La teoria del flogisto – Meravigliosamente sbagliata ma fantasticamente fruttuosa

C’è un tipo di sostenitore dell’ateismo gnu e/o dello scientismo che ha un atteggiamento molto bianco e nero sulla definizione di scienza e anche sulla storia della scienza. Per queste persone, e ce ne sono sorprendentemente molte, le teorie o sono giuste, e quindi scientifiche, e aiutano il progresso della scienza o sono sbagliate, e quindi non scientifiche, e ostacolano tale progresso. Naturalmente dal punto di vista dello storico questo atteggiamento o punto di vista è uno che può essere considerato solo con incredulità, come il nostro gnu ateo sostenitore dello scientismo che liquida il geocentrismo, la teoria del flogisto e il lamarckismo come falsi e quindi da gettare nel bidone della spazzatura della storia mentre acclama Copernico, Lavoisier e Darwin come dei della scienza che ci hanno portato fuori dalla valle dell’ignoranza alla luce del pensiero razionale.

Ho già affrontato questa situazione in più di un’occasione, ma come storico della scienza penso che sia una lezione che deve essere ripetuta a intervalli regolari. Poiché è la “Settimana Nazionale della Chimica 2015” dell’American Chemical Society, riesaminerò la Teoria del Flogisto il cui creatore Georg Ernst Stahl nacque il 22 ottobre 1659 ad Ansbach, che si trova nella Media Franconia proprio lungo la strada da dove vivo.

Stahl ebbe una carriera abbastanza convenzionale, studiando medicina all’Università di Jena dal 1679 al 1684. 1687 divenne medico di corte del duca di Sachen-Weimar e nel 1694 fu nominato professore di medicina alla neonata Università di Halle, dove rimase fino al 1715 quando divenne medico personale di Friedrich Wilhelm I, re di Prussia. Stahl, come la maggior parte dei chimici del primo periodo moderno, era un medico professionista, la chimica esisteva solo nel contesto accademico come sottodisciplina della medicina.

Per capire la teoria del flogisto dobbiamo tornare indietro e dare un breve sguardo allo sviluppo della teoria della materia fin dagli antichi greci. Empedocle introdusse la famosa teoria dei quattro elementi, Terra, Acqua, Aria e Fuoco, nel quinto secolo a.C. e questa rimase la teoria di base in Europa fino al primo periodo moderno. Nel nono secolo d.C. Abu Mūsā Jābir ibn Hayyān aggiunse lo zolfo e il mercurio ai quattro elementi come principi, piuttosto che sostanze, per spiegare le caratteristiche dei sette metalli. Nel XVI secolo d.C., Paracelso riprese lo zolfo e il mercurio di al- Jābir aggiungendo il sale come tria prima per spiegare le caratteristiche di tutta la materia. Nel XVII secolo, quando l’influenza di Paracelso era al suo apice, molti alchimisti/chimici adottarono la teoria dei cinque elementi – Terra, Acqua, Zolfo, Mercurio e Sale – lasciando cadere l’aria e il fuoco. Robert Boyle, nel suo The Sceptical Chymist (1661), gettò via sia la teoria greca dei quattro elementi che la tria prima di Paracelso, brancolando verso un concetto più moderno di elemento. Arriviamo ora alle origini della teoria del flogisto.

Il tedesco Johann Joachim Becher (1635-1682), medico e alchimista, era un grande fan di Boyle e delle sue teorie e si recò addirittura a Londra per imparare ai piedi del maestro.

Come Boyle rifiutò sia la teoria greca dei quattro elementi che la tria prima di Paracelso, nella sua Physica Subterranea (1667) sostituendoli con una teoria a due elementi, Terra e Acqua, con l’Aria presente solo come agente di miscelazione dei due. Tuttavia, ha sostanzialmente reintrodotto i tria prima di Paracelso sotto forma di tre diversi tipi di Terra.

• terra fluida o terra mercuriale che dà al materiale le caratteristiche, fluidità, finezza, fugacità, aspetto metallico
• terra pinguis o terra grassa che dà al materiale le caratteristiche oleose, sulfurea e infiammabile
• terra lapidea Terra vetrosa, che dà alla materia la caratteristica fusibilità

Stahl riprese lo schema degli elementi di Becher concentrandosi sulla sua terra pinguis, facendone la sua sostanza centrale e rinominandola flogisto. Nella sua teoria tutte le sostanze che sono infiammabili contengono flogisto, che viene ceduto quando bruciano, la combustione cessa quando il flogisto è esaurito. La dimostrazione classica di ciò fu la combustione del mercurio, che si trasforma in cenere, nella terminologia di Stahl (ossido mercurico nella nostra). Se questa cenere viene riscaldata con carbone di legna, il flogisto viene ripristinato (secondo Stahl) e con esso il mercurio. (Secondo noi il carbone rimuove l’ossigeno ripristinando il mercurio). In una complessa serie di esperimenti Stahl trasformò l’acido solforico in zolfo e viceversa, spiegando i cambiamenti ancora una volta attraverso la rimozione e il ritorno del flogisto. Attraverso l’estensione Stahl, un eccellente chimico sperimentale, fu in grado di spiegare ciò che oggi conosciamo come le reazioni redox e le reazioni acido-base, con la sua teoria del flogisto basata sull’esperimento e sull’osservazione empirica. La teoria del flogisto di Stahl fu quindi la prima spiegazione ‘scientifica’ empiricamente basata su gran parte dei fondamenti della chimica. È un classico esempio di ciò che Thomas Kuhn chiamava un paradigma e Imre Lakatos un programma di ricerca scientifica.

