• trans-: argomenti trattati in parallelo e in serie con interazioni a più livelli (a rete)

motivazioni di questa scelta• gli studenti mostrano spesso un rifiuto verso la

scienza e la chimica in particolare• le conseguenze sono evidenti (indagine OECD

Organisation for Economic Cooperation and Development PISA Programme for International Student Assessment): 31°/40 matematica e problem solving; 27°/40 scienze

• possibile soluzione: adottare, per la chimica (e per le scienze in generale) un insegnamento trans-, inter- o almeno multi-disciplinare sulla natura della disciplina, sulla sua storia, sul suo impatto sociale e ambientale, ecc.

discipline coinvolgibili• scienze (chimica, ma anche scienze della vita,

della Terra, dell’ambiente) • filosofia (per aspetti epistemologici ed etici)• storia dell’uomo (per aspetti anche economici

dello sviluppo della società)• lettere (per letteratura filosofica e scientifica e

per modalità di scrittura scientifica) • lingue classiche (per analisi e traduzione di testi

filosofici/scientifici originali)• matematica e fisica (anche per metodo

scientifico e formalizzazione)• storia dell’arte (per opere attinenti alle scienze,

per materiali e restauro) …ed ora qualche spunto tematico…

i filosofi della natura 1

• Anassagora, circa 2500 anni fa, affermava: “nulla si crea e nulla si distrugge, tutto ciò che esiste è solo l'unione o la separazione di oggetti che esistevano già prima"

• questo concetto materialista sarà poi assunto e rielaborato da altri filosofi greci come Democrito ed Epicuro e poi da Tito Lucrezio Caro nel "De rerum natura"

i filosofi della natura 2• Aristotele aveva

una visione teorica sulla natura delle cose, basata su combinazioni di principi che sarà predominante fino al 1600; teorie diverse saranno pesantemente osteggiate particolarmente dalla Chiesa

oscurantismo…• per molti secoli, praticamente in tutti i paesi

europei, le imposizioni della Chiesa hanno dato luogo ad un pesantissimo oscurantismo scientifico

• chi operava nei "laboratori" era perseguitato come mago o addirittura come eretico (e spesso torturato e arso sul rogo)

• nel 1317 Giovanni XXII emise la bolla papale "Spondet pariter", contro di loro, bolla cui conseguirono scomuniche e roghi

ma nei paesi arabi intanto…

• Geber (Giabir Ibn Hayyan, 722-803) scoprì come ottenere sali di As, S, Hg; osservò l’aumento di peso nella calcinazione dei metalli (ma la teoria del “flogisto perdurò in Europa fino alla fine del secolo XVIII!)

• Rhazes (Ar-razi, 850-925), persiano, preparò il gesso da presa per immobilizzare gli arti

• Avicenna (Ibn-Sina, 980-1037) affermò che l'alchimia può far "sembrare" un metallo simile ad un altro, non trasformarlo; scetticismo inascoltato!

• altri arabi misero a punto la distillazione dell'alcol, il picnometro, la determinazione del peso specifico, l’alambicco, il concetto di "alcalino", la nafta, scopersero lo zirconio…

qualche sintomo di risveglio

• Ruggero Bacone (1214-1294), propugnò l’uso dell'esperienza e anche di metodi matematici

• uno studioso francese, futuro papa Silvestro II (999), favorì la traduzione di opere arabe in latino…; questo ci permise di non perdere quasi completamente la cultura greca, censurata pesantemente dalla Chiesa con la proibizione e anche con la distruzione delle opere originali

• (vedi "Il nome della rosa" di Umberto Eco)

anche dante alighieri?• sui falsari di metalli, nella Divina Commedia:• Griffolino d’Arezzo, X bolgia, Inferno, XXIX, 118

• Ma nell'ultima bolgia delle diece• Me per l'alchimista che nel mondo usai

• Dannò Minòs, a cui fallar non lece• Capocchio di Siena, X bolgia, Inferno, XXIX, 136

• Sì vedrai ch'io son l'ombra di Capocchio• Che falsai li metalli con l'alchimia

• sui filosofi materialisti nel Limbo, Inferno, IV, 136• Democrito che il mondo a caso pone,

• Diogenes, Anassagora e Talé,• Empedoclés, Eraclito e Zenone

e leonardo da vinci…

• contestò gli alchimisti • ma progettò alambicchi,

fornaci, miscelatori, leghe metalliche per i suoi studi (commissionati) di carattere militare, colori per le sua attività pittoriche (vedi l’Ultima cena e i suoi problemi)

il termine “chimico”

• l’uso comune del termine "chimico" per chi si interessa dei problemi di questa scienza è iniziato dopo la pubblicazione di "The sceptical Chymist" di Robert Boyle, nel 1661; ma passerà molto tempo prima che si possa parlare veramente di "chimici".

