Química
En la primera
mitad del siglo XVII empezaron a estudiar experimentalmente
las reacciones químicas, no porque fueran útiles en otras disciplinas,
sino más bien por razones propias. Jan Baptista van Helmont, médico
que dejó la práctica de la medicina para dedicarse al estudio
de la química, utilizó la balanza en un experimento para demostrar
que una cantidad definida de arena podía ser fundida con un exceso
de álcali formando vidrio soluble, y cuando este producto era
tratado con ácido, regeneraba la cantidad original de arena (sílice).
Ésos fueron los fundamentos de la ley de conservación de la masa.
Van Helmont demostró también que en ciertas reacciones se liberaba
un fluido aéreo. A esta sustancia la llamó gas. Así se demostró
que existía un nuevo tipo de sustancias con propiedades físicas
particulares.
Resurgimiento de la teoría
atómica
En el siglo XVI,
los experimentos descubrieron cómo crear un vacío, algo que Aristóteles
había declarado imposible. Esto atrajo la atención sobre la antigua
teoría de Demócrito, que había supuesto que los átomos se movían
en un vacío. El filósofo y matemático francés René Descartes y
sus seguidores desarrollaron una visión mecánica de la materia
en la que el tamaño, la forma y el movimiento de las partículas
diminutas explicaban todos los fenómenos observados. La mayoría
de los iatroquímicos y filósofos naturales de la época suponían
que los gases no tenían propiedades químicas, de aquí que su atención
se centrara en su comportamiento físico. Comenzó a desarrollarse
una teoría cinético-molecular de los gases. En esta dirección
fueron notables los experimentos del químico físico británico
Robert Boyle, cuyos estudios sobre el ‘muelle de aire’
(elasticidad) condujeron a lo que se conoce como ley de Boyle,
una generalización de la relación inversa entre la presión y el
volumen de los gases.
Flogisto: teoría y experimento
Mientras muchos
filósofos naturales especulaban sobre las leyes matemáticas, los
primeros químicos intentaban utilizar en el laboratorio las teorías
químicas para explicar las reacciones reales que observaban. Los
iatroquímicos ponían especial atención en el azufre y en las teorías
de Paracelso. En la segunda mitad del siglo XVII, el médico,
economista y químico alemán Johann Joachim Becher construyó un
sistema químico en torno a su principio. Becher anotó que cuando
la materia orgánica ardía, parecía que un material volátil salía
de la sustancia. Su discípulo Georg Ernst Stahl, hizo de éste
el punto central de una teoría que sobrevivió en los círculos
químicos durante casi un siglo.
Stahl supuso
que cuando algo ardía, su parte combustible era expulsada al aire.
A esta parte la llamó flogisto, de la palabra griega flogistós,
‘inflamable’. La oxidación de los metales era análoga
a la combustión y, por tanto, suponía pérdida de flogisto. Las
plantas absorbían el flogisto del aire, por lo que eran ricas
en él. Al calentar las escorias (u óxidos) de los metales con
carbón de leña, se les restituía el flogisto. Así dedujo que la
escoria era un elemento y el metal un compuesto. Esta teoría es
casi exactamente la contraria al concepto moderno de oxidación-reducción,
pero implica la transformación cíclica de una sustancia (aunque
fuera en sentido inverso), y podía explicar algunos de los fenómenos
observados. Sin embargo, recientes estudios de la literatura química
de la época muestran que la explicación del flogisto no tuvo mucha
influencia entre los químicos hasta que fue recuperada por el
químico Antoine Laurent de Lavoisier, en el último cuarto del
siglo XVIII.
El siglo XVIII
En esa época,
otra observación hizo avanzar la comprensión de la química. Al
estudiarse cada vez más productos químicos, los químicos observaron
que ciertas sustancias combinaban más fácilmente o tenían más
afinidad por un determinado producto químico que otras. Se prepararon
tablas que mostraban las afinidades relativas al mezclar diferentes
productos. El uso de estas tablas hizo posible predecir muchas
reacciones químicas antes de experimentarlas en el laboratorio.
Todos esos
avances condujeron en el siglo XVIII al descubrimiento de
nuevos metales y sus compuestos y reacciones. Comenzaron a desarrollarse
métodos analíticos cualitativos y cuantitativos, dando origen
a la química analítica. Sin embargo, mientras existiera la creencia
de que los gases sólo desempeñaban un papel físico, no podía reconocerse
todo el alcance de la química.
El estudio
químico de los gases, generalmente llamados ‘aires’,
empezó a adquirir importancia después de que el fisiólogo británico
Stephen Hales desarrollara la cubeta o cuba neumática para recoger
y medir el volumen de los gases liberados en un sistema cerrado;
los gases eran recogidos sobre el agua tras ser emitidos al calentar
diversos sólidos. La cuba neumática se convirtió en un mecanismo
valioso para recoger y estudiar gases no contaminados por el aire
ordinario. El estudio de los gases avanzó rápidamente y se alcanzó
un nuevo nivel de comprensión de los distintos gases.
La interpretación
inicial del papel de los gases en la química se produjo en Edimburgo
(Escocia) en 1756, cuando Joseph Black publicó sus estudios sobre
las reacciones de los carbonatos de magnesio y de calcio. Al calentarlos,
estos compuestos desprendían un gas y dejaban un residuo de lo
que Black llamaba magnesia calcinada o cal (los óxidos). Esta
última reaccionaba con el ‘álcali’ (carbonato de sodio)
regenerando las sales originales. Así, el gas dióxido de carbono,
que Black denominaba aire fijo, tomaba parte en las reacciones
químicas (estaba "fijo", según sus palabras). La idea
de que un gas no podía entrar en una reacción química fue desechada,
y pronto empezaron a reconocerse nuevos gases como sustancias
distintas.
En la década
siguiente, el físico británico Henry Cavendish aisló el ‘aire
inflamable’ (hidrógeno). También introdujo el uso del mercurio
en lugar del agua como el líquido sobre el que se recogían los
gases, posibilitando la recogida de los gases solubles en agua.
Esta variante fue utilizada con frecuencia por el químico y teólogo
británico Joseph Priestley, quien recogió y estudió casi una docena
de gases nuevos. El descubrimiento más importante de Priestley
fue el oxígeno; pronto se dio cuenta de que este gas era el componente
del aire ordinario responsable de la combustión, y que hacía posible
la respiración animal. Sin embargo, su razonamiento fue que las
sustancias combustibles ardían enérgicamente y los metales formaban
escorias con más facilidad en este gas porque el gas no contenía
flogisto. Por tanto, el gas aceptaba el flogisto presente en el
combustible o el metal más fácilmente que el aire ordinario que
ya contenía parte de flogisto. A este nuevo gas lo llamó ‘aire
deflogistizado’ y defendió su teoría hasta el final de sus
días.
Mientras tanto,
la química había hecho grandes progresos en Francia, particularmente
en el laboratorio de Lavoisier. A éste le preocupaba el hecho
de que los metales ganaban peso al calentarlos en presencia de
aire, cuando se suponía que estaban perdiendo flogisto.
En 1774, Priestley
visitó Francia y le comentó a Lavoisier su descubrimiento del
aire deflogistizado. Lavoisier entendió rápidamente el significado
de esta sustancia, y este hecho abrió el camino para la revolución
química que estableció la química moderna. Lavoisier lo llamó
‘oxígeno’, que significa ‘generador de ácidos’.
El nacimiento de la química
moderna
Lavoisier
demostró con una serie de experimentos brillantes que el aire
contiene un 20% de oxígeno y que la combustión es debida a la
combinación de una sustancia combustible con oxígeno. Al quemar
carbono se produce aire fijo (dióxido de carbono). Por tanto,
el flogisto no existe. La teoría del flogisto fue sustituida rápidamente
por la visión de que el oxígeno del aire combina con los elementos
componentes de la sustancia combustible formando los óxidos de
dichos elementos. Lavoisier utilizó la balanza de laboratorio
para darle apoyo cuantitativo a su trabajo. Definió los elementos
como sustancias que no pueden ser descompuestas por medios químicos,
preparando el camino para la aceptación de la ley de conservación
de la masa. Sustituyó el sistema antiguo de nombres químicos (basado
en el uso alquímico) por la nomenclatura química racional utilizada
hoy, y ayudó a fundar el primer periódico químico. Después de
morir en la guillotina en 1794, sus colegas continuaron su trabajo
estableciendo la química moderna. Un poco más tarde, el químico
sueco Jöns Jakob, barón de Berzelius propuso representar los símbolos
de los átomos de los elementos por la letra o par de letras iniciales
de sus nombres.
