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Sparavigna, A. (2016). Specific heat and electronegativity in the talks given by Amedeo Avogadro in the Congress of the Italian Scientists held in Turin in 1840. PHILICA.COM Article number 839.

ISSN 1751-3030  
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Specific heat and electronegativity in the talks given by Amedeo Avogadro in the Congress of the Italian Scientists held in Turin in 1840

Amelia Carolina Sparavignaunconfirmed user (Department of Applied Science and Technology, Politecnico di Torino)

Published in physic.philica.com

Abstract
Here we are discussing the participation of Amedeo Avogadro in the Second Congress of the Italian Scientists, which was held in Turin in 1840. During this conference, he gave three talks concerning the specific heat and the electronegativity. In the talk on the second subject, Avogadro stressed the necessity of a relative scale to determine electronegativity or electropositivity of reagents. (Article in Italian)

Article body


Calore specifico ed elettronegatività nei contributi di Amedeo Avogadro al Congresso degli Scienziati Italiani tenutosi a Torino nel 1840

Amelia Carolina Sparavigna, Politecnico di Torino, Italy

Riassunto In questo articolo discutiamo la partecipazione di Amedeo Avogadro al Secondo Congresso degli Scienziati Italiani che si tenne a Torino nel 1840. Durante la conferenza, Avogadro presentò tre comunicazioni su calore specifico ed elettronegatività. Nella comunicazione sul secondo argomento, Avogadro rimarcò in particolare la necessità di una scala relativa per determinare elettronegatività o elettropositività dei reagenti.

                 

Introduzione Amedeo Avogadro è uno scienziato universalmente noto per il suo principio che egli formulò nel 1811 e per la costante, detta costante di Avogadro, ad esso collegata. Avogadro affermò per primo che un gas è un insieme di molecole, che possono essere monoatomiche o poliatomiche, e che, nelle medesime condizioni di temperatura e pressione, volumi uguali di gas diversi contengono lo stesso numero di molecole.

Avogadro, che passo quasi tutta la sua vita a Torino,  era una persona molto riservata [1] e poco si sa della sua vita privata e dei suoi viaggi e spostamenti, che appaiono essere avvenuti solo tra Torino e Vercelli. Sono invece tutti noti i suoi lavori scientifici, sia pubblicati a stampa che  manoscritti. A proposito di questi lavori, vogliamo qui discutere la partecipazione di Avogadro al Secondo Congresso degli Scienziati Italiani che si tenne a Torino nel 1840. Durante la conferenza, Avogadro presentò tre comunicazioni; due erano sul calore specifico ed una sulla elettronegatività. Nella comunicazione sul secondo argomento, Avogadro rimarcò in particolare la necessità di una scala relativa per determinare elettronegatività o elettropositività dei reagenti.

I congressi degli Scienziati Italiani Già prima dell'Unità d'Italia, alcuni congressi di studiosi italiani si tennero tra il 1839 ed il 1847 in vari centri della penisola. I primi congressi nacquero da proposte e suggerimenti di alcuni studiosi, in particolare del matematico inglese Charles Babbage, e dall'attivismo intellettuale di Carlo Luciano Bonaparte [2,3]. Questi congressi andarono col tempo ad assume anche un ruolo politico, in senso unitario e nazionale.

Come ci dice Casini nel suo articolo [2], fin dal 1828 Babbage, viaggiando in Italia e in Germania ed avendo diversi contatti con uomini di scienza del continente, ne notò l’isolamento e pensò ad un progetto per far nascere una accademia europea. L’iniziativa di Babbage diede frutti solo un decennio più tardi, grazie a Carlo Luciano Bonaparte, principe di Canino e di Musignano, nipote di Napoleone e zoologo di fama internazionale, che convinse il granduca di Toscana a ospitare a Pisa nel 1839 la prima grande Riunione degli Scienziati Italiani [4].

Al primo congresso c’erano i promotori e 421 intervenuti, pochi per via del divieto di recarsi a Pisa imposto ai loro cittadini da diversi sovrani di vari stati della penisola [4]. Tra di essi non c'è Amedeo Avogadro, che però troviamo al congresso di Torino dell'anno successivo [5]. La scelta di Torino per il secondo congresso è dovuta ad una ‘alzata d'ingegno’ di Carlo Luciano Bonaparte, che, appena aperto il congresso di Pisa, annunciò che la sede della riunione successiva sarebbe stata la città sabauda [6]. Questo suscitò malumori e proteste; ma un corriere inviato prontamente a Torino per chiedere al re di Sardegna il permesso, costrinse l'assemblea a ratificare la decisione del Bonaparte.

