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La derrota del Flogisto

Joseph Black y el descubrimiento del dióxido de carbonoEl creciente interés que había despertado la posibilidad de encontrarle nuevas aplicaciones al fuego y, por lo tanto, a las máquinas de vapor, llevó a los químicos a una nueva concepción acerca del fuego. En ese momento se empezaron a preguntar por qué algunas cosas ardían y otras no, es decir, empezaron a investigar acerca de la naturaleza de la combustión.

Según lo que se aceptaba desde el tiempo de los griegos, las cosas que podían arder eran aquellas que poseían el elemento fuego, que sólo se liberaba en condiciones adecuadas. Los alquímicos pensaban más o menos igual, salvo que concebían a los combustibles como algo que contenía el principio del “azufre” (que no necesariamente es el azufre tal como lo conocemos en la actualidad).

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El químico y físico alemán George Stahl propuso un nombre nuevo al principio de inflamabilidad: lo llamó flogisto, palabra que proviene del griego y que significa “hace arder”. Desarrolló después un esquema, basado en el flogisto, que pudiera explicar la combustión. Según Stahl, los objetos combustibles eran ricos en flogisto, y cuando ardían, este se perdía en el aire. Lo que quedaba luego de la combustión carecía de flogisto y no podía seguir ardiendo. De esta manera, la madera tenía flogisto, pero las cenizas no. La teoría del flogisto ganó popularidad a lo largo del siglo XVIII. En la década de los setenta era casi universalmente aceptada porque parecía explicar muchas cosas de manera muy clara. Pero quedaban algunas cosas en el tintero, que eran difíciles de explicar. Las sustancias más combustibles, como la madera y el papel, perdían gran parte de su peso al arder, lo que era de esperarse, ya que el flogisto abandonaba la sustancia original. Sin embargo, cuando los metales se “calcinaban”, también perdían flogisto, pero el metal oxidado era más pesado que el original. ¿Podía, entonces haber dos tipos de flogisto, uno con peso positivo y otro con peso negativo?

La explicación de los cambios de peso había que encontrarla, naturalmente, en los gases que se aparecían o se consumían durante la formación de los distintos compuestos. Un paso importante en este sentido lo dio el científico escocés Joseph Black.

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Black había nacido en la ciudad escocesa de Burdeos en 1728 y, después de superar los exámenes de medicina en Glasgow se trasladó a Edimburgo, donde realizó las investigaciones para obtener el doctorado y que darían lugar a su más famosa contribución a la químicae.

En aquella época existía un creciente interés por los ácidos y las bases, ya que se utilizaban bases fuertes para disolver los cálculos renales y bases débiles, como el hidróxido de magnesio, para tratar la acidez estomacal. Lo que hizo Black fue calentar bases débiles y notar que, al calentarlas, perdían peso. Todo esto llevó a una serie de experimentos en los cuales la balanza fue instrumento clave, ya que debían pesarse los productos de cada reacción en cada paso. En su experimento más conocido, Black calentó carbonato de calcio, que al descomponerse liberó un gas y produjo óxido de calcio. Aisló el gas, lo combinó con el óxido de calcio y pudo formar nuevamente carbonato de calcio. Black llamó al gas “aire fijo” porque había que combinarlo (“fijarlo”) para que formase parte de una sustancia sólida. Los experimentos de Black fueron muy importantes porque mostraron que las sustancias gaseosas no solamente eran producto de los sólidos y los líquidos, sino que también podían combinarse con ellos para generar otros cambios químicos.

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Joseph Priestley y el aire deflogisticadoJoseph Priestley, químico británico, nació en una ciudad cerca de Leeds en 1733. Fue formado para ser ministro de una iglesia como pastor calvinista y ejerció como tal durante toda su vida, por lo que la ciencia estaba lejos de ser lo más importante en su vida. Los intereses intelectuales de Priestley eran de lo más variados, ya que escribió desde tratados de gramática inglesa hasta libros de historia. Durante una de sus visitas a Londres se hace amigo de Benjamin Franklin y otros científicos interesados en la electricidad. A partir de esto, establece con Franklin una relación epistolar en la que comentan los resultados de sus investigaciones.

