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LE PRINCIPALI SCOPERTE SCIENTIFICHE
Legge di Boyle-Mariotte. Storia ed essenza della scoperta scientifica
Elenco / Le scoperte scientifiche più importanti La ricerca del grande scienziato inglese Boyle gettò le basi per la nascita di una nuova scienza chimica. Ha individuato la chimica come scienza indipendente e ha mostrato che ha i suoi problemi, i suoi compiti, che devono essere risolti con metodi propri, diversi dalla medicina. Sistematizzando numerose reazioni di colore e reazioni di precipitazione, Boyle ha gettato le basi per la chimica analitica. Divenne anche l'autore di una delle prime leggi della nascente scienza fisica e chimica. Robert Boyle (1627-1691) era il tredicesimo di quattordici figli di Richard Boyle, il primo duca di Cork, un feroce e fortunato cacciatore di denaro che visse al tempo della regina Elisabetta e moltiplicò le sue terre con il sequestro di terre straniere. È nato a Lismore Castle, una delle tenute irlandesi di suo padre. Lì Robert ha trascorso la sua infanzia. Ha ricevuto un'eccellente educazione domestica e all'età di otto anni è diventato uno studente alla Eton University. Lì ha studiato per quattro anni, dopodiché è partito per la nuova tenuta di suo padre, Stolbridge. Come era consuetudine all'epoca, all'età di dodici anni, Robert e suo fratello furono mandati in viaggio in Europa. Decise di continuare la sua formazione in Svizzera e in Italia e vi rimase per sei lunghi anni. Boyle tornò in Inghilterra solo nel 1644, dopo la morte del padre, che gli lasciò una notevole fortuna. A Stallbridge aprì un laboratorio, dove alla fine del 1645 iniziò le ricerche in fisica, chimica e chimica agraria. A Boyle piaceva lavorare su più questioni contemporaneamente. Di solito spiegava in dettaglio agli assistenti cosa dovevano fare per la giornata, e poi si ritirava in ufficio, dove lo aspettava la segretaria. Lì dettò i suoi trattati filosofici. Uno scienziato enciclopedico, Boyle, che si occupava di problemi di biologia, medicina, fisica e chimica, mostrò non meno interesse per la filosofia, la teologia e la linguistica. Boyle attribuiva un'importanza fondamentale alla ricerca di laboratorio. I più interessanti e vari furono i suoi esperimenti di chimica. Credeva che la chimica, derivata dall'alchimia e dalla medicina, potesse diventare una scienza indipendente. All'inizio, Boyle era impegnato nell'ottenere infusi da fiori, erbe medicinali, licheni, cortecce d'albero e radici di piante. Il più interessante era l'infuso di porpora ottenuto dal lichene tornasole. Gli acidi hanno cambiato il suo colore in rosso e gli alcali in blu. Boyle ordinò che la carta fosse imbevuta di questa infusione e poi asciugata. Un pezzo di tale carta, immerso nella soluzione di prova, cambiava colore e mostrava se la soluzione era acida o alcalina. Era una delle prime sostanze che Boyle chiamava già indicatori. Uno scienziato attento non poteva ignorare un'altra proprietà delle soluzioni: quando un po 'di acido cloridrico veniva aggiunto a una soluzione di argento in acido nitrico, si formava un precipitato bianco, che Boyle chiamava "luna della cornea" (cloruro d'argento). Se questo precipitato veniva lasciato in un recipiente aperto, diventava nero. È stata una reazione analitica, che ha dimostrato in modo affidabile che la sostanza in studio contiene la "luna" (argento). Il giovane scienziato continuò a dubitare della capacità analitica universale del fuoco e cercò altri mezzi di analisi. I suoi molti anni di ricerca hanno dimostrato che quando le sostanze sono influenzate da determinati reagenti, possono decomporsi in composti più semplici. Utilizzando reazioni specifiche, è stato possibile determinare questi composti. Alcune sostanze formavano precipitati colorati, altre emettevano un gas con un odore caratteristico, altre davano soluzioni colorate, ecc. Boyle chiamava i processi di decomposizione delle sostanze e l'identificazione dei prodotti risultanti mediante analisi delle reazioni caratteristiche. Fu un nuovo modo di lavorare che diede impulso allo sviluppo della chimica analitica. Nel 1654, lo scienziato si trasferì a Oxford, dove continuò i suoi esperimenti con un assistente, Wilhelm Gomberg. La ricerca si è ridotta a un unico obiettivo: sistematizzare le sostanze e dividerle in gruppi in base alle loro proprietà. Dopo Gomberg, il giovane fisico