Il congresso di Torino del 1840 La seconda riunione si svolse quindi a Torino dal 16 al 30 settembre 1840. Intervennero  in 573. Fra i deputati a coordinare i lavori delle sezioni scientifiche c'erano anche, tra gli altri, Giovanni Plana e Amedeo Avogadro. La presenza estera comprendeva, fra gli altri, il fisico Auguste-Arthur de La Rive e il matematico Charles Babbage, la cui macchina analitica suscitò gli entusiasmi di Fabrizio Ottavio Mossotti e del giovane Luigi Federico Menabrea. Menabrea scrisse sulla macchina di Babbage una relazione che venne tradotta in Inglese da Ada Lovelace [7]. Per i partecipanti al congresso, furono organizzate gite a Superga, Stupinigi e a Moncalieri ed un caffè concerto in Piazza San Carlo, illuminata a festa, con i musicisti della Filarmonica.

Il primo contributo di Avogadro Vediamo i contributi di Avogadro a questo congresso [8]. Nell'Adunanza del 21 Settembre la seconda lettura è di Avogadro ed è fatta “sulla legge da lui stabilita che i calori specifici dei gas composti, ritenuti sotto volume costante, comparati a quelli d’un egual volume d’aria o di un gas semplice sotto la stessa temperatura e pressione sono espressi dalla radice quadrata della somma dei numeri interi e frazionari dei volumi dei gas semplici. Questa legge è da lui comprovata cogli esempi del gas acido carbonico, del gas oleifico, del gas ossido carbonico, dell’ossido d’azoto, del vapore acqueo, sui quali gas la formula”, dice Avogadro, fornisce risultamenti conformi alle esperienze di Dulong e di De la Rive. “Ricordata poi la priorità d’aver annunziato il principio che i gas semplici a volumi eguali e sotto eguali pressioni contengono un egual numero d’atomi, fa sentire l'importanza di questo principio per determinare il peso degli atomi che concorrono alla formazione dei gas e delle altre sostanze, togliendo l'indecisione che ancor rimane, impiegando i soli dati che fornisce la chimica: e dopo aver accennato alcune applicazioni da lui fatte in altre occasioni ai corpi solidi e liquidi (colle debite restrizioni) invita i fisici ad applicarsi al perfezionamento d’una teoria che è così strettamente collegata coi punti più importanti della fisica e della chimica.” [8]

Avogadro parla di gas semplici. All’epoca, la produzione di gas poteva dare un gas semplice, per esempio un gas di ossigeno puro o di idrogeno puro, oppure un gas complesso, cioè una miscela di un gas con vapore acqueo e con altri gas e vapori [9].

Per capire meglio la legge enunziata dall'Avogadro al congresso, usiamo quanto detto in [10]: "… chiamando c il calore specifico del composto, c', c", ecc. quelli de' suoi componenti a volume uguale, e p', p", ecc. il numero intero o frazionario delle molecole, o dei volumi di questi ultimi che concorrono a formare  una molecola  od un volume del composto, si ha che   c2 = p'c'2 + p"c"2 + ecc.", come dice Avogadro nelle sue memorie degli studi sul calore specifico, estese anche a liquidi e solidi [11]. Bisogna dar merito all’Avogadro di avere per primo pensato a una possibile relazione tra il calore specifico dei gas composti e il calore specifico dei loro costituenti [10].

Il secondo contributo sulla legge di Dulong e Petit Nell'adunanza del 22 Settembre, si comincia colla lettura del verbale della Seduta precedente. La seconda lettura è di nuovo di Avogadro che ripete la nota del giorno precedente in Francese, siccome quella “si riferiva ai lavori fatti dai signori Marcet e De la Rive qui presente: e versa principalmente sull’anomalia che presenta il carbonio rispetto alla legge del calorico specifico delle sostanze semplici trovate da Dulong e Le Petit. Soggiunge il sig. De la Rive dichiarando che nemmeno egli e il sig. Marcet erano pienamente soddisfatti del loro lavoro rispettivamente al carbonio, e che secondo essi le maggiori difficoltà di queste esperienze consistono nel ben determinare la temperatura delle sostanze sottoposte a prove; asserendo per altro che essi avevano posta ogni diligenza per impiegare un metodo con cui questa temperatura fosse bene stabilita. Convenendo poi anche il sig. De la Rive dell’importanza di siffatti determinazioni, principalmente rispetto al carbonio e al gas idrogeno carburato, e alla parte che nei risultamenti può avere l’isomerismo, tributa al sig. Avogadro gli elogi che questi colle sue ricerche si è ben meritati.”

