ELETTRONE, POMODORI E L’APPROCCIO STORICO ALLA CHIMICA

 

Giorgio Montagnoli

 

Uno dei problemi che più mi affascina nella didattica della Chimica è quello posto dalla convinzione di alcune persone di essere totalmente incapaci di entrare in contatto con questa cultura a causa del suo linguaggio.  Incontro spesso dichiarazioni esplicite di questo tipo, preliminari a tentativi di intervista per l’apertura di un dialogo; talvolta questa convinzione è accompagnata da descrizioni di incidenti didattici precedenti, ma non obbligatoriamente.  C’è stato perfino un caso di una studentessa che ricordava di essere stata dislessica nei suoi primi anni di formazione scolastica, in relazione al fatto di essere stata abbandonata alla nascita, e istituzionalizzata con carenze sociali gravi.  La sua difficoltà era rientrata, anche se con grave profusione di impegno, nella scuola primaria, in seguito all’incontro con genitori adottivi generosi.  Sembrava che la difficoltà di apprendere, anche in termini elementari, linguaggio e concetti basilari della chimica potesse riproporle l’antica difficoltà: il disorientamento nei confronti della Chimica era sostanzialmente vissuto come una mancanza di riferimenti certi nella acquisizione di elementi culturali da correlare, come se il livello molecolare della descrizione non avesse alcun possibile contatto con la realtà sensibile della esperienza quotidiana.

 

Associo questo problema al ricordo che la mia nonna Ninin mi dava della sua nonna Mina, una donna brillante, longeva, ma con una stranezza comportamentale per la cultura agricola dell’appennino ligure-piemontese: non le piacevano i pomodori.  Non li aveva mai mangiati, ma era chiaro che non li avrebbe mai assaggiati.  Così allora mi convinsi che ci potesse essere una proprietà in questi frutti – di cui andavo ghiotto, colti sulla pianta, così inebrianti e dissetanti nell’estate collinare – magari la forma ondulata, o il colore brillante, la buccia liscia e dura, il marcato profumo, che era sbagliata per l’antica nonna contadina.  E di aspetti potenzialmente pericolosi ce ne sono da analizzare nel linguaggio tecnico di cui si ammantano le scienze.  Lo sviluppo di un veicolo rigoroso di espressione dei concetti su cui si basano queste discipline è molto conveniente per operatori esperti, che se ne giovano per una rapida e completa esposizione dei dati comunicati, e per il loro apprezzamento.  Come una delle possibili conseguenze, si realizza il confinamento dei dati stessi in uno spazio per iniziati: un aspetto difensivo del linguaggio, una prevenzione di loro possibili inquinamenti, ma anche un aristocratico senso di individualità, e pertanto di separatezza.

 

Il neofita è davanti ad almeno due scelte limite: essere cooptato nel gruppo degli iniziati in seguito ad una lunga e positiva frequentazione, oppure accettare supinamente un sistema di decodifica chiaro e funzionale, ma sostanzialmente segreto.  Esiste la via dell’intervento educativo, attraverso la didattica.  Qui l’analisi non può essere adeguatamente approfondita, ma è utile almeno introdurre la considerazione che la didattica non può risolversi con l’essere una pura ottimizzazione della comunicazione.  Essa prevede responsabilità rispetto al messaggio comunicato e agli enti tra cui avviene lo scambio: i due aspetti interagiscono in maniera tale che il dato comunicato si modifica sia nella forma che nella sostanza, in maniera che i ruoli di docente e discente non risultano rigidamente fissati, come neppure è unica la direzione dello scambio.  Il problema didattico immediato è posto dal fatto che il linguaggio non può essere appreso se non in relazione alla materia trattata, che peraltro non può essere descritta senza il suo linguaggio: occorre trovare una progressione di apprendimento che porti avanti i due aspetti insieme.  A questo punto però giocano pesantemente alcune ambiguità, dovute ad esempio a discordanza – almeno apparente – tra dato scientifico e senso comune, dovuta eventualmente anche ai linguaggi che ne comunicano i dati.

 

Possiamo rendere più produttivo il discorso esaminando un caso esemplare.  Quando si insegna la facile reazione di ossido-riduzione tra un elemento del primo gruppo del sistema periodico e uno del settimo gruppo, si dice ad esempio che il sodio può perdere il suo unico elettrone dello strato più esterno, diventando uno ione positivo, e il cloro può completare il suo strato mancante di un solo elettrone, quindi lo accetta diventando uno ione negativo.  Qui si evidenzia immediatamente il problema di una perdita che determina la produzione di un qualcosa di positivo, e di un guadagno che porta ad un qualcosa di negativo.  Di regola gli studenti lo evitano per il fatto che sanno che l’elettrone ha carica elettrica di segno negativo, e a questa convinzione si affidano strettamente.  Ho però osservato casi in cui alcuni di loro, quando devono fare passaggi di somme e sottrazioni ripetute, entrano in dubbio sul risultato; in aggiunta, radicare la convinzione che l’elettrone abbia carica elettrica di segno negativo passa a volte attraverso l’assunzione di un carattere negativo per l’elettrone come scelta intrinseca della natura.  A mia opinione, le anomalie riscontrate evidenziano la necessità di esorcizzare la difficoltà che con l’aggiunta di un ente si ottenga qualcosa di negativo.

