Le prime teorie che tentavano di spiegare il comportamento della materia risalgono ai filosofi greci (si pensi all'atomismo di Democrito), per i quali la scienza e la religione erano ben distinte. In seguito gli influssi arabi ed egiziani sulla cultura greca portarono alla nascita dell'alchimia, un'antica pratica protoscientifica che combinava elementi di chimica, fisica, astrologia, arte, semiotica, metallurgia, medicina e religione.
La storia della chimica intesa come scienza sperimentale ha inizio solo nel XVII secolo, quando si cominciò ad analizzare con metodo scientifico la materia e le sue trasformazioni, allontanandosi dall'essere una delle branche dell'alchimia e prendendo una diversa applicazione.
Le origini I Greci furono i primi ad aver studiato quella che oggi viene detta chimica teorica. Talete (640-546 a.C.) fu il primo a porsi il problema della genesi della materia, ipotizzando l'esistenza di un elemento di base che costituisse tutte le sostanze e che permetteva la loro trasformazione. Per lui tale elemento era l'acqua, poiché sembrava essere quella presente in maggior quantità nella terra e permetteva l'esistenza degli esseri viventi, inoltre, era l'unica sostanza che rimaneva se stessa in tutte le trasformazioni. Da esso si sviluppa tutto un filone di pensiero "la Scuola di Mileto" che coinvolse altri filosofi greci, i quali stabilirono elementi, altrettanto importanti, alla base della costruzione dell'universo. Contrario all'acqua come elemento base fu Anassimene, affermando verso il 570 a.C., che l'aria fosse l'elemento dell'universo poiché consentiva di vivere e compressa si trasformava in sostanze più dense. Dall'altra parte, secondo il filosofo Eraclito (570-475 a.C.) ciò che dava vita alla trasformazione della materia era il fuoco, sempre mutevole e in movimento. Di fronte all'impossibilità di scegliere tra le alternative proposte dai filosofi, Empedocle (490-430 a.C.), il più importanti tra i seguaci dell'insegnamento di Pitagora, trovò una soluzione di compromesso che stabiliva che non vi era un solo elemento ma quattro: l'Acqua, l'Aria, il Fuoco e la Terra, aggiunta dallo stesso Empedocle, il quale la considerava come substrato delle sostanze.
Nacque così una visione della materia fondata su quattro elementi; era una visione qualitativa formata sulla concretezza della materia e sulle proprietà degli elementi visibili e tangibili. Lo stesso Aristotele (384-322 a.C.) accettò tale visione aggiungendo un quinto elemento, l'Etere, che significa brillare, e che corrisponde al firmamento. Egli considerava gli elementi come combinazioni di due coppie di caratteri opposti e ciascun elemento aveva proprietà congenita (Fuoco: caldo-asciutto; Aria: caldo-bagnato; Terra: freddo-asciutto; Acqua: freddo-bagnato). Tra i filosofi greci nacque un'altra importantissima questione, ovvero quella relativa alla divisibilità della materia. Democrito (460-370 a.C.), contrario alla Scuola di Mileto, mise in dubbio l'infinita divisibilità della materia e chiamò Atomos (cioè indivisibili) le particelle minime della materia. Tale visione prevedeva l'esistenza del vuoto contrastando il pensiero di Aristotele, che a tale problema risolve applicando il quinto elemento. L'atomismo di Democrito ostacolato da Aristotele passa all'Occidente grazie all'opera di Lucrezio De rerum natura (I a.C.) e solo nel 1500, con l'invenzione della stampa, viene conosciuta da tutti.
Nel XVI e XVII secolo moltissimi concetti che successivamente risulteranno ovvi, quali pressione, temperatura o fasi della materia, non erano affatto compresi, tantomeno quelli di atomo o molecola. Anche se il concetto di atomo era stato ipotizzato dal greco Democrito, il processo di transizione tra alchimia e chimica avvenne quindi piuttosto gradualmente. Le prime reazioni chimiche appaiono nel Tyrocinium Chymicum dello iatrochimico francese Jean Béguin nel 1610. Dopo che Evangelista Torricelli scoprì il modo di misurare la pressione atmosferica e formulò il concetto di vuoto si diede il via a numerosi esperimenti per lo studio dei gas. L'irlandese Robert Boyle fu molto attivo in questo campo, e fu tra i primi ad applicare il metodo scientifico allo studio della materia e delle sue trasformazioni. La sua opera The Sceptical Chymist ("Il chimico scettico") (1661) è considerata da molti il primo testo scientifico di chimica; in esso Boyle descrive i suoi esperimenti con i gas, e delinea alcune definizioni (ancora imprecise) di composto chimico.
