El investigador del fuego
Capítulo 1: El mundo de Lavoisier
El 26 de agosto de 1743, nació Antoine Laurent Lavoisier en París; con
el tiempo la seria el hombre que revelaría una de las incógnitas más antiguas:
la naturaleza del fuego. Lavoisier vivió en el “siglo de las luces” es decir en
la segunda mitad del siglo XVIII, en donde se dieron grandes planteamientos filosóficos
y científicos, además de diferentes revoluciones de los artesanos; en este siglo
también se dio la tan mencionada revolución industrial.
Por otra parte este siglo también representó un gran paso en las
exploraciones de las expansiones geográficas y se desataron las guerras entre
las potencias europeas.
Capítulo 2: una teoría para un siglo: la teoría del flogisto,
antecedentes y desarrollo.
La teoría de los cuatro elementos fue perfeccionada por Aristóteles y se
mantuvo hasta el siglo XVII.
Paracelso defendió en el siglo XVI la existencia del “principio de la
combustión”, llamado “azufre”, se suponía que este estaba contenido por las
sustancias que eran capaces de arder y las otras carecían del principio.
En el siglo XVII Boyle y Hooke estudiaron el fuego, para Boyle las ideas
de Paracelso eran producto de la ignorancia, rechazando así la existencia de
las sustancias fundamentales, y apoyaba la teoría mecánica corpuscular en donde
se afirma que la materia se forma de por pequeñas condensaciones de la misma,
que siempre estaban en movimiento que podían asociarse y separarse entre si
originando sustancias.
En la segunda mitad del siglo XVII, el calentamiento de los metales se
llamaba calcinación y su producto cal metálica; Boyle realizo dos
observaciones importantes:
1) Al calcinar el metal se consume aire
2) La cal metálica pesa más que el metal
original
De ahí
Boyle saco una conclusión:
·
El fuego
estaba formado por esas “condensaciones de corpúsculos” átomos de fuego que
durante la combustión se incorporan al metal y por ende su peso aumenta.
En
cambio Hooke llego a otra conclusión:
·
A
la sustancia que ardía se incorporaba un “componente” del aire.
Johann
Joachim Becher público en 1669 una obra en la que opinaba que la materia estaba
constituida por 3 “tierras “diferentes: terra-fusilis,
terra-grasa y terra-mercuriales entonces: la terra grasa: era la que se
encontraba en las sustancias combustibles y carbonizables y esta se escapaba al
producirse la combustión.
Este
pensamiento influyo en la forma de pensar de casi todos los filósofos de la
naturaleza del siglo siguiente. De este planteamiento surgió otra teoría muy
importante y perfecta por lo menos en ese siglo; sobre el fuego y la combustión
esta teoría fue llamada “del flogisto” y aunque incluso fue aceptada por Kant
esta teoría resultó ser falsa.
Stahl
se interesó bastante en la “Química” como inicio a llamarla Paracelso,
interesado en las nuevas actitudes de los estudios frente a la naturaleza, más
racionales y críticos, creía que la química aun no contaba con las suficientes
bases experimentales sólidas. Creyendo actuar racionalmente postulo una teoría
falsa sobre la materia, la cual casi todo el mundo creyó, convirtiéndose en la
más famosa de ese siglo. Esta proponía que las sustancias capaces de arder lo
eran por contener un principio de combustión este principio fue llamado flogisto (significa: inflamable), que
escapaba del aire o se traslada de una sustancia a otra durante la combustión.
Kant
escribió en su “critica de la razón pura”
que con la teoría de Stahl se hizo una luz para todos los investigadores
de la naturaleza.
Pero
esta era la misma teoría enunciada por Becher la llamada terra grasa, aunque esta había sido ampliada cuando Stahl afirmo
que estas sustancias podían ser más o menos flogisto y en consecuencia arder
con mayor o menor intensidad y facilidad.
Por
ejemplo el carbón, las telas el cartón, y el papel entre otros debían tener
bastante flogisto y aunque no se sabe cómo pudieron creer esta teoría
irracional en cambio encontró apoyo en anotaciones como esta:
Capítulo 3: aparece nuestro personaje:
Antoine Laurent Lavoisier
Lavoisier
nació en una familia bastante rica, su padre era abogado que le dio una muy
buena infancia y una muy buena educación. Él fue un muy buen estudiante y
destaco en la escuela pero no siguió los pasos de su padre, ya que las
conferencias de astronomía de Nicolás Louis de Lacaille hicieron que se
interesara en el estudio de la geología y más adelante en el de la
transformación de la materia.