the sceptical chymist• "Il chimico scettico, ovvero

dubbi e paradossi chimico-fisici,

• che trattano i principi spagirici* comunemente chiamati ipostatici**,

• come si vuole che siano proposti e difesi dalla generalità degli alchimisti“

• *da paracelso: che riguarda composizione e scomposizione delle sostanze

• **che riguarda la “substantia” che non cambia al fluire dei fenomeni

qualche “testo” storico• il primo testo che si

può considerare di “chimica” è il “de la pirotechnia” di vannuccio biringuccio, edito a venezia nel 1540

• quasi contemporaneo il “de re metallica” di georg bauer (latinizzato in agricola)

qualche altro “testo” storico• "Tyrocinium chymicum e naturae fonte et manuali

depromptum", tradotto in francese col titolo "Les élémens de chymie", 1610 del medico Jean Beguin

• "Cours de chimie" di Nicolas Lemery• "Chimia in artis formam redacta“, 1661 di Werner

Rolfink, (laureato in medicina a Padova)• "Physica subterranea“, 1669 di Becher e la sua

edizione del 1703, curata dal suo allievo Georg Ernst Stahl (con l’aggiunta di uno "Specimen Beccherianum")

• "Chymia philosophica", 1689 di Jacob Barner (laureato a Padova)

e un personaggio interessante…• Theophrastus Bombastus von

Hoheneim, (Paracelso, 1493-1541), qui in un ritratto di Rubens, iniziò l’uso dell'alchimia per medicamenti minerali

• può in effetti essere considerato padre della chemioterapia

• interessante la lettura del suo "Paragrano, ovvero le quattro colonne dell’arte medica“, violento attacco ai medici di allora

e per finire…

• la chimica come scienza moderna nasce con Lavoisier (a sinistra con la moglie, in un famoso quadro di David)

•egli riuscì a coordinare dati, ricerche, indagini, intuizioni di altri studiosi, dando una cornice comune e unitaria alla nuova scienza

ma parliamo anche di linguaggio

• per la Chimica, il suo linguaggio è forse la caratteristica più qualificante per poter affermare l'autonomia di questa scienza rispetto a tutte le altre

• parlarne può essere utile anche per eliminare quei vecchi residui riduzionisti che tendevano a vedere la chimica soltanto come un ramo della fisica o della medicina

• la Chimica, come scienza moderna, ha una “sua” propria autonomia logica ed epistemologica 

cosa intendiamo per “linguaggio”

• un complesso sistema di simboli convenzionali e di relazioni tra di essi, adottato e utilizzato da un gruppo di persone per comunicare tra loro e con gli altri

• un gruppo di persone che riesce a comunicare secondo un linguaggio condiviso (perciò basato su una "convenzione") costituisce una "comunità“ (scientifica, linguistica, fisica, medica, ...)

• ogni comunità si riconosce per la condivisione di un linguaggio specifico, chiamato "microlingua“, anche se spesso ci sono interazioni o mutuazioni di termini o concetti tra una disciplina e un'altra

origini del linguaggio chimico

• il linguaggio degli alchimisti, depositari di tecniche segrete, era criptico: il potere di saper modificare le cose venne usato dai potenti per accrescere prestigio e ricchezza (vedi “Arcanum” di Janet Gleason)

• la natura di "maghi" li spinse a coltivare anche settori come l'astrologia: sorse così un’interazione linguistica

• per indicare i metalli più comuni ed importanti si usarono termini e simboli astrologici, astronomici e mitici, mediati da processi e associazioni mentali (l’oro metallo prezioso e "perfetto", giallo, lucente, inattaccabile, è associato al Sole, giallo, luminoso, sempre uguale a se stesso; il ferro, metallo adatto a forgiare le armi più robuste, è associato a Marte, dio della guerra, ecc.)

le tabulae affinitatum• documenti sull'uso

di questi simboli sono per esempio le Tabulae affinitatum, in cui si indicavano scale di reattività (per usare un termine attuale) di varie sostanze rispetto a quella che veniva indicata nella casella superiore

• questo splendido esempio è nel Museo della Scienza di Firenze

un’altra tabula affinitatum

• erano così diffuse che vennero riprodotte anche nella famosa "Encyclopédie ou Dictionnaire raisonné des sciences des arts et des métiers" di Diderot e D'Alembert; questa è nell'edizione di Lucca 1758-1776

…e poi arrivò Dalton• John Dalton (1766-

1844), fondatore anche dell'atomistica chimica moderna,

• introdusse nuovi simboli per identificare gli elementi (usò simboli anche per alcuni composti, poiché non esistevano ancora metodi di analisi per individuarli come tali).

gli “elementi” di Dalton• la notazione è

mista: per ogni elemento la base è un cerchio, ma prevede anche lettere o simboli grafici;

• prima riga (1-6): • O, H, N, C, S e P;

seconda riga (10) Hg

• alcuni corrispondono a composti, a quei tempi non ancora identificati come tali: KOH e NaOH (26 e 27), barite (30) e MgO (36).

i “composti” di Dalton• adottò analogo

modello simbolico per mostrare associazioni di atomi in rapporti diversi

• O con H (37-40)• O con N (41-45)• O con C e S (46-50)• O con P (51-52);• H con N e C (53-55)• H con S e P (56-58)• S con P (59-60)

e i simboli attuali?