 

Nell’insegnamento moderno della Chimica si parte dalla considerazione che gli atomi sono composti di particelle, e che il legame tra di loro è dovuto agli elettroni, i quali hanno carica elettrica negativa.  Nella descrizione dell’atomo tutto è coerentemente esprimibile, perché, per rendere l’atomo elettricamente neutro, il nucleo contiene protoni a carica positiva.  Quando però si passa a considerare i problemi dello scambio di elettroni, oppure quelli dell’elettricità come trasporto di elettroni, viene in gioco il segno della carica.  Poniamoci una domanda: può qualsiasi studente che si accosta agli studi molecolari accettare che l’elettrone, l’elemento di scambio o di trasporto, abbia carica negativa, senza implicare che questo va bene perché la Chimica ha le sue regole caratteristiche, che possono essere staccate dalla vita di ogni giorno?  Attraverso questa modalità il dato culturale verrebbe accolto a spese di un danno, e cioè la separazione di una scienza sperimentale come la Chimica dal suo specifico oggetto di indagine, la vita e l’ambiente dove esso avviene.  Al contrario, rovesciando il discorso, si ha chiaro un punto fondamentale nella didattica della Chimica, rappresentato dalla necessità di leggere i suoi eccezionali sviluppi concettuali dentro la realtà di cui vuole presentare un modello interpretativo, e a partire dalla sua natura sperimentale, che si confronta sempre con i problemi, ai quali noi dobbiamo anche dare soluzioni mediante il senso comune.

 

È mia opinione che un rimedio a questa difficoltà si trova automaticamente attraverso un insegnamento che contempli anche lo sviluppo storico delle acquisizioni che hanno fondato il sapere scientifico.  Per l’elettrone basterebbe chiarire che carica positiva o negativa non è una scelta della natura, ma della convenzione adottata per lo scambio: Benjamin Franklin, osservando un fenomeno di elettrostatica per interazione di due sistemi, propose lo scambio di un fluido elettrico fra di loro.  Egli era perfettamente coscio di non conoscere in che direzione avvenisse lo scambio, e ne assunse una, con considerazioni soggettive di probabilità.  Purtroppo la direzione assunta era sbagliata, e accettando che rimanesse la direzione dello scambio, ne è derivato il rovesciamento del segno della carica dell’ente scambiato.  Ironicamente il segno negativo all’elettrone deriva proprio dal fatto che la particella scambiata era stata in origine assunta come positiva.  Non ho il quadro completo dei testi di Chimica, ma per quanti ne ho consultati, ho trovato, accanto alla tradizionale presentazione della Chimica, indicazioni sul suo sviluppo storico solo nel meraviglioso testo di “College Chemistry”, scritto dal due volte premio Nobel Linus Pauling, tradotto e stampato da Longanesi negli anni ’60, e ora non più commercialmente disponibile.

 

Pauling ricorda come il fenomeno fosse noto agli antichi Greci, che sapevano che l’ambra, una resina fossile, strofinata con uno straccio di lana, acquista la proprietà di attrarre oggetti leggeri, ad esempio pezzi di carta.  William Gilbert, medico della regina Elisabetta I, studiò il fenomeno, e a lui si deve il termine “elettrico”, derivato dal nome greco elektron per l’ambra.  Gli studenti si divertono a sentire che elettrico vuol dire ambratico, anche perché sanno che la proprietà non è esclusiva per l’ambra, ma è anche rivelata da altre resine, come la ceralacca.  Due pezzi di resina strofinati con la lana tendono a respingersi: acquistano quindi uno stato particolare, che sviluppa sia repulsione che attrazione (anche la carta è costituita da una macromolecola).  Anche un’altra sostanza,  il vetro, con struttura che ha somiglianza con quella delle resine, può dare lo stesso comportamento se strofinato con un panno di seta: solo che il vetro strofinato non respinge, ma attira un pezzo di resina strofinata. Si parlò di due forme di elettricità, una vetrosa e una resinosa.  Benjamin Franklin assunse che il panno trasferiva il fluido elettrico al vetro, rendendolo carico positivamente.  In quel secolo diciottesimo venne fondata l’elettrostatica, ma non si parlava ancora di quantità discrete di elettricità.  L’ipotesi e il termine di elettrone furono introdotti da G.Johnstone Stoney alla fine del secolo successivo.  J.J.Thompson scoprì l’elettrone agli inizi del nostro secolo, e operando ovviamente all’interno delle convenzioni in precedenza stabilite, trovò che aveva carica negativa.