La nascita della chimica
Nonostante l'opera di numerosi emeriti studiosi, ancora alla fine del XVIII secolo si consideravano validi alcuni concetti del tutto errati, come ad esempio la teoria del flogisto. Nel 1700 emerse la necessità di una teoria che riunisse le varie scoperte nel campo dei gas. L'uomo che fece questo lavoro fu Antoine Lavoisier, il quale smentì la teoria del flogisto(elaborata inizialmente da Johann Joachim Becher e conclusa da Adrien Rabiot) con la sua legge di conservazione della massa nel 1789, anno di pubblicazione del suo Trattato elementare di chimica. Egli è considerato il padre della chimica moderna: fra i suoi meriti vi sono, oltre alla citata legge di conservazione, il metodo di lavoro (con attenzione alla purezza dei reagenti, e l'uso della bilancia di precisione), l'opera di nomenclatura di composti binari, la corretta determinazione della composizione dell'aria, l'analisi sulla composizione di grassi, oli e zuccheri, scoprendo la costante presenza di idrogeno, ossigeno e carbonio (i "mattoncini" di base di tutte le sostanze organiche). Inoltre, fino a quel momento, la chimica non possedeva uno status accademico autonomo, ma faceva parte ancora del piano di studi della medicina.Antonio Di Meo, Storia della chimica, Newton, 1997, Roma, pag.26-28
La chimica organica
Nel 1828 Friedrich Wöhler sintetizzò accidentalmente dell'urea partendo da sostanze inorganiche.
Questo fatto fece comprendere che il mondo della chimica organica e della chimica inorganica avevano delle basi in comune; inoltre aprì degli accesi dibattiti sul vitalismo, teoria che sosteneva una netta demarcazione tra il mondo della vita (organico) e l'inorganico.
Lo sviluppo della chimica organica compiuto nei secoli successivi, permise di sintetizzare, partendo da molecole più piccole, innumerevoli sostanze di uso comune, dai coloranti ai medicinali.
Proprio in questi anni, nel 1845, a Londra fu fondato il Royal College of Chemistry e un grande salto di qualità nella formazione e nel mestiere del chimico si ebbe in terra tedesca, grazie ai laboratori di Justus von Liebig, che divennero ben presto un modello per l'organizzazione e per la ricerca non solo della chimica, ma un po' di tutta la scienza in generale.
Nella prima settimana di settembre del 1860, a Karlsruhe si svolse il primo incontro internazionale di chimica (Congresso di Karlsruhe), al quale confluirono oltre 130 studiosi e ricercatori provenienti da tutta l'Europa, che ebbe il delicato compito di ridefinire i concetti basilari della chimica, una notazione e una nomenclatura comune, e di rivedere la suddivisione della chimica in tre branche particolari: la minerale, la vegetale e la animale.
Lo sviluppo industriale
L'ultima parte del XIX secolo segna l'inizio dello sfruttamento industriale delle nuove conoscenze chimiche, con la sintesi industriale della soda, lo sviluppo di nuovi coloranti, dei primi polimeri sintetici, la petrolchimica e i farmaci di sintesi, detersivi, fertilizzanti. I grandi benefici apportati dallo sviluppo della chimica industriale sono evidenti sotto gli occhi di tutti, ma è utile ricordare che questo sviluppo ha avuto anche un costo: da un lato la creazione di armi distruttive utilizzate nelle due guerre mondiali e anche in seguito, dall'altro incidenti e scarsa sensibilità hanno causato in passato gravi incidenti ambientali e morti prima che si sviluppasse una sufficiente sensibilità ambientale.