En sus
inicios en el estudio de la química se preocupó mucho por la exactitud de sus
mediciones, una de las características más importantes de su trabajo; a los 17
busco la forma de mejorar los sistemas de iluminación y se mantuvo ocupado en
ello hasta los 20 años, cuando realizo una publicación de un ensayo sobre esto
llamando así la atención de los investigadores de la época. En 1764 publico
otro trabajo importante en la que presento una investigación sobre la
composición del yeso calentándolo para extraer toda el agua que contenía y
midiendo la cantidad de esta en toda su precisión. A los 25 fue aceptado en la
academia de ciencias francesa en donde en considero que 101 días eran perfectos
para investigar si el agua “sustancia fundamental” se transformaba en tierra
otra “sustancia fundamental” en donde llego a la conclusión de que esta
creencia era falsa.
Capítulo 4: Black estudia “los aires”
En
1756 cuando Lavoisier tenía 13 años el escoses Black un joven de 28 años
público su tesis doctoral sobre qué era lo que ocurría cuando se calentaba al
calentar la piedra caliza formada por carbonato de calcio.
En
donde descubrió que al proceder a esa operación el mineral se transforma en cal
metálica que correspondía a al oxido de calcio mientras se desprendía (una
sustancia volátil) “aire” como aun eran llamados los gases. En este estudio: Realizo
un calentamiento posterior del aire natural de la cal metálica que había
obtenido y esta reacción llevo a la formación del mineral original.
De
esta forma dedujo que el óxido de calcio se había unido al aire perdido
inicialmente y que esta debía ser un componente propio de del aire natural; a
este Black le llamo “aire fijo” y esta sustancia hoy se identifica como dióxido
de carbono.
Piedra
caliza (“aire
fijo”)
Aire fijo
(Componente
del aire)
En
donde Black descubrió que el “aire fijo” se exhalaba en la respiración.
Capítulo 5: Cavendish y su “aire
inflamable”, primera síntesis del agua.
En
1766, cuando Lavoisier tenía 23 y se
empezó a hacer famoso en Francia, el investigador ingles Cavendish público un
trabajo llamado Experiments on factitious air.
Cavendish
fue aceptado como miembro en la Royal Society aislándose de toda su vida social
para dedicarse al estudio completo de la naturaleza, y gracias a sus
conocimientos matemáticos no solo contribuyo a la química sino que también
contribuyo a la física.
Los
estudios químicos de Cavendish se dirigieron al área de los gases, para ello
uso un aparato inventado en 1727 por Stephen hales, la cuba hidroneumática, que
sirvió para recoger y estudiar los distintos gases que obtenía, usando mercurio
en lugar de agua para aislarlos mejor en
esta estudio el “aire fijo” descubierto por Black y también el “gas inflamable”
descubierto por Paracelso, Helmont y Boyle; obtenido por acción de los ácidos
sobre metales.
A
pesar de haberlo estudiado con diferentes ácidos y metales se dio cuenta que
siempre se inflamaba con la misma fuerza explosiva, al observar que la
detonación provocaba gotitas de agua este lo llamo “hidrato de fogosito”
gracias a Cavendish se conoce la primera síntesis de agua.
Capítulo 6: los ratones el señor
Priestley, y las dudas de Lavoisier sobre la composición del aire.
Priestley hizo contribuciones
indispensables que sirvieron a Lavoisier para despejar sus dudas sobre el
fuego. Priestley fue quien dio a conocer a Benjamin Franklin en 1766.
Priestley
inicio sus investigaciones sobre los gases gracias a la curiosidad que le
produjo el proceso de fermentación que producía una gran cantidad de gas
identificado como “aire fijo”. En 1772 mientras trabajaba con mercurio
calcinado, es decir cal metálica de mercurio y tras calentar con mucha precaución
esta sustancia extrajo un aire poco soluble en agua.
En
ese mismo mes realizo un experimento:
En el
que puso un ratón en un recipiente de vidrio que contenía 2 onzas del aire
sacado del mercurio calcinado; después de media hora el ratón seguía vivo y
aunque parecía muerto al ser retirado del recipiente y se puso cerca al fuego
el ratón despertó y reacciono sin haber sufrido daño alguno.
Con
esto concluyo que su aire es un aire bastante respirable, para comprobarlo
repitió el experimento con más de 2 onzas del aire fijo + el aire del
precipitado rojo en donde el ratón vivió 45 minutos pero al no cuidarle la
temperatura el ratón murió de frio. Basándose en la existencia del flogisto, y
en función de esta creencia llamo a su aire “aire desflogisticado” es decir
aire sin flogisto. Por tanto Priestley fue el primero en obtener el oxígeno y
determinar sus cualidades de comburente “respirable”.