La mayor parte de las experiencias químicas de Priestley están descriptas en su libro Experimentos y observaciones acerca de diferentes tipos de aire. De todos los experimentos relatados, el más importante es el descubrimiento del oxígeno, mediante el calentamiento del óxido de mercurio. Para ello utilizó una lupa que concentraba rayos de sol sobre un poco de óxido de mercurio encerrado en una campana de vidrio:

Habiendo luego conseguido una lente de doce pulgadas de diámetro y veinte pulgadas de distancia focal me dediqué, con gran presteza y cuidado, a examinar, con su ayuda,

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la clase de aire, natural y ficticio (esto es, preparado artificialmente) que producían las diversas sustancias (...) Con este dispositivo, después de haber realizado una serie de experiencias variadas (...) en agosto 1ero de 1774 traté de extraer aire del mercurius calcinatus per se; y encontré que por medio de esa lente podía hacer desprender de él un aire, con mucha facilidad. Habiendo obtenido un volumen tres o cuatro veces superior al de mi material inicial, hice llegar agua de modo de ponerla en contacto con el aire y vi que no era embebido por ella. Pero lo que me sorprendió más de lo que soy capaz de expresar fue el hecho de que una bujía quemaba en este aire con una llama extremadamente vigorosa. Me encontré tremendamente perplejo ante la posible explicación de este hecho.

Priestley experimentó con el nuevo gas. Pasó cierto tiempo hasta que descubriera que aquel “aire” que había preparado con el óxido de mercurio era mejor que el aire común para la respiración. Lo hizo respirar por ratones y también lo probó él mismo. Priestley sabía por sus propios experimentos que un ratón adulto sobrevivía quince minutos en un recipiente sellado con aire en su interior. Cuando colocaba a otro animal en el mismo recipiente lleno con el nuevo “aire”, el ratón era capaz de resistir durante media hora. Luego de una serie de experimentos cuidadosamente realizados, dedujo que, en lo que se refería al mantenimiento de la respiración, el nuevo aire era entre cuatro y cinco

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veces mejor que el aire común. Esto es coherente con el hecho de que el aire contiene un veinte por ciento de oxígeno. En otras experiencias, observó también que las sustancias que en el aire común no arden o lo hacen con dificultad, en el nuevo aire lo hacían con una gran facilidad, proporcionando llamas de gran tamaño. Por esto es que Priestley concluyó que el nuevo aire contenía muy poco o nada de flogisto y que por ese motivo era capaz de extraer el flogisto presente en otras sustancias aun en aquellos casos en que su presencia fuera muy escasa. Por eso el aire recién descubierto fue denominado aire deflogisticado. El otro componente gaseoso del aire ordinario recibió el nombre de aire flogisticado.

Priestley identificó otros diez gases, entre los cuales figuran el amoníaco, el cloruro de hidrógeno, el óxido nitroso y el dióxido de azufre. Su descubrimiento más importante fue el oxígeno pero, a pesar de que poseía evidencias de que el oxígeno era un gas en sí mismo, explicó sus hallazgos dentro de los términos de la teoría del flogisto.

La teoría del flogisto funcionó mientras la química fue una ciencia vaga y cualitativa. Desde el momento en que Joseph Black y sus discípulos comenzaron a realizar sus experiencias con mediciones precisas acerca de todos los componentes que participaban en una reacción química, se vio condenada a desaparecer. Más tarde, cuando el francés

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Antoine Lavoiser estableció la relación entre la combustión y el oxígeno, derribó los cimientos de la teoría del flogisto.

Priestley tuvo problemas toda su vida por sus manifestaciones políticas. En los últimos años, se declaró ferviente admirador de la Revolución Francesa. Luego de celebrar el segundo aniversario de la revolución, en 1791, una turba enardecida le quemó la casa y sus pertenencias. Obligado a emigrar, muere diez años después en los Estados Unidos.

