André-Marie Ampère, genio universale e primo chimico-teorico moderno

di Vincenzo Villani.

André-Marie Ampère (1775-1836) fu genio universale i cui contributi spaziarono dalla matematica alla fisica, dalla chimica alla biologia, dalla filosofia alla teologia. Oggi è ricordato soprattutto tra i padri dell’elettromagnetismo, tuttavia fu anche il primo chimico-teorico in senso moderno, elaborando una teoria della combinazione chimica (1816), della classificazione degli elementi (1816), della legge dei gas di Boyle-Mariotte (1815) e della relazione tra luce e calore (1832 e 1835). Partendo dai principi della meccanica e dall’ipotesi atomistica della materia, applicando il metodo ipotetico-deduttivo di cui era maestro, ottenne risultati empiricamente controllabili. In questo modo lanciò un ponte tra la fisica e la chimica, inaugurando una linea di ricerca che si è rivelata di grande successo.

In questo lavoro ci occuperemo della formazione di Ampère e delle teorie della combinazione chimica e della legge dei gas.

André-Marie nacque nei pressi di Lione, in un’agiata famiglia borghese, dove fu educato in una solida fede religiosa e secondo gli ideali illuministici. Sin da bambino mostrò una spiccata tendenza al calcolo, interesse per i fenomeni naturali ed una formidabile sete di sapere. Studiò in modo sistematico l’Histoire naturelle di Buffon e l’Encyclopédie di Diderot e d’ Alambert  con tanta attenzione che per tutta la vita fu capace di citarne interi brani a memoria. A sedici anni imparò il latino per accedere ai classici e alle opere di Newton, Euler e Bernoulli. Allora, abbozzò poemi epici, tragedie, odi e tentò di elaborare un nuovo linguaggio universale.

Il giovane André non frequentò mai alcuna scuola. Educato dal padre secondo l’educazione ‘naturale’ teorizzata da Rousseau, divenne professore di liceo, di analisi e meccanica all’Ecole Polytecnique ed infine Accademico di Francia.

Sin da giovane, sapeva trasformare ogni nuovo interesse in una vera passione, in questo modo si avvicinò alla botanica, raccogliendo nei boschi erbe e fiori ed elaborando accurate classificazioni, e alla chimica attraverso la collezione dei minerali.

La sua preparazione informale, lo rese sempre ben disposto a ipotesi ardite: questa tendenza a muoversi fuori dalla scienza accademica, fu alla base della fantasia scientifica, la grande immaginazione che costituisce il suo carattere peculiare, che lo spinse a formulare entità ipotetiche e dedurre dai principi della fisica, teorie innovative anche in chimica.

Nel 1799 sposò Julie Caron, per la quale nutrì delicati sentimenti di cui è rimasta memoria nell’epistolario e nel diario Amorum. Purtroppo, l’idillio fu troncato dalla morte prematura di Julie nel 1804. Da questo momento, i suoi affetti si concentrarono sul figlio Jean-Jacques (1800-1864, storico e letterato) al quale lo unì non solo un profondo sentimento di amore paterno ma anche un forte legame sul piano intellettuale e morale.

A partire dal 1803 nasce il suo interesse per la metafisica e la filosofia in generale: ‘Le idee di Dio e dell’eternità dominano completamente la mia immaginazione’.

Le questioni metafisiche e religiose, costituivano il principale argomento di discussione con gli amici più cari, coi quali fondò nel 1804 la Società cristiana. Inoltre, la chimica ebbe un posto privilegiato e il gruppo di amici si dedicava alla lettura ad alta voce del Traité Élémentaire de Chimie (1789) di Lavoisier.