Robert Hooke divenne il suo assistente. Hanno dedicato la loro ricerca principalmente ai gas e allo sviluppo della teoria corpuscolare. Avendo appreso dalle pubblicazioni scientifiche sul lavoro del fisico tedesco Otto Guericke, Boyle decise di ripetere i suoi esperimenti e a tale scopo inventò il progetto originale di una pompa ad aria. Il primo esempio di questa macchina è stato costruito con l'aiuto di Hooke. I ricercatori sono stati in grado di rimuovere quasi completamente l'aria con una pompa. Tuttavia, tutti i tentativi di provare la presenza di etere in un recipiente vuoto sono rimasti vani. "Non c'è etere", concluse Boyle. Decise di chiamare lo spazio vuoto vuoto, che in latino significa "vuoto". Nel 1660, nella sua tenuta, Boyle completò il suo primo grande lavoro scientifico: "Nuovi esperimenti fisico-meccanici riguardanti il \uXNUMXb\uXNUMXbpeso dell'aria e le sue manifestazioni". Il libro successivo fu The Skeptic Chemist. In questi libri, Boyle non ha lasciato nulla di intentato dalla dottrina di Aristotele dei quattro elementi, che esisteva da quasi duemila anni, "l'etere" di Descartes ei tre principi alchemici. Naturalmente quest'opera provocò aspri attacchi da parte dei seguaci di Aristotele e dei certosini. Tuttavia, Boyle ha fatto affidamento sull'esperienza in esso, e quindi la sua prova era innegabile. La maggior parte degli scienziati - seguaci della teoria corpuscolare - accettò con entusiasmo le idee di Boyle. Anche molti dei suoi oppositori ideologici furono costretti a riconoscere le scoperte dello scienziato. Il giovane fisico Richard Townley diventa il suo nuovo assistente nel laboratorio di Oxford. Insieme a lui Boyle scoprì una delle leggi fondamentali della fisica, stabilendo che la variazione del volume di un gas è inversamente proporzionale alla variazione della pressione. Ciò significava che, conoscendo la variazione del volume della nave, era possibile calcolare con precisione la variazione della pressione del gas. Questa scoperta è stata la più grande scoperta del 1662° secolo. Boyle lo descrisse per la prima volta nel XNUMX ("In difesa della dottrina dell'elasticità e del peso dell'aria") e lo definì modestamente un'ipotesi. Il concetto di elasticità dell'aria, che corrisponde all'attuale concetto di pressione, è stato determinante nei progetti e nella realizzazione degli esperimenti di Boyle. «L'elasticità dell'aria», scrive Gliozzi, «è stata dimostrata Pasquale in un esperimento ripetuto dall'Academy of Experiments e Guericke. Una bolla d'aria si gonfia quando viene collocata in una camera barometrica o in un serbatoio sottovuoto. L'esperimento di Guericke con due vasi comunicanti testimoniava anche l'elasticità dell'aria. "Notiamo tra l'altro che la teoria dell'elasticità è nata dagli esperimenti descritti con l'aria. Questo termine, introdotto da Pekke nel 1651, è stato ampiamente utilizzato da Boyle, che fece anche i primi studi sull'elasticità dei solidi. Contro tale intesa prese le armi Francesco Lino (1595-1675), che in sostanza difese le idee avanzate da Fabry, nonché Mersenne, che tentò di attribuire l'effetto Torricelli e l'aspirazione dell'acqua da parte di una pompa all'adesione di " uncinate" particelle di acqua e aria che si scontrano tra loro. Nella sua opera "Su un esperimento con il mercurio nei tubi di vetro...", pubblicata nel 1660, Lino osserva che se si abbassa un tubo aperto ad entrambe le estremità nel mercurio, quindi si copre l'estremità superiore con il dito e si tira parzialmente il tubo dal mercurio, allora si sente che il polpastrello del dito viene attirato nel tubo. Questa attrazione, sostiene ancora Lino, non testimonia la pressione atmosferica esterna, ma una forza interna dovuta a fili invisibili ("funicoli") di sostanza materiale, attaccati a un'estremità a un dito e all'altra a una colonna di mercurio. Ora tali idee suscitano solo un sorriso, ma poi avevano bisogno di una seria considerazione, cosa che Boyle ha fatto nel suo lavoro "Difesa contro Lino", dove mira a dimostrare che l'elasticità dell'aria è capace di qualcosa di più che semplicemente trattenere la "colonna torricelliana". Boyle descrive molto dettagliatamente la sua ricerca: "Abbiamo preso un lungo tubo di vetro, che, con una mano abile, con l'aiuto di una lampada, è stato piegato in modo tale che la parte piegata verso l'alto fosse quasi parallela al resto. Il foro in questo gomito