Capítulo 7: Lavoisier descubrió el
secreto del fuego.
En
1770 Lavoisier se incorporó a la Fermé Générale, una compañía encargada de
cobrar los impuestos, gracias a esto tuvo ingresos que le permitieron crear su
laboratorio y hacer sus investigaciones. Al año siguiente de entrar a la
compañía se casó con una joven de 14 años.
En
1772 Lavoisier repitió algunos de los experimentos realizados sobre la combustión
quemando en presencia de aire metales y no metales como el estaño y el fosforo
apreciando que los productos pesaban más que las sustancias originales.
Al ver
que había diferentes opiniones por todas partes se propuso estudiar el fenómeno
a fondo. En uno de sus primeros estudios
calentando oxido de plomo con carbón (litargirio) observo que se formaba
plomo y se desprendía “aire fijo” y que al quemar el plomo se absorbía una
parte del aire natural para formar litargirio. Concluyendo entonces que el
“aire fijo” permitía la combustión pero al tratar de quemas fosforo en el aire
fijo apareció que este no permitía la combustión por tanto abandono la
hipótesis de que el aire fijo era un componente en la atmosfera que permitía la
combustión. Aunque esto lo confundió bastante y detuvo su investigación.
En
1774 murió Luis XV y dio paso a la llegada de Luis XVI a quien Lavoisier recibió
con una comida para darles una bienvenida, a esta comida asistieron varios
miembros de la academia y durante esta Priestley conto sus experiencias con el
“aire desflogisticado”. Interesado en sus experiencias Lavoisier escucho
atentamente y lo relaciono con algunas noticias que le habían llegado sobre el
trabajo de Scheele, quien había descubierto un “aire de fuego” y comprendió en
lo que oía la clave de la combustión. Cuando volvió al laboratorio hizo algunos
experimentos clásicos con estaño y mercurio; además repitió los experimentos
realizados por Priestley comparando los resultados. En 1775 realizo una
conferencia sobre “la naturaleza del principio de que se une con los metales
durante la calcinación haciéndolos aumentar de peso”.
Capítulo 8: ¿Qué experimentos realizó
Lavoisier?
1) Calcino estaño en un recipiente cerrado
hasta transformarlo en cal metálica y luego lo peso demostrando que el peso del
recipiente no cambia durante el proceso. Al no cambiar el peso, formulo que el
flogisto no se había liberado sino que seguía adentro mezclado con el aire
dentro del recipiente llenándolo sobre la cal metálica. Y de ser así la presión
dentro del recipiente aumentaría, en esas condiciones al destapar el recipiente
el aire encerrado tenía que salir violentamente pero al destaparlo ocurrió lo
contrario y violentamente el aire del exterior entro al recipiente, así que la
presión no había aumentado sino que había disminuido, y eso significaba que en
vez de pasar el flogisto del metal al aire, algo se le estaba quitando al aire
para introducirse en el metal.
Posteriormente se propuso extraer de la
cal metálica el componente extraído del aire en la reacción.
Elevo la temperatura del cal para formar
el metal original, mientras se liberaba un aire que separo para estudiar sus
propiedades, descubriendo que ya era el mencionado “aire desflogisticado”
descubierto pero no identificado como componente del aire.
En 1777 verifico sus ideas usando
mercurio en lugar de estaño y estableció sin lugar a dudas que
a)
El
“aire desflogisticado” era un componente del aire natural y por tanto no era
una sustancia simple sino una mezcla.
b)
Que
durante la combustión el “aire desflogisticado” se unía al metal y por tanto el
producto pesaba más.
c)
Que
el peso ganado en la calcinación era igual al peso perdido por el aire natural
en el que se quemaban.
Y
llego a otra importante conclusión que reforzaba, recogiendo los postulados de
la teoría atómica de Leucipo y Demócrito en los fenómenos de transformación de
la materia e hace evidente que se
presentarían cambios físicos pero que no podía surgir nada de ella ni desaparecer en ella. La materia es eterna e
indestructible.
Al
demostrar que esto era así, lo manifestó en una ley llamada ley de “conservación de la materia”. (Nada se crea
ni se destruye sino que se transforma)
Finalmente
llamo al famoso “aire desflogisticado” OXIGENO.
En
1777 Scheele encontró que eran dos componentes del aire el oxígeno que permitía
la combustión y el azoe (nitrógeno) que era inerte.
Capítulo 9: combustión y procesos de
respiración, procesos que relaciono Lavoisier.