Antoine Lavoiser: el padre de la química modernaLos numerosos e importantes experimentos y descubrimientos hechos en relación con los gases durante casi cincuenta años tenían que ser reunidos en una teoría global, cosa que ocurrió hacia finales del siglo XVIII. El encargado fue el químico francés Antoine Laurent Lavoiser.

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Lavoiser nació en París en 1743. En 1766 ganó una medalla de oro en un concurso convocado por la Academia de Ciencias de su país sobre técnicas de alumbrado público.

A fines de la década de 1760, Lavoiser ya había realizado una serie de experimentos que partían de los hallazgos de Joseph Black, con los que demostró que el agua no podía transformarse en tierra. Cuando en 1774 Priestley viaja a París y le comunica a Lavoisier su descubrimiento del aire deflogistizado, al investigador francés le queda claro que el aire no es un elemento inerte que recibe o entrega el flogisto, sino que el supuesto aire deflogistizado constituye un elemento. Repite los experimentos de Priestley con el óxido de mercurio y en 1775 aísla el aire “puro”. Desarrolla la idea de que en toda combustión lo que ocurre es una destrucción del aire “puro”, y el peso del cuerpo que ardió se aumenta exactamente en la misma cantidad del aire absorbido. Se opone así Lavoisier a la teoría del flogisto sobre la combustión. En esa época, se aceptaba que cuando metales como el estaño y plomo se calentaban en un recipiente cerrado que contenía aire, se observaba el aumento del peso del “calcinado” y la constancia del peso del sistema total, al tiempo que se crea un vacío parcial en el interior del recipiente y sólo aproximadamente una quinta parte del volumen del aire se consume. La interpretación que da Lavoisier a estos hechos es bien distinta de la de

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colegas británicos como Priestley y Black. Los metales no liberan flogisto al calcinarse sino que se combinan con un elemento componente del aire que es el que se había identificado como aire “puro”, y de ahí su incremento de peso. A partir de entonces nombra este nuevo elemento gaseoso como oxígeno.

En 1789, casi coincidiendo con la Revolución Francesa, Lavoisier publicó su Tratado elemental de química. Este libro fijaba los fundamentos de la química como una disciplina genuinamente científica, y los químicos suelen considerarlo como el equivalente en química de lo que fueron los Principia Matemática de Newton. Lavoiser expone en este libro el método cuantitativo para interpretar las reacciones químicas y propone el primer sistema de nomenclatura para los compuestos químicos, del que aún perduran por ejemplo, la clasificación de los compuestos binarios del oxígeno. Además, proporcionaba detalladas descripciones de las técnicas utilizadas, incluido el equipamiento y el tipo de experimentos realizados.

Por otro lado, estableció la definición más clara de lo que era un elemento químico, poniendo por fin en práctica la idea que había tenido Robert Boyle durante la década de 1660, relegando definitivamente a los cuatro elementos de los griegos. Se entiende por elemento toda aquella sustancia que no puede descomponerse en otras más sencillas.

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Además, presentó la primera tabla de los elementos que, aunque muy incompleta, se puede considerar como la base a partir de la cual surgió la tabla periódica moderna. El listado de las 33 sustancias simples presentando por Lavoisier tiene el siguiente encabezamiento: “Sobre la tabla de las sustancias simples o, al menos, de aquellas que el estado actual de nuestros conocimientos nos obliga a considerar como tales”, e incluye, entre otras, la luz y el calórico. Los nombres dados a las sustancias hasta entonces pretendían identificar cada sustancia según alguna de sus propiedades. Así, por ejemplo, las denominaciones asignadas se referían al color, al sabor, a una propiedad medicinal o al nombre del descubridor. Los compuestos se clasificaban por familias según los elementos que los constituían, adoptándose el acuerdo de nombrar en primer lugar la familia a la que pertenecían y en segundo lugar su rasgo específico (óxido de hierro). La proporción entre dos elementos que formaban más de un compuesto se indicaría cambiando la terminación del nombre específico. Las sales tomarían el nombre genérico del ácido y el específico de la base. La química adquiría así un lenguaje analítico, metódico y preciso, que permitía nombrar a cualquier nueva sustancia que se descubriese. Además, facilitó enormemente la tarea de los químicos a la hora de comunicarse los descubrimientos los unos a los otros.