Guardata con il senno di poi la teoria del flogisto è gloriosamente, meravigliosamente e assolutamente sbagliata in tutti i suoi aspetti, il che porta al disprezzo con cui viene vista dal nostro gnu ateo sostenitore dello scientismo, tuttavia si sbaglia a farlo. Preferisco il programma di ricerca scientifica di Lakatos al paradigma di Kuhn proprio perché descrive molto meglio il successo della teoria del flogisto. Per Lakatos è irrilevante che una teoria sia giusta o sbagliata, ciò che conta sono le sue euristiche. Un programma di ricerca scientifica che produce nuovi fatti e fenomeni che rientrano nell’ambito descrittivo del programma ha un’euristica positiva. Uno che produce nuovi fatti e fenomeni che non si adattano ha un’euristica negativa. I programmi di ricerca scientifica hanno contemporaneamente euristiche positive e negative durante la loro esistenza, finché l’euristica positiva supera quella negativa il programma continua ad essere accettato. Questo fu esattamente il caso della teoria del flogisto.

La maggior parte dei chimici europei del XVIII secolo accettò e lavorò nel quadro della teoria del flogisto e produsse una grande quantità di nuove importanti conoscenze chimiche. I più notevoli in questo senso sono i cosiddetti chimici pneumatici, per lo più britannici. Lavorando all’interno della teoria del flogisto Joseph Black (1728-1799), professore di medicina a Edimburgo, isolò e identificò l’anidride carbonica, mentre il suo studente di dottorato Daniel Rutherford (1749-1819) isolò e identificò l’azoto. Lo svedese Carl Wilhelm Scheele (1742-1786) produsse, identificò e studiò l’ossigeno di cui non ha il merito perché, pur essendo stato il primo, ritardò a pubblicare i suoi risultati e fu battuto sul tempo da Joseph Priestley (1733-1804), che aveva scoperto indipendentemente anche l’ossigeno etichettandolo erroneamente come aria deflogistica. Priestley, di gran lunga il più grande dei chimici pneumatici, isolò e identificò almeno altri otto gas, oltre a porre le basi per la scoperta della fotosintesi, forse il suo più grande risultato.

Henry Cavendish (1731-1810) isolò e identificò l’idrogeno, che per un periodo pensò potesse essere in realtà flogisto, prima di andare a fare la scoperta più importante nel quadro della teoria del flogisto, la struttura dell’acqua. Con una serie di esperimenti accurati Cavendish fu in grado di dimostrare che l’acqua non era un elemento ma un composto formato da due misure di flogisto (idrogeno) con una di aria deflogistica (ossigeno). Con lo stesso livello di precisione dimostrò anche che l’aria normale è composta da quattro parti di azoto a una di ossigeno o meglio non proprio. Trovava costantemente qualcosa che non riusciva a identificare presente in un centesimo e ventesimo del volume di azoto. Nel XIX secolo questo sarebbe stato finalmente identificato come il gas argon.

Tutte queste scoperte sono da annoverare all’euristica positiva della teoria del flogisto. Ciò che ha pesato pesantemente sul lato negativo è il fatto che con l’aumento della precisione delle misurazioni nel XVIII secolo si è scoperto che le ceneri, di mercurio per esempio, lasciate dopo la combustione erano più pesanti della sostanza originale che veniva bruciata. Questo era preoccupante perché si supponeva che la combustione fosse il rilascio di flogisto. Alcuni sostenitori della teoria suggerirono addirittura il flogisto negativo per spiegare questa anomalia. Questo suggerimento, che non ha mai preso piede, viene particolarmente deriso oggi, cosa che trovo alquanto strana in un’epoca che ha dovuto accettare l’antimateria e ora si chiede di accettare la materia e l’energia oscura per spiegare le anomalie note nelle teorie attuali.

Ironicamente furono le scoperte dell’ossigeno e della composizione dell’acqua che diedero a Lavoisier i mattoni necessari per smontare la teoria del flogisto e costruire la sua teoria concorrente, che alla fine avrebbe avuto successo e avrebbe messo la teoria del flogisto sul mucchio degli scarti della storia della chimica. Tuttavia non bisogna mai dimenticare che fu proprio questa teoria a fornirgli gli strumenti necessari per farlo. Come ho scritto nel mio sottotitolo, anche una teoria meravigliosamente sbagliata può essere fantasticamente fruttuosa e dovrebbe essere trattata con rispetto se vista con il senno di poi.