In questi stessi anni, si applica in campo matematico. Nel 1802 scrive la prima opera che lo rese famoso: ‘Considerazioni sulla teoria matematica del gioco ’. Accanto all’analisi del calcolo delle probabilità, vi è l’impegno civile e morale nel denunciare i danni derivanti all’individuo e alla società dalla diffusione dei giochi d’azzardo. La dimostrazione è di grande attualità: il giocatore incallito è destinato alla rovina sicura! Se poi l’economia di un paese diventa finanza e le contrattazioni di borsa gioco d’azzardo, in pericolo è l’intera società!

Nel 1814 è nominato accademico di Francia nella sezione di geometria: è in questa sede che egli discuterà la maggior parte delle sue scoperte ed esperimenti. Nel 1815 la produzione matematica è molto intensa e finalmente viene nominato professore al Politecnico.

Ampère, il cui disinteresse per gli onori era ben noto, spesso dimenticava di rielaborare in forma scritta le sue scoperte comunicate talvolta solamente in forma orale o epistolare. Accade pertanto che molti risultati da lui trovati, sono generalmente attribuiti ad altri che ebbero il merito di pubblicarli in forma ordinaria. Molti suoi studi ci sono pervenuti attraverso le Lettre, con le quali egli spesso comunicava ai colleghi le sue scoperte, senza preoccupazioni di paternità.

E’ quanto avvenne con il ‘Principio d’Avogadro’ che egli abbozzò sin dal 1809 ma pubblicò solo nel 1815 dietro le insistenze del conte Claude Louis Berthollet (1748 –1822, chimico e scienziato francese):

…a pari pressione e temperatura le particelle di tutti i gas, semplici o composte, saranno situate alla stessa distanza le une dalle altre. In questa supposizione, il numero delle particelle è proporzionale al volume del gas…

Analogamente, Avogadro nel 1811 scriverà:

…volumi uguali di gas, nelle stesse condizioni di temperatura e di pressione, contengono lo stesso numero di molecole.

Sembra che Ampère e Avogadro non si siano mai incontrati ed è verosimile che giunsero al principio in modo del tutto indipendente. Tuttavia, nella biblioteca che fu di Avogadro è stata trovata una copia della Théorie des phénomenès électrodynamiques (1825) di Ampère sul cui frontespizio è scritto a mano ‘A Monsieur Avogadro de la part de l’auteur’.

La teoria della combinazione chimica

Dalla Lettre à Jacques Roux-Bordier (filosofo svizzero) dell’11 marzo 1814, leggiamo:

Le mie conversazioni con il sig. Davy [Sir Humphry Davy (1778-1829) illustre chimico inglese] hanno suscitato in me un grandissimo interesse per la chimica. Per circa due mesi mi sono occupato di un lavoro il cui risultato mi sembra poter aprire in questa scienza un nuovo corso e dare il mezzo di prevedere a priori i rapporti fissi secondo i quali i corpi si combinano, riportando le loro diverse combinazioni a princìpi che sarebbero l’espressione di una legge della natura, la cui scoperta sarà forse, dopo quanto ho fatto la scorsa estate in metafisica, la cosa più importante che abbia concepito in tutta la mia vita. In realtà, la teoria delle combinazioni chimiche è chiara e incontestabile e diventerà tanto comune nelle scienze fisiche quanto le altre teorie generalmente ammesse.

Cos’è questa ‘teoria delle combinazioni chimiche’ che entusiasma tanto Ampère? Egli  si dedicò allo sviluppo di questa teoria geometrico-molecolare sin dal 1809. Tuttavia, essa apparve solo nel ’15 sotto forma di una lunga lettera aperta al Berthollet sul Journal des Mines e ripubblicata nel ’16 sugli Annales de Chimie.

Nel solco di Laplace, Gay-Lussac e Hauy, inaugurò la linea di ricerca tendente ad avvicinare la chimica alla fisica, programma che ha avuto in seguito, nello sviluppo della chimica-fisica, un enorme successo. (… segue …)

Leggi l’articolo completo: Vincenzo Villani, André-Marie Ampère, genio universale e primo chimico-teorico moderno, in Scienze e Ricerche n. 24, 1° marzo 2016, pp. 53-59