Il calore specifico era un argomento che attirava molto Avogadro, tanto che su di esso ci tornava più volte a lavorare. Perucca, in [3], ci segnala che Avogadro aveva misurato il calore  specifico del carbonio molto prima di Regnault ottenendo risultati in accordo con quelli di quest’ultimo.

Nei primi anni dell'Ottocento, si hanno a disposizione i risultati delle ricerche del chimico Pierre Louis Dulong (1785-1838) e del fisico Alexis Thérèse Petit (1791-1820). Nel 1819, Dulong e Petit pubblicarono le loro ricerche esponendo diversi dati di calori specifici e una regola empirica che lega i calori specifici ai pesi atomici dei corpi [12]. A tale regola, Dulong e Petit arrivarono grazie ad alcune considerazioni basate su leggi relative alle proporzioni dei composti chimici, avendo in mente di suffragare con le loro osservazioni la teoria corpuscolare del calore. Dulong e Petit quindi, oltre a calcolare i calori specifici di molti corpi, formularono una legge che porta al "calore atomico".

Secondo Dulong e Petit il calore atomico dovrebbe avere valore costante per tutti gli elementi allo stato solido; “e in realtà, a temperature ordinarie, il calore atomico degli elementi solidi, escluse poche eccezioni (carbonio, silicio, boro), ha un valore prossimo a 6 calorie/gradi.” [13]. Il carbonio era quindi una di queste eccezioni, che Avogadro e De la Rive ben conoscevano per averne misurato il calore atomico, molto diverso dal valore atteso di 6 calorie/gradi; infatti, se a temperatura ambiente e pressione atmosferica, il calore atomico dell’Alluminio è di circa 5.8 calorie/gradi, quello del carbonio è di 1.5 calorie/gradi. Queste anomalie vengono dal fatto che, all’epoca, ci si limitava ai dati a temperatura ambiente. Se andiamo a temperature molto più alte, anche per il carbonio si raggiunge il valore di Dulong e Petit. Il modello di Debye, sviluppato da Peter Debye nel 1912 [14], per valutare il contributo dei quanti della vibrazione termica del reticolo (fononi) al calore specifico di un solido, mostrerà infatti che esso a bassa temperatura è proporzionale a T3, mentre  fornisce ad alta temperatura il valore previsto dal modello di Dulong-Petit.

L’elettronegatività di Avogadro Il giorno 28 settembre, Avogadro partecipa alla sezione di chimica. “Legge pel primo il sig. Cavaliere Avogadro una sua nota sui diversi gradi della facoltà elettronegativa ed elettropositiva dei corpi semplici. In continuazione d’una sua interessante Memoria sui calorici specifici letta alla Sezione di fisica, esso si propone di trattare particolarmente in questa nota di quella qualità elettropositiva ed elettronegativa delle sostanze semplici, che unita alla massa del loro atomo forma la base della teoria molecolare. Egli è d’avviso che tale qualità debba pur prendersi in considerazione nella teoria delle sostituzioni. La teoria dei signori Dumas e Laurent tenderebbe ad escludere la diversità caratteristica delle sostanze positive o negative nelle proprietà dei loro composti, ma questa opinione non è adottata da Berzelius perché sembra ad esso contraddittoria alla proprietà dei corpi elementari, i quali nelle loro combinazioni danno in generale ai composti proprietà acide od alcaline. Il Cav. Avogadro fa osservare che se talvolta v’ha anomalia a tale riguardo in queste combinazioni, ciò dipende dalla massa degli atomi dei componenti e dalla maniera con cui sono riuniti, la quale impedisce il composto di manifestare su i reattivi, per cui si giudica dell’acidità od alcalinità di un corpo, le proprietà che gli apparterrebbero in riguardo al peso ed alla qualità dei componenti, onde risulta uno stato di neutralità apparente da distinguersi dalla vera neutralità. Egli perciò crede potersi stabilire una scala in cui si assegni un certo punto di neutralità vera e la distanza a cui si trovano i diversi corpi al di sopra o al di sotto di esso, cioè il grado della loro proprietà acida od alcalina, e parte dal principio che il potere neutralizzante di un corpo agisce in ragione della sua intensità e della sua massa, come opinava Berthollet. Così dalla quantità in peso di due sostanze che si neutralizzano si potrà dedurre quale sia la loro intensità elettropositiva od elettronegativa prendendo una media tra un gran numero di composti, e qui adduce alcuni esempi di questi suoi principii applicandoli alle conosciute combinazioni di vari corpi semplici. Egli trova in tal modo pel cloro il poter negativo 0,15 di quello dell’ossigeno, e fa osservare che entrando esso per un doppio atomo nelle corrispondenti sue combinazioni relativamente a quelle dell’ossigeno, ne deriverebbe che se si avesse a portare il poter negativo del cloro al quarto di quel dell’ossigeno, esso vi eserciterebbe un potere di questo più elettronegativo, il che non potrebbe ammettersi.”