Las
inquietudes de Lavoisier hicieron que empezara a investigar porque era vital
esa sustancia en la respiración de los seres vivos. En 1777 publico su trabajo
“experimentos sobre la respiración de los animales“.
En el que resume que en sus descubrimientos
se demuestra que el aire usado para la calcinación de metales es un residuo del
aire atmosférico que se une con el mercurio durante la calcinación y para que
este sea de nuevo respirable hay que quitarle el aire fijo que tiene y después
devolverle una cantidad de “aire desflogisticado” igual al que ha perdido. Por
consiguiente la respiración actúa en sentido inverso al de estos efectos.
Si
bien inicio sus investigaciones solo, finalmente no lo estuvo todo el tiempo,
ya que con el transcurrir del tiempo y gracias a sus descubrimientos llamo la
atención de otros investigadores franceses muy talentosos en los estudios de
fenómenos químicos que terminaron formando un grupo dirigido por Lavoisier,
este grupo se integró por Guyton de Morveau, Claude Louis Bertholler, Antoine
Francoise Fourcroy. Quienes además de ayudar con las tesis de Lavoisier
aportaron las suyas junto con sus descubrimientos y estudios, revolucionando la
química. Un fruto importante de este trabajo en equipo fue en 1787 la
publicación de la obra “método de nomenclatura química”.
Capítulo 10: 1789: estalla la tormenta y
nace la química.
En el
año 1789 cuando murió el rey Luis XV y llego el rey Luis XVI subió al trono
cambio el cuerpo legislativo e introdujo nuevas reformas económicas para salvar
el país de la banca rota. Pero estas reformas se oponían a los privilegios de
la aristocracia francesa, por tanto se dieron dos crisis una económica y una
política. Y el rey se vio forzado a realizar una reunión entre los burgueses y
el pueblo que se convirtió en una asamblea constituyente.
En
este ambiente tenso apareció la obra cumbre de Lavoisier, el Tratado elemental de la química, esto es
un compendio de todo el saber anterior, es una síntesis final de las
discusiones y dudas previas y el punto de partida para entender la química.
La
química pudo separarse de la física cuando se formuló el concepto de sustancia
elemental separada de la teoría mecánico – corpuscular. Al establecer una lista
de elementos Lavoisier coloco en ella dos nombres, luz y calórico lo que nos
muestra que en ese momento aún estaban lejos de entender estas dos
manifestaciones de energía.
En
1792 después de muchas luchas por parte del pueblo se le acuso a Lavoisier de
ser un asentista y fue trasladado a prisión, el juicio de Lavoisier termino en
su condena a muerte y murió en la guillotina el 8 de mayo de 1794 a los 51 años
de edad.
TEXTOS DE LAVOISIER
Tratado elementar de la química:
·
Discurso preliminar.
Las
razones para emprender esta obra iniciaron en la necesidad de perfeccionar la
nomenclatura química, pero con el tiempo se dio cuenta que no solo estaba
perfeccionando la nomenclatura química sino que estaba haciendo un tratado
elemental de la química creando un lenguaje universal que solo entendieran
quienes se encargaban de su estudio.
La nomenclatura no puede separarse de la
ciencia porque toda ciencia física se forma de 3 cosas 1) hechos que constituyen
la ciencia, 2) las ideas que los recuerdan, y 3) por las palabras que la
expresan.
Es
importante resaltar que para aprender debe pasarse de lo conocido a lo
desconocido y rectificar los errores que ocurren en los experimentos y en las
hipótesis buscando así una verdadera ciencia experimental como la de Galileo
Galilei, y que en la química siempre debe recorrer desde los inicios de la
química y servirse de términos aun no definidos.
·
De las combinaciones del calórico, y de
la formación de los fluidos elásticos aeriformes.
Se
propone como un fenómeno constante y general de la naturaleza como lo dijo
Boerhaave que dice que si se calienta cualquier solido o fluido aumenta su
extensión en todas sus dimensiones. El desvió de las moléculas por el calor es
una ley general y constante de la naturaleza. Es aquí en donde puede decirse
que las moléculas de los cuerpos obedecen a 2 fuerzas una repulsiva y otra atractiva
entre las cuales se hallan en equilibrio.
1. Cuando vence la atracción el cuerpo
permanece en estado sólido.
2. Pero si la fuerza de atracción es
débil las moléculas pierden la
adherencia que tenían y el cuerpo deja de ser sólido.
Por
ende todos los cuerpos de la naturaleza los cuales son líquidos, solidos,
elásticos o aeriformes dependen de la fuerza atractiva o la fuerza repulsiva o
lo que es lo mismo el grado de calor al que están expuestos.
