In che modo si isolò l’ossigeno per la prima volta? Un errore evitato che ha cambiato la storia della scienza

L’ossigeno non è solo il gas che respiriamo: è la chiave che ha trasformato la chimica da arte di fornaci a scienza di bilanci. L’ho imparato in laboratorio, quando la quantità di ossigeno disciolto decide la vita o la morte di un fiume. Ripercorrere la prima isolazione dell’ossigeno significa capire come un esperimento ben controllato – e un errore accuratamente evitato – possano cambiare la storia della scienza e la salute delle persone.

Chi ha scoperto l’ossigeno per primo, e perché c’è ancora dibattito?

L’ossigeno fu isolato da più scienziati tra il 1772 e il 1774, ma nessuno “vinse” da solo. Carl Wilhelm Scheele lo ottenne prima, Joseph Priestley lo pubblicò per primo e Antoine Lavoisier ne spiegò davvero la natura. Per questo, la paternità è condivisa e dipende dal criterio: data dell’esperimento, della pubblicazione o della corretta interpretazione.

Scheele, farmacista svedese, descrisse un’aria “di fuoco” ottenuta scaldando ossidi e nitrati, ma la sua relazione uscì in ritardo. Priestley, ministro e sperimentatore instancabile, nel 1774 riscaldò la “calce di mercurio” (ossido di mercurio) e osservò una fiamma più luminosa e un topo che sopravviveva più a lungo. Lavoisier, informato dai risultati, rilesse tutto con bilanci di massa e mise fine alla vecchia teoria del flogisto, affermando che si trattava di un elemento che alimenta la combustione e la respirazione.

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Come fu isolato per la prima volta l’ossigeno in laboratorio?

L’ossigeno fu isolato scaldando composti che lo rilasciano quando si decompongono. Il metodo più celebre fu il riscaldamento dell’ossido di mercurio (HgO), che liberava un’aria capace di far ardere le candele con vigore. La raccolta del gas avveniva sotto campana, con un sistema pneumatico, per separarlo dall’aria comune.

Priestley usò una potente lente per concentrare la luce solare su HgO, generando goccioline di mercurio e un gas “puro” che ravvivava la combustione. Per evitare dissoluzioni e contaminazioni, molti sperimentatori passarono dalla vasca d’acqua a quella di mercurio, più sicura per conservare il gas senza solubilizzazione. Scheele ottenne lo stesso gas scaldando diversi sali e ossidi; ma le sue lettere rimasero nei cassetti fino a pubblicazione avvenuta. Il riconoscimento internazionale arrivò quando i risultati circolarono nelle accademie europee e alla Royal Society, alimentando un confronto serrato sui “diversi tipi d’aria”.

Quale fu l’“errore evitato” che cambiò l’interpretazione dei fenomeni?

L’errore evitato fu credere che i metalli “perdessero” una sostanza immaginaria (il flogisto) durante la combustione. Lavoisier chiuse i sistemi, pesò reagenti e aria prima e dopo e mostrò che, al contrario, i metalli acquistavano peso combinandosi con una frazione dell’aria: l’ossigeno. Misurare con rigore in recipienti a tenuta impedì gli scambi con l’ambiente e ribaltò il paradigma.

Fino ad allora, le calcificazioni dei metalli in fornace sembravano confermare la fuga di flogisto. Ma erano esperimenti “aperti”, dove entrate e uscite di gas falsavano i bilanci. Con campane e retorti sigillati, Lavoisier registrò un aumento di massa nei prodotti e una diminuzione di una specifica porzione d’aria. Trasformò una narrazione qualitativa in una legge quantitativa: la massa si conserva e la combustione è combinazione con ossigeno. È la lezione che in laboratorio seguiamo ancora: nessuna interpretazione senza un bilancio completo.

Che ruolo ebbero Priestley, Scheele e Lavoisier rispettivamente?