• fu Berzelius, nel 1813, a introdurre lettere o coppie di lettere, legando il nome al latino o al greco, per esempio:

• Na, sodio, da Natrium • K, potassio da Kalium • Sb, antimonio, da Stibium • Au, oro, da Aurum • Cu, rame, da Cuprum • Hg, mercurio, da

Hydrargirium...

con quali vantaggi?

• come avrebbe dovuto, uno scienziato, per esempio, descrivere il simbolo

• dell'azoto (un cerchio con diametro verticale?)• dello zolfo (un cerchio con una croce

all'interno?)• del fosforo (un cerchio con 3 raggi a 120°?)...

• soprattutto quello di poter essere “detto” e “scritto” (e perciò condiviso) da chiunque

• il simbolo grafico poteva andare bene solo se si comunicava per iscritto

tutto è ormai codificato?• certamente no! la necessità di comunicare

implica un continuo affinamento del processo di codifica• prima tappa significativa fu il primo Congresso Internazionale di Chimica  di Karlsruhe nel 1860, in cui si concordò ufficialmente sui simboli da usare e su alcuni termini e procedure di uso comune (come "equivalente)• il compito di uniformare il linguaggio fu poi assunto da organismi diversi: per esempio lo IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry), organismo dell'American Chemical Society, per la nomenclatura della chimica: la loro attività continua tuttora, per dimostrare che il lavoro di normalizzazione non è finito

è proprio necessario?

un esempio estremo:la simbologia chimica cinese utilizzava ideogrammi ricchi di significato ma graficamente complessi; i significati impliciti erano comprensibili solo a chi conoscesse le varie componenti dell’ideogramma• per indicare Na, per esempio, l'ideogramma comprendeva segni di "terra" (solido), di alcalino, di "facilmente fondibile", di reattivo, ecc.

• quando la Cina, recentemente, è uscita dall’isolamento culturale e scientifico, si è cominciato ad adottare la simbologia con lettere latine: una rivoluzione non da poco!

ma anche in “occidente”?• un altro esempio concreto: i manuali francesi dei

primi decenni del secolo scorso riportavano ancora le formule chimiche in modo diverso da quelle a cui siamo abituati; pensiamo a un sale come il carbonato di sodio: noi ora scriviamo Na2CO3

cioè: prima i cationi, poi gli anioni: Na con 2 in pedice (al piede), poi C e poi O con 3 ancora in pediceallora, invece, scrivevano prima l'anione e poi il catione, e con coefficienti espressi in apice (come esponenti): CO col 3 in apice; poi Na sempre col 2 in apice:

• CO3Na2

non è un problema secondario?

• non lo è affatto, a livello di comunicazione scritta:

• è ormai accettato (cioè condiviso all’interno della comunità scientifica) che, rispetto al simbolo di un atomo, le posizioni di numeri o coefficienti abbiano un significato ben preciso

•AB X C

DA (apice a sx) numero di massa (protoni + neutroni)B (pedice a sx) numero atomico (protoni)C (apice a dx) cariche elettriche (positivo o negativo) D (pedice a dx) coefficiente stechiometrico

altri esempi?• basti pensare alle difficoltà di rappresentare, col

solo nome, la struttura di formule di molecole complesse anche dal punto di vista strutturale e tridimensionale

CH3 O

NH2 S

CH2 CH3

Pt

CH2

NH2 Cl

•

• chloro (dimethyl sulfoxide) (1,2-diamino ethane) platinum (II) chloride

• certo che la comprensione esige conoscenze chimiche approfondite!

ed anche per altri motivi?

per esempio per eliminare contenziosi sul nome di nuovi elementi artificiali, la cui creazione è rivendicata da paesi diversi (generalmente USA ed ex URSS)

• per quest’ultimo problema infatti IUPAC ha “tagliato la testa al toro” proponendo nomi “asettici” come:

• Unq (un-nil-quadium) elemento 104, ex Rf Rutherfordio

• Unh (un-nil-hexium) elemento 106, ex Sg Seaborgio

• Unn (un-un-nilium) elemento 110, ancora incognito

così, anche in futuro, non ci saranno più problemi!

conclusioniqueste vogliono essere solo alcune osservazioni sull’ampiezza di visione che si può avere su una disciplina e sulle interazioni strettissime che si possono instaurare, nell’insegnamento, tra discipline apparentemente separateLa Chimica ne è solo un esempio…

sta a voi (come sempre) cercare di impostare un progetto didattico in tal sensospero si avere fornito qualche stimolo per un modo di insegnare più interessante per gli studenti e…

di non avervi annoiato troppo!