Vielbein - Relativity and other

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La gomma e la teoria colloidale di inizio XX secolo

Nel XIX e agli inizi del XX secolo, le propriet&agrave; peculiari della gomma costituivano un enigma centrale per i chimici. La sua capacit&agrave; di allungarsi, recuperare la forma e persino riscaldarsi sotto tensione &mdash; come osservato da Gough nel 1805 e quantificato da Joule nel 1859 &mdash; la collocava al di fuori delle leggi della meccanica dei solidi allora conosciute. L&rsquo;analisi di Faraday del 1826 aveva dimostrato che la gomma era un idrocarburo semplice, ma questo non bastava a chiarirne la struttura. In mancanza di modelli molecolari adeguati per spiegarne l&rsquo;elasticit&agrave;, gli studiosi si rivolsero sempre pi&ugrave; alla nascente disciplina della&nbsp;chimica colloidale, nella quale la gomma divenne un caso esemplare.
Il concetto di colloide fu introdotto da Thomas Graham nel 1861 per classificare sostanze amorfe e gelatinose come colla, amido e gomma. Graham contrapponeva i colloidi ai &ldquo;cristalloidi&rdquo; cristallini, osservando che i colloidi diffondevano molto lentamente, non passavano attraverso le membrane e spesso non presentavano una forma molecolare definita. In questa prospettiva, la gomma non era una vera molecola ma un aggregato di unit&agrave; pi&ugrave; piccole o micelle (particella in sospensione, formata da pi&ugrave; molecole tenute insieme da forze di tipo intermolecolare), mantenute insieme da forze deboli. Questa interpretazione appariva plausibile perch&eacute; sembrava accordarsi con il comportamento della gomma in soluzione e con il suo carattere amorfo e non cristallino.
All&rsquo;inizio del Novecento, l&rsquo;interpretazione colloidale della gomma era ormai consolidata. Carl Harries, chimico tedesco, condusse esperimenti di ozonolisi (l'ozonolisi &egrave; una reazione organica in cui l'ozono ossida un alchene) sulla gomma naturale nel primo decennio del XX secolo. I prodotti di degradazione che ottenne lo portarono a proporre che la gomma fosse costituita da unit&agrave; cicliche di dimetilcicloottadiene associate tramite &ldquo;forze di valenza secondaria&rdquo;. Sebbene questa struttura si sarebbe poi rivelata errata, la teoria di Harries rifletteva l&rsquo;assunto dominante secondo cui l&rsquo;elasticit&agrave; della gomma dovesse essere spiegata in termini di associazioni di piccole molecole, e non di catene covalenti continue. La sua proposta fu ampiamente accettata e divenne una delle formulazioni pi&ugrave; autorevoli della visione colloidale della gomma.
L&rsquo;interpretazione colloidale fu sostenuta da una pi&ugrave; ampia &ldquo;scuola colloidale&rdquo;, fiorente nei primi decenni del Novecento. Figure come Wolfgang Ostwald, figlio del Nobel Wilhelm Ostwald, promossero la chimica colloidale come nuovo fondamento per comprendere le sostanze complesse. Per loro, gomma, cellulosa, amido e proteine non erano grandi molecole ma aggregati fisici di molecole pi&ugrave; piccole, le cui propriet&agrave; derivavano dall&rsquo;organizzazione micellare. Allo stesso modo, il chimico dei colloidi H. G. Bungenberg de Jong sottoline&ograve; l&rsquo;importanza delle forze micellari per la stabilit&agrave; colloidale, rafforzando l&rsquo;idea che materiali come la gomma non fossero molecole, bens&igrave; associazioni sopramolecolari.
Perfino studiosi che contestarono alcuni dettagli del modello di Harries continuarono a muoversi entro la cornice colloidale. Samuel Shrowder Pickles nel 1910 sostenne che la gomma fosse costruita dall&rsquo;addizione 1,4 dell&rsquo;isoprene (idrocarburo a cinque atomi di carbonio) &mdash; un passo importante verso la comprensione moderna &mdash; ma poich&eacute; non riusciva a spiegare le estremit&agrave; di catena, propose che le molecole fossero anelli chiusi, ancora una volta in linea con la teoria colloidale. Nel frattempo, riviste specialistiche come la Kolloid-Zeitschrift (fondata nel 1906) pubblicavano regolarmente studi che descrivevano il lattice di gomma come sospensioni di micelle, la cui stabilit&agrave; era attribuita a film protettivi. L&rsquo;elasticit&agrave; stessa veniva interpretata come una propriet&agrave; emergente di queste particelle micellari a struttura &ldquo;mielosa&rdquo;.
Questa scuola colloidale della gomma perdur&ograve; perch&eacute; era coerente con le realt&agrave; scientifiche e industriali del tempo. La gomma si comportava come un gel in soluzione, e la sua lavorazione industriale &mdash; ad es. la vulcanizzazione &mdash; produceva materiali che sembravano sostenere l&rsquo;analogia con i colloidi. Inoltre, mancavano strumenti sperimentali capaci di misurare il peso molecolare o la lunghezza delle catene: tecniche come l&rsquo;ultracentrifugazione, la diffusione della luce e la cristallografia a raggi X sarebbero arrivate solo negli anni Venti. Di conseguenza, la teoria colloidale rimase l&rsquo;interpretazione dominante della gomma per oltre mezzo secolo.
Agli inizi del XX secolo, dunque, la gomma era divenuta il colloide per eccellenza: una sostanza la cui elasticit&agrave;, viscosit&agrave; e anomalie termiche erano comprese come conseguenze dell&rsquo;aggregazione, non della struttura molecolare. Solo negli anni Venti, con l&rsquo;introduzione del concetto di macromolecole da parte di Hermann Staudinger e con le prove cristallografiche di Kurt Meyer e Herman Mark, questa visione sarebbe stata definitivamente superata. Ma fino ad allora, la scuola colloidale rappresent&ograve; l&rsquo;ortodossia scientifica, e la gomma ne fu l&rsquo;esempio pi&ugrave; affascinante.