Eran Mestrizzi i Borogovi

"Un uomo che non capisce nulla di chimica potrebbe capire cosa significa H₂O? Si renderebbe conto che quel simbolo potrebbe evocare l’immagine di un oceano?" 

Questa è una citazione del racconto Eran Mestrizzi i Borogovi di Lewis Padgett, pseudonimo dietro cui si nascondeva la coppia di scrittori Henry Kuttner e Catherine L. Moore, che stavano insieme non solo nella scrittura, ma anche nella vita. Il titolo è preso a sua volta dal Jabberwocky, una poesia nonsense presente nel romanzo di Lewis Carroll Attraverso lo specchio e quel che Alice vi trovò.

Semiologia
La Chimica è una scienza davvero particolare. Prendete per esempio il “dare il nome alle cose”. In questo c’è un precedente biblico: Dio crea l’Uomo e lo rende signore del mondo, dandogli il compito di dare un nome a ogni cosa. Non è una cosa da poco questa, perché dare un nome a qualcosa significa avere potere su di essa. E di conseguenza esserne anche responsabile. Se nella scienza si sente il bisogno di denominare ogni cosa, lo si fa innanzitutto per padroneggiarle. Ma di esse si diviene poi anche responsabili. 

In Chimica questo ha però una caratteristica particolare: la nomenclatura, cioè il dare nome alle cose, è sistematica, cioè si basa su regole stabilite in precedenza. Se viene scoperta una nuova pianta, minerale o pianeta gli si può dare qualunque nome si voglia. In Chimica le regole di nomenclatura indicano già quale nome si debba assegnare a una certa molecola, persino se questa non è mai stata sintetizzata. Questo è considerato di importanza tale che esiste un'intera organizzazione che se ne occupa (la IUPAC). Pensate che già il primo chimico si era posto il problema di avere delle regole per dare il nome alle sostanze (si trattava di Lavoisier, e dopo più di due secoli le sue regole vengono ancora utilizzate). Poi esistono anche i nomi comuni, ma l’idea di fondo è che la nomenclatura si basa su regole comunemente accettate e definite a priori: insomma non è altro che una forma di linguaggio.

Semiotica

Questo però è solo un aspetto del discorso. Un linguaggio può essere infatti trasmesso sia per via verbale che in forma scritta. Un concetto può venire rappresentato da una parola; viceversa leggendo una parola è possibile arrivare all'idea astratta che essa rappresenta. Allo stesso modo dalla rappresentazione grafica di una molecola, attraverso le regole di nomenclatura, è possibile assegnarne il nome, e dal nome è possibile rappresentarla graficamente.
I chimici fanno uso di un sistema di simboli per rappresentare le molecole. Ogni elemento chimico è rappresentato da una o due lettere: sostanzialmente hanno la stessa funzione delle lettere di un alfabeto. La molecola, composta da più atomi, viene rappresentata accostando i simboli degli elementi, esattamente come l'accostare lettere forma una parola. La differenza è che la parola scritta è monodimensionale, mentre la molecola è un oggetto tridimensionale, quindi la sua rappresentazione deve anche cercare di riprodurne la tridimensionalità: esistono perciò dei simboli per indicare il numero di legami, la loro tipologia e la loro orientazione spaziale.

Con molecole più grandi e complesse, la combinazione di simboli utilizzata per rappresentarle diviene però eccessivamente lunga e questo rappresenta una difficoltà. La necessità di semplificare non è solo per una questione di spazio: quando vediamo qualcosa, specie se per la prima volta, abbiamo come naturale tendenza il cercare di semplificarla, in modo da renderla più facilmente fruibile e memorizzabile.

La risoluzione del problema è algebrica: se ci sono n atomi di un elemento, non vengono scritti tutti, ma li si raccoglie mettendo n a pedice, lo stesso principio che si usa in un’espressione algebrica. E questo si può anche fare coi gruppi molecolari, a seconda di come si voglia o meno evidenziare la struttura molecolare. Si noti che nessun altro sistema di scrittura umano fa uso di regole algebriche, a parte i linguaggi di programmazione, che sono però quelli che utilizziamo per comunicare con le macchine.
In chimica organica scrivere di continuo atomi di carbonio alla lunga diventa alquanto monotono. Perciò si usa rappresentare l’atomo di carbonio e gli atomi di idrogeno a esso legati con un punto, evidenziando solo i legami tra atomi di carbonio. Ma se lo si può fare con un atomo, perché non farlo anche con un gruppo molecolare? Esistono infatti tutta una serie di simboli utilizzati per rappresentare gruppi molecolari anche complessi. Questi vengono di norma utilizzati da chi fa didattica.

Semiotica Cognitiva
Un simbolo può anche indicare molto di più dell’idea astratta che rappresenta. La raffigurazione schematica di un pesce sottende infatti bocca, branchie, squame. Non sono rappresentate, ma a chi osserva il simbolo (posto che abbia già visto come sia fatto un pesce), queste arrivano comunque (è un po' come se fossero sottintese), perchè il simbolo richiama alla mente l'immagine-pesce nella sua interezza. Non solo, richiama anche il fatto che esso si trovi nel mare, quindi veicola assieme l'idea dell'ambiente che lo circonda.

Quando un chimico vede uno di quei simboli, riconosce il gruppo molecolare che rappresenta, quindi è in grado di assegnare al simbolo il suo significato, che richiama nella sua mente tutto l'insieme di atomi che lo costituisce (comprensivi di protoni-neutroni-elettroni), ma anche la disposizione spaziale di ciascuno di essi, avendo già visto in precedenza come i legami che forma un certo elemento si orientino nello spazio. 

Scrivere le molecole rappresentando i legami chimici con stanghette e i doppietti elettronici non-condivisi con dei puntini è il nostro modo imperfetto di rappresentare della realtà fisiche quali sono le molecole, perché gli elettroni che costituiscono i legami non sono fermi, ma si spostano di continuo attorno agli atomi che connettono. Per rappresentare una molecola in Chimica si utilizzano allora più strutture (strutture limite): l’aspetto reale della molecola è una loro media. Ma per un chimico questo è un concetto ormai assodato, tanto da rappresentare la molecola con una sola di esse: cioè il chimico è stato formato perché sia in grado di visualizzare l'idea dei diversi aspetti che assume la molecola.

Per esempio il simbolo Ph richiama alla mente l'immagine-gruppo-fenile, un gruppo molecolare costituito da 6 atomi di carbonio disposti in un ciclo esagonale planare, a cui sono legati 5 atomi di idrogeno; 6 elettroni (ognuno dei quali fornito da un atomo di carbonio) si muovono lungo il ciclo a formare un anello sopra e sotto il piano della molecola. Se quindi un chimico vede il simbolo Ph sa tutto ciò. Spesso questo avviene inconsciamente, ma nella sua mente viene comunque richiamata l'immagine del gruppo, con tutte le sue caratteristiche.
Dietro un simbolo c’è quindi una serie crescente di livelli di astrazione, che riescono a veicolare concetti sempre più fini nonostante vengano rappresentati in maniera semplice, richiamandoli consequenzialmente dalla mente, dopo che questi concetti sono stati fissati attraverso l'apprendimento. Riusciamo a fare questa cosa straordinaria perché sin dalle prime fasi del nostro sviluppo cognitivo siamo stati condizionati in un certo modo: per questo dietro un simbolo, anche molto semplice, siamo in grado di cogliere un’intera realtà complessa e di utilizzarla adeguatamente.