El
nombre calórico nace después de haber discutido que el nombre de fluido ígneo y
de materia de calor seria refutado por todos, mientras que esta expresión
cuenta con la ventaja de que se adapta a toda suerte de opiniones, porque no
sería forzoso creer que calórico es materia real. La fuerza repulsiva del
calórico es igual, mayor o menor que la atracción de sus moléculas.
·
Ideas generales sobre la formación y
constitución de la atmosfera.
La
formación de los fluidos aeriformes o gases dan paso a entender cómo se han
formado el origen de las atmosferas de los planetas y particularmente de la
tierra. Esta última debe ser resultado de la mezcla de todas la sustancias
susceptibles a evaporarse con una presión igual al peso de una columna de 28
pulgadas de altura; mas todas las sustancias capaces de disolverse en la mezcla
de estos gases Lavoisier en su época no considero nunca la posibilidad del
escape de gases hacia el espacio interplanetario cuando la gravedad de un
planeta no es lo suficientemente alta como para retenerlos, hay una suposición
sobre el aire que le hace ver que: 1) la solidez liquidez y elasticidad son
tres estados distintos por los cuales pasa casi todo tipo de materia con la
temperatura adecuada, 2) que el aire es muy probable
·
Análisis del aire de la atmosfera: su
resolución en dos fluidos elásticos, uno respirable y otro no respirable.
Aquí comienza la explicación del experimento de Lavoisier que le
lleva a entender que ocurre durante la combustión, y a definir el aire como una
mezcla de que el oxígeno es el componente que la permite.
La química presenta dos medios para determinar la naturaleza de
las partes constitutivas de un cuerpo; la composición y la descomposición. Uno
de los experimentos más concluyentes sobre esto fue:
o
Tomo 1 matraz aprox. de 36 pulgadas cubicas de capacidad con un
cuello largo de 6 a 7 líneas de diámetro, lo encorvo para que al meterlo a un
horno su extremo se dirigiera por debajo
de la campana puesta en un baño de mercurio.
o
En el matraz puso 4 onzas de azogue puro y por medio de un tubo se
extrajo al aire de la campana hasta que el mercurio subió. Señalo la altura que
este había tomado y tomo apuntes exactos del termómetro y el barómetro.
o
Le puso fuego al horno y lo mantuvo encendido 12 días sin
interrupción con el calor necesario, de forma que el mercurio siempre estuviera
casi a punto de hervir.
§
El día 1 no ocurrió nada, el experimento se mantuvo en estado de
evaporación continua empañando las paredes de la vasija con gotitas pequeñas
que iban aumentando de tamaño y al tomar cierto volumen volvían a caer al fondo
de la vasija.}
§
El día 2 sobre la superficie del mercurio se empezaron a ver nadar
una partículas encarnadas que aumentan en número y volumen a los 4 y 5 días
después quedaron ese estado y no ocurrió nada
§
Al día 12 la calcinación ya no tenía ningún progreso y apago el
fuego y dejo enfriar los vasos. El volumen del aire contenido en el matraz
había disminuido notablemente. Recogió las partecillas encarnadas y
separándolas del mercurio líquido y las peso.
§
Tuvo que repetir varias veces esa calcinación del mercurio por que
al hacerlo solo una vez es difícil
conservar el aire con que se opera y las moléculas encarnadas, al repetir
varias veces este experimento el mercurio se redujo y el aire ya no era
respirable.
§
Luego metió la partes encarnadas en una retorta de vidrio muy
pequeña que recogía los productos líquidos que se desprendían y le puso fuego entre más caliente más color
tomaba pero su volumen disminuía hasta desaparecer. Por estos experimentos
descubrió lo que el señor Priestley había llamado aire dosflogistado.
§
Aunque los aparatos de Lavoisier eran muy rudimentarios sus
mediciones eran perfectas y gracias a ello pudo determinar cuál era la medida
exacta del nitrógeno y el oxígeno en el aire.
·
De la descomposición del gas oxigeno por
los metales, y de la formación de óxidos metálicos.
Una de
las más importantes contribuciones de Lavoisier fue uniformar la caótica
nomenclatura de la química de la época al transformarla en otra perfectamente
lógica.
Cuando
las sustancias metálicas se someten a calor el oxígeno tiene más afinidad con
ellas que con el calórico, así todas las sustancias metálicas excepto el oro,
la plata y el platino poseen la capacidad de descomponer el gas oxigeno
apoderándose de su base y separando de ella el calórico.
La
calcinación es la base de todo ya que separa moléculas y afecta los pesos de
los metales, y dependiendo del caso esta sustancia puede convertirse en acido
sal o base, por ello la importancia de la nomenclatura.
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