Da queste parole si vede che Avogadro aveva elaborato una concezione elettrica dell'alcalinità e della acidità delle sostanze, due proprietà fondamentali per le reazioni chimiche. Sosteneva quindi  che acidità e basicità dovevano essere considerate in base allo stato elettrico relativo delle molecole. Concludiamo notando come l'elettronegatività, vista in modo moderno come la misura relativa della capacità di un atomo di attrarre elettroni, è un concetto introdotto nel 1932 da Linus  Pauling, che propose la scala di elettronegatività che porta il suo nome. In effetti, l’idea che fosse necessaria una scala relativa basata sulle proprietà elettriche, per capire le reazioni chimiche, è ben precedente ed attribuibile ad Avogadro.

 

References

[1] Perucca, E. (1957). La vita e l’opera di Amedeo Avogadro. Il Nuovo Cimento Series 10, 6(1), 10-27.

[2] Casini, P. (2011). Scienziati italiani a congresso prima dell'Unità d'Italia. Su Treccani.it del 14/4/2011

[3] Aa. Vv. (2016). Congresses of Italian scientists, al sito museogalileo.it.

[4] http://mostre.museogalileo.it/congressiscienziati/congressi/1839Pisa.html

[5] Aa. Vv. (1839). Il congresso di Pisa. Lettere di Gottardo Calvi,  Milano, A. F. Stella.

[6] http://mostre.museogalileo.it/congressiscienziati/congressi/1840Torino.html

[7] Sparavigna, A. C. (2016). Bernoulli Numbers: from Ada Lovelace to the Debye Functions. HAL preprint hal-01327426 

[8] Aa. Vv. (1841). Atti della seconda riunione degli scienziati italiani tenuta a Torino nel settembre del 1840. Torino, Tipografia Cassone e Marzorati.

[9] Giuntini, A. (2011). Alla ricerca di un modello nella storia del gas in Italia dalle prime sperienza del XIX secolo fino alla nascita delle multiutilities. Quaderns d’Historia de l’Enginyeria, XII, 201-225

[10] Cappelletti, V., & Alippi Cappelletti, M. (1962). Avogadro di Quaregna, Amedeo. In Dizionario Biografico degli Italiani - Volume 4 (1962). Available at Treccani.

[11] Avogadro, A. (1833). Mémoire sur les Chaleurs spécifiques des corps solides et liquids. Annales de chimie et de physique. 80-112. Paris, 1833.

[12] Dulong, P. L., & Petit, A. T. (1819). Recherches sur quelques points importants de la théorie de la chaleur, Ann. De Chimie et de Physique.

[13] Fermi, E. (1930). Atomico, calore, in Enciclopedia Italiana. Treccani.

[14] Debye, P. (1912). Zur Theorie der spezifischen Warmen, Annalen der Physik 39(4), 789.

 

 

 


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This Article was published on 22nd October, 2016 at 17:28:08 and has been viewed 759 times.

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Sparavigna, A. (2016). Specific heat and electronegativity in the talks given by Amedeo Avogadro in the Congress of the Italian Scientists held in Turin in 1840. PHILICA.COM Article number 839.


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