 

Oggi sappiamo che nell’elettrizzazione del vetro gli elettroni sono trasferiti dal vetro alla seta: lo scambio avviene in direzione opposta a quanto supposto da Franklin.  Il vetro rimane ormai fissato nella sua carica positiva; ma non perché ha guadagnato il fluido elettrico, bensì perché l’ha perso.  Quando un

giovane ha queste informazioni, sa direttamente che la carica dell’elettrone ha segno negativo, senza doverlo accettare attraverso un codice, che è presentato in una sistemazione coerente della scienza chimica, ma rimane per lui segreto.  Comprende in aggiunta un

altro dato fondamentale, e cioè come per svilupparsi una scienza abbia bisogno di aumentare periodicamente le potenzialità del suo linguaggio, e per questo si devono fare assunzioni, che poi sono poste a verifica in tempi successivi, anche molto distanti.  Al momento della verifica il linguaggio è codificato dall’uso, anche con le sue scelte sbagliate, e accettato universalmente. La sua eventuale correzione diventa assolutamente improponibile.

Non è affatto stabilita l’eventualità opposta, e cioè che le scelte fortunate siano sempre utili nella didattica.  Ad esempio quella di Emil Fischer per la configurazione degli enantiomeri della gliceraldeide (fine secolo XIX, la convenzione verrà sistematizzata dall’americano Rosanoff nel 1906).

 

Anche nel suo caso,  egli dovette scegliere tra due possibilità con il 50% di probabilità, per poter fondare la sua rappresentazione sistematica degli zuccheri.  La scelta dava origine alla fortunata divisione dei composti chirali in due classi, originate appunto dalla obbligatoria scelta fra due possibilità strutturali per un centro chirale.  Ne è sorta la determinazione della configurazione relativa, stabilita mediante adatte reazioni di correlazione con i due proposti progenitori.  A metà secolo J.M. Bijvoet, mediante l’impiego di una speciale tecnica di diffusione di raggi X (diffusione anomala), determinò inequivocabilmente la configurazione dell’acido (+)tartarico nel suo sale di sodio e rubidio (pertanto configurazione assoluta, non relativa).  Andando a ritroso dalla configurazione relativa dell’acido usato, risultò che le configurazioni degli enantiomeri della gliceraldeide, fissate arbitrariamente, erano quelle reali.  Ne è venuto di conseguenza che tutte le configurazioni relative assegnate correttamente, mediante le reazioni di correlazione, ai composti otticamente attivi sono diventate anche configurazioni assolute.  Quante volte, davanti al sorriso imbarazzato degli studenti che confessano di non capire la differenza tra configurazione relativa e configurazione assoluta, mi sono chiesto i vantaggi eventuali di una scelta originale sbagliata!

 

Altre scelte sfortunate sono avvenute nella chimica, che non hanno portato però a confusioni nella didattica.  Il padre della terminologia chimica, Antoine-Laurent Lavoisier, dette il nome di generatore di acidi (ossigeno, dal greco) ad un elemento che aveva rinvenuto in vari residui acidi.  Fu Cavendish alcuni anni dopo a mostrare il ruolo dello ione idrogeno nella acidità, e a me piace pensare che Lavoisier, nella sua semplicità e rigore, avrebbe potuto perfino porsi il problema del vantaggio didattico di scambiare il nome fra i due elementi.  Anche se storicamente assurdo (e inutile, per quanto viviamo ai nostri giorni, quando è andato perso il significato originale della denominazione dell’ossigeno), questo ipotetico aggiornamento di terminologia non avrebbe comunque potuto avvenire, poiché nel frattempo Lavoisier era stato ucciso per ghigliottina nel Terrore della Rivoluzione francese, anche se come intellettuale egli vi aveva aderito dagli inizi.  La motivazione dell’esecuzione dipendeva dal suo aver sposato la figlia dell’esattore delle tasse del precedente regime (ed essere stato poi coinvolto in quella attività), avvenimento per altro non senza effetti per la Chimica, perché la moglie devota aveva finanziato i laboratori in cui si erano svolte le fondamentali ricerche sulla combustione: ella stessa è ritratta in antiche stampe nel laboratorio, davanti ad una scrivania, mentre registra i dati sperimentali ottenuti.

 

Per me è automatico collegare questa morte violenta (da parte di un apparato dello Stato, anche se in situazione difficile) con altre, come la fucilazione dell’avvilito Garcia Lorca nella guerra civile spagnola, e pensare che ci sono davvero lati incomprensibili nello sviluppo della attività umana, e insondabili debolezze.  Per altro lato ho la stessa ferma convinzione che non ci siano limiti invalicabili ad avvicinare una cultura, quale appunto quella chimica.  Essa rimane aperta a chiunque, solo che possa trovare la chiave per entrare nel suo linguaggio.  Nei nostri tempi, anche per i successi nelle biotecnologie, ci sono sollecitazioni e richieste forti, volte a fare entrare le conoscenze molecolari a livello del sapere comune.  Rimane aperto il problema della partecipazione emotiva, sentimentale, e, più in generale, dell’intervento dello psichismo dello studente all’atto dell’apprendimento.  In questo contesto però, le difficoltà mostrate da qualcuno non sono dati oggettivi di limitazioni umane, ma piuttosto provocazioni e sfide per trovare ulteriori strade percorribili nella didattica.

 

 

Pubblicato originariamente su Naturalmente, 1993, 6 (1), 35-37.