La tavola periodica degli elementi
Per molto tempo l'esistenza stessa degli elementi chimici fu oggetto di ricerca; la lista degli elementi si ampliava molto spesso, e i chimici stentavano a dare un senso teorico alle loro scoperte.
Fortunatamente i chimici Dmitrij Mendeleev e Julius Lothar Meyer ebbero un'intuizione, sistemando in una tabella gli elementi a seconda del loro peso atomico e del loro stato di ossidazione. Più correttamente oggi si sa che gli elementi sono disposti in ordine progressivo di numero atomico Z e non di peso atomico. Malgrado tale inesattezza, che coinvolge solo pochi elementi (quali Ar e K, Co e Ni, Te e I, Th e Pa) alcuni dei quali all'epoca non ancora scoperti, la tavola periodica (1869), permise a Mendeleev di predire l'esistenza di vari elementi allora sconosciuti (germanio, gallio, e scandio, che lui inizialmente nominò ekasilicon, ekaaluminium, ed ekaboron) nel 1870. In assenza di una coerente e condivisa teoria sulla struttura atomica, la comunità scientifica fu inizialmente scettica, ma in seguito le sue previsioni furono confermate.
La chimica moderna
Prima del XX secolo la chimica era considerata una scienza con pochi punti in comune con la fisica.Auguste Comte scriveva nel 1830: Ogni tentativo di utilizzare metodi matematici nello studio dei problemi chimici è da considerarsi profondamente irritante e contrario allo spirito della chimica.... L'atteggiamento cominciò a cambiare dopo la metà del XIX secolo quando Friedrich August Kekulé scriveva, nel 1867: Mi aspetto che un giorno si trovi una spiegazione matematica e meccanica di ciò che chiamiamo atomi...
In seguito alla scoperta della radioattività da parte di Marie e Pierre Curie gli scienziati cambiarono drasticamente il loro punto di vista. Gli atomi rivelarono una struttura complessa e non più indivisibile.
La teoria atomica
Nel XVIII secolo i chimici erano piuttosto favorevoli alla teoria atomica (ad esempio John Dalton) ma molto più cauti erano i fisici come ad esempio Wilhelm Ostwald, Ernst Mach e lo stesso Max Planck. Gli atomi potevano essere contati ma nessuno li aveva mai visti! I fautori della teoria come Amedeo Avogadro, Stanislao Cannizzaro, Svante Arrhenius e Ludwig Boltzmann fecero, grazie ad essa, numerosi passi in avanti come ad esempio la spiegazione dei comportamenti dei gas o degli acidi e basi in soluzione o la determinazione dei pesi atomici degli elementi. Ciononostante, la lunga disputa ebbe fine solamente nel primo decennio del XX secolo quando Jean Perrin fece una lunga serie di esperimenti, basati anche sulla teoria che Albert Einstein aveva formulato per spiegare il moto browniano, la quale era appunto fondata sulla teoria atomica; Perrin dimostrò in maniera inoppugnabile l'esistenza degli atomi.
I primi modelli atomici degni di nota sono quello a "panettone" di Joseph John Thomson (1904) e quello a "planetario" di Ernest Rutherford (1911), ma, contemporaneamente alle deduzioni di Perrin, la svolta si ebbe con la teoria di Niels Bohr sulla struttura atomica nel 1912. Bohr spiegò la disposizione delle linee spettrali dell'atomo di idrogeno introducendo una "quantizzazione".
Finalmente lo studio della chimica non coinvolgeva più solo osservanzioni empiriche sui comportamenti della materia, ma anche aspetti collegati alla nuvola elettronica che avvolge il nucleo atomico. Si delineava un modo coerente per spiegare la natura del legame chimico e la disposizione degli elementi nella tavola periodica: in poche parole aveva inizio la convergenza tra fisica e chimica sollecitata da Kekulé.
Evoluzione dei modelli atomici Modello atomico di Thomson Modello atomico di Rutherford Modello atomico di Bohr
Il modello di Bohr ottenne degli eccellenti risultati teorici per l'atomo di idrogeno, ma solo con la meccanica quantistica fu possibile formulare teorie e modelli applicabili ad atomi più complessi.
Chimica quantistica
La nascita della meccanica quantistica è una pietra miliare per la fisica e per la chimica.