più corto ... era sigillato ermeticamente Il gomito corto diviso per tutta la sua lunghezza in pollici (ciascuno dei quali è anche diviso in otto parti) per mezzo di una striscia di carta con delle divisioni stampate su di essa, che è stata accuratamente incollata il tubo. La stessa striscia di carta era incollata al ginocchio lungo. Quindi "il mercurio veniva versato nel tubo in quantità tale da riempire la parte semicircolare o curva del sifone" e si trovava allo stesso livello in entrambe le ginocchia. "Quando questo è stato fatto, abbiamo iniziato ad aggiungere mercurio alla gamba lunga ... fino a quando l'aria nella gamba corta è stata ridotta dalla compressione in modo che occupasse solo la metà del volume originale ... Abbiamo tenuto gli occhi sulla gamba più lunga del tubo... e abbiamo notato che il mercurio in questo gomito più lungo era 29 pollici più alto che nell'altro." Riassumendo questi esperimenti, Boyle ha osservato: "Quando l'aria era così compressa da essere condensata in un volume che era un quarto dell'originale, abbiamo provato quanto fredda l'aria del panno di lino inumidito con acqua avrebbe addensato l'aria. E a volte sembrava che l'aria fosse alquanto compressa ma non tanto da poterne trarre conclusioni. Poi abbiamo anche provato se il caldo avrebbe... azione rispetto al freddo precedente." È interessante notare che non è stato Boyle a trarre le conclusioni dagli studi, ma Townley. Boyle fa notare che Richard Townley, leggendo la prima edizione del suo lavoro "New Physico-Mechanical Experiments Concerning the Elasticity of Air", ipotizzò che "pressioni ed estensioni sono inversamente proporzionali l'una all'altra". Ya.G. Scrive Dorfman: "Quindici anni dopo la pubblicazione di questi studi di Boyle, cioè nel 1679, apparve in Francia "Speech on the Nature of Air" dell'abate Edme Mariotte, in cui, insieme ad altre domande, esperimenti simili a quelli di Boyle sullo studio del sono stati descritti i rapporti tra la pressione dell'aria e il volume occupato. Mariotte non cita in una parola il suo predecessore, come se fosse completamente all'oscuro del lavoro di Boyle sulla pneumatica. Nel frattempo, le opere di Boyle erano ampiamente conosciute: furono pubblicate in latino e inglese. Mariotte, però, non dimenticò per la prima volta di citare il suo predecessore, perché allo stesso modo, nel 1673, in un'opera sulle collisioni, non disse una parola sull'opera Huygens, mutuando da quest'ultimo non solo la metodologia dell'esperimento, ma anche i fondamenti della teoria. Il lavoro di Mariotte è significativamente inferiore a quello di Boyle per quanto riguarda la completezza dell'esperimento. Boyle, come abbiamo visto, misura le altezze della colonna di mercurio a sedici di pollice, confronta i valori effettivi osservati con i calcoli, e segnala l'inevitabile errore nelle misurazioni. Mariotte misura le altezze della colonna di mercurio in pollici interi e si limita a riferire che i dati sperimentali sono in stretto accordo con quelli calcolati. Cauto e critico, Boyle chiama la legge che ha scoperto solo un'"ipotesi" che richiede una conferma sperimentale. Mariotte la proclama legge o regola di natura. Quindi, in tutta onestà, la "legge di Boyle-Mariotte" dovrebbe essere chiamata "legge di Boyle-Townley" o "Boyle-Townley-Hooke". Purtroppo, a volte nei corsi di fisica si afferma erroneamente che Mariotte ha "affinato" la ricerca di Boyle, il che è completamente falso. Tuttavia, fu Mariotte (1620–1684) a predire le varie applicazioni della legge. Di questi, il più importante era il calcolo dell'altezza di un luogo dai dati del barometro. Il calcolo, che si effettuava operando con quantità infinitesime, portò al fallimento a causa della scarsa preparazione matematica dello scienziato. Successivamente, nel 1686, l'astronomo inglese Edmond Halley (1656–1742) affrontò il problema della determinazione dell'altitudine dalla pressione atmosferica. È noto alla maggior parte dei lettori dalla cometa che ha scoperto, che porta il suo nome. Quindi, Halley ha trovato una formula che è essenzialmente corretta, se non si tiene conto delle variazioni di temperatura. L'essenza della formula di Halley si riduceva all'affermazione che all'aumentare dell'altitudine in una progressione aritmetica, la pressione atmosferica diminuisce in modo esponenziale. Autore: Samin D.K.
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