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Desdichadamente, cuatro años más tarde Lavoisier es ejecutado en la guillotina al ser acusado de verse relacionado con un grupo de recaudadores de impuestos que los revolucionarios franceses consideraron un instrumento de corrupción de la odiada monarquía. Su amigo, el célebre matemático J. Lagrange diría: “un segundo bastó para separar su cabeza del cuerpo, pasarán siglos para que una cabeza como aquella vuelva a ser llevada sobre los hombros de un hombre de ciencias”.

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Guía de Trabajo:

1. Lee los artículos detenidamente; relee aquellos párrafos que te resulten difíciles; subraya las palabras que no conozcas o no interpretes adecuadamente y busca su significado.

2. Realiza una línea de tiempo con las fechas mas relevantes que se incluyen en el texto (se cuidadoso con la escala que elijas), ¿fueron contemporáneos? ¿se habrán conocido personalmente? ¿cómo se enteraban de los descubrimientos de los científicos de su época? Indica también acontecimientos culturales o históricos destacados de la época en la que se desarrollan las actividades de estos científicos.

3. ¿Cuáles fueron los distintos conocimientos que se tuvieron sobre el aire desde la época de los griegos hasta Lavoisier?

4. ¿Qué preguntas, generales y particulares, habrán guiado las experiencias de cada uno de los científicos estudiados en el texto? Enuncialas con tus palabras y proponé las respuestas que obtuvieron en cada caso.

5. Menciona que aportes realizó cada uno de los científicos mencionados a la Química, indica también en qué explicaciones propusieron que se modificaron después por no ser correctas.

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6. ¿Por qué crees que Priestley no avanzó hacia una explicación distinta a la del “flogisto” para su experiencia con óxido de mercurio, a pesar de tener indicios de que el “aire desflogisticado” era un elemento en sí mismo?

7. ¿Qué opinión tenés sobre la teoría del “flogisto”? ¿te parece creíble o no? ¿Qué pruebas se tenían a favor de su existencia? ¿y en contra?

8. ¿Qué vínculos podes establecer entre la realidad (social, política, económica, religiosa, personal) en el que trabajó cada uno y el desarrollo de sus investigaciones? ¿Qué aspectos de su entorno/realidad favorecieron sus trabajos científicos? ¿Cómo los influyó en cada caso?

9. ¿Qué similitudes y qué diferencias podés encontrar entre la experiencia que realizaste con “óxido de mercurio II” en el laboratorio y la que realizó Priestley? Podés utilizar un cuadro comparativo para responder.

10. ¿Cómo interpretó Lavoisier la misma experiencia? ¿Qué otras experiencias realizó sobre el tema? Comentalas brevemente.

11. Investiga sobre “el calórico” incluido en la tabla de elementos de Lavoisier, ¿por qué razón esta “sustancia ficticia” fue desestimada al igual que el “flogisto”? ¿puedes dar otro ejemplo de “sustancia ficticia”?

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3- Los distintos conocimientos que se tuvieron sobre el aire fueron: Las experiencias químicas del químico británico Joseph priestley están descriptas en experimentos y observaciones acerca de diferentes tipos de aire. el mas importante fue el descubrimiento del “oxigeno”, después de haber realizado una serie de experiencias varias, trato de extraer aire del oxido de mercurio y encontró por medio de un lente que podía hacer desprender “aire”. El nuevo aire era cuatro o cinco veces mejor que el aire común, tras experimentos con el nuevo aire descubrió que era mejor que el común también para la respiración. en otras experiencias observo que el aire común no ardía o no lo hace con facilidad y el nuevo aire no con tanta dificultad. Por eso el aire recién descubierto fue denominado aire deflogistizado.