Scheele fu il precursore silenzioso: ottenne l’ossigeno prima e descrisse metodi diversi per generarlo, ma pubblicò tardi. Priestley fu il dimostratore pubblico: mise in scena l’aria che esaltava le fiamme e prolungava la vita degli animali. Lavoisier fu l’interprete rivoluzionario: tolse l’ossigeno dall’ombra della teoria del flogisto e lo pose al centro di una nuova chimica.

Queste traiettorie si intrecciano in modo virtuoso. Senza l’abilità sperimentale di Scheele e la comunicazione instancabile di Priestley, Lavoisier non avrebbe avuto un caso così solido su cui innestare i suoi bilanci. Senza la visione teorica e la pesatura scrupolosa di Lavoisier, l’ossigeno sarebbe rimasto un “tipo d’aria” in più, non la leva che ha messo in moto la chimica moderna.

In che modo la scoperta dell’ossigeno ha trasformato medicina, industria e ambiente?

L’ossigeno ha ridefinito la fisiologia: respirare è scambiare ossigeno e anidride carbonica, non “ventilare” flogisto. Da qui nascono l’ossigenoterapia, la sicurezza nelle anestesie e protocolli di emergenza. L’industria ha imparato a sfruttarlo per accelerare combustioni controllate, dalla siderurgia ai forni ad alta efficienza.

Ma l’impatto più vicino alla mia esperienza è ambientale. La vita dei corsi d’acqua dipende dall’ossigeno disciolto: se scende, aumentano gli odori riduttivi e i pesci soffocano. Nei depuratori, l’aerazione favorisce i batteri “buoni” che abbattono il carico organico. E tutto parte dal cielo e dalle foglie: la Fotosintesi clorofilliana ricarica l’atmosfera di ossigeno mentre fissa la CO2. Monitorare l’ossigeno, in aria e in acqua, è quindi monitorare la resilienza dei nostri ecosistemi.

Quali esperimenti sicuri mostrano oggi le proprietà dell’ossigeno?

Due prove semplici e didascaliche sono lo stecchino incandescente e la decomposizione lenta del perossido. Uno stecchino appena spento si ravviva in un ambiente ricco di ossigeno; è la “firma” della combustione favorita. La liberazione di ossigeno da piccole quantità di H2O2 con lievito evidenzia bollicine visibili e innocue se eseguita in sicurezza.

In ambito educativo, il messaggio è più importante dell’effetto speciale: distinguere aria da ossigeno puro e legare l’osservazione al bilancio di massa. In laboratorio professionale, sensori elettrochimici e ottici misurano l’ossigeno disciolto e in aria con precisione, dando numeri comparabili nel tempo e tra siti diversi.

Perché il nome “ossigeno” è in parte sbagliato?

Lavoisier battezzò l’elemento “ossigeno”, cioè “generatore di acidi”, credendo che tutti gli acidi contenessero ossigeno. L’ipotesi si rivelò parziale: gli acidi alogenidrici, come l’acido cloridrico, non ne hanno. Il nome è rimasto, e ci ricorda che anche i più grandi possono sbagliare: l’importante è costruire metodi che correggono gli errori.

Domande rapide

L’ossigeno nell’aria è costante? No: varia intorno al 20,9% in volume, con fluttuazioni locali e in ambienti confinati.

Qual è la prova “da manuale” per riconoscere l’ossigeno? Uno stecchino incandescente che si ravviva o torna a bruciare in presenza di ossigeno.

Da dove viene l’ossigeno atmosferico? Principalmente dalla fotosintesi delle piante, alghe e cianobatteri.

Perché molti pionieri usavano mercurio nei loro apparati? Per raccogliere gas senza dissoluzione; oggi è evitato per la sua tossicità.

L’ossigeno spiega anche la ruggine? Sì: la corrosione del ferro è un’ossidazione che coinvolge ossigeno e acqua.

Quale legge fisica aiutò a leggere i gas correttamente? Le relazioni pressione-volume e temperatura dei gas, formalizzate anche nella legge nota come rapporto di Boyle-Mariotte.