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A fines de la década del 1760 el padre de la química moderna Antoine lavoiser había realizado una serie de experimentos que partían de los hallazgos de Joseph Black. Cuando prestley le comunica a Lavoisier su descubrimiento, al investigador francés le queda claro que el aire no es un elemento inerte que recibe o entrega flogisto, sino que el aire deflogistizado constituye un elemento. Con una gran serie de experimentos Lavoisier desarrolla la idea de que en toda combustión lo que ocurre es una destrucción del aire puro oponiéndose a la teoría del flogisto sobre la combustión.

4- Todo comenzó con una única pregunta: ¿podría haber dos tipos de flogisto, uno de peso positivo y otro de peso negativo? Un paso importante lo dio el científico Escocés Joseph Black. Lo que hizo Black fue calentar bases débiles y notar que, al calentarse, perdían pes. Los experimentos de Black fueron muy importantes porque mostraron que las sustancias gaseosas no solamente eran productos de los sólidos y líquidos, Sino que podían combinarse para generar otras entre ellos. Luego surgieron dudas y experimentos que llevaron a

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Joseph Priestley a descubrir el oxigeno un nuevo gas que era cuatro o cinco veces mejor que el común y a Antoine Lavoisier a desarrollar la idea de que la combustión ocurre una destrucción del aire puro.

5- A partir de 1789 Lavoisier expone: El método cuantitativo para interpretar las reacciones químicas y propone el primer sistema de nomenclatura para los compuestos químicos. Por otro lado, establece la definición más clara de lo que era un elemento químico, relegando definidamente a los cuatro elementos de los griegos. Presto la primera tabla de los elementos aunque muy incompleta pero fue la base de la tabla periódica moderna. Las sales tomarían el nombre genérico de acido y el especifico de la base. La química adquiría así un lenguaje analítico, metódico y preciso. Joseph Priestley y el aire deflogisticado mediante el calentamiento del óxido de mercurio. Para ello utilizó una lupa que concentraba rayos de sol sobre un poco de óxido de mercurio encerrado en una campana de vidrio.

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Joseph Black y el descubrimiento del dióxido de carbono (…)La explicación de los cambios de peso había que encontrarla, naturalmente, en los gases que se aparecían o se consumían durante la formación de los distintos compuestos. Un paso importante en este sentido lo dio el científico escocés Joseph Black. El químico y físico alemán George Stahl propuso un nombre nuevo al principio de inflamabilidad: lo llamó flogisto. (…)

6- Creemos que no avanzo ya que, nunca dejo de basarse en la teoría del flogisto, desde el principio hasta el final de su experiencia, el pensó siempre que el flogisto estaba presente de alguna manera.

7- El flogisto básicamente era el principio que se suponía formaba parte de todos los cuerpos, desprendiéndose durante la combustión. Esto lo vemos como algo abstracto, sin duda muchas cosas son desprendidas durante una combustión. Pero vemos al flogisto, como una forma fácil de explicar lo inexplicable para la época.

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8- Sabemos que en esa época las innovaciones con la combustión eran muy grandes, las maquinas de vapor, una de ellas, que exigía de alguna forma innovaciones. ¿Cómo hacerlas?, justamente la respuesta estaba siendo buscada por muchos científicos. Como muchos ya sabemos en la época de la alquimia se consiguió mucha sabiduría con respecto a sustancias, tal vez no su uso especifico pero solo bastaba con saber mas de la cuenta. Nosotros, contando no solo con la tecnología o la comodidad de un laboratorio con elementos específicos con respecto a su uso sabemos que cosas van más allá de lo que podemos hacer, o que cosas realmente no se pueden lograr. Tenemos pruebas contundentes de logros fallidos, y la química se supo tomar su tiempo para cada cosa, en fin, nosotros contamos con sabiduría que otra gente tal vez la tenia deformada con respecto a nosotros. A ellos por un lado creer en esas cosas que ahora sabemos que son imposibles, les favoreció mucho, ya que por lo que perdieron por un lado, lo ganaron de otro, se puede decir que la ciencia realmente sigue siendo un método de innovación y que por ello siempre ahí leyes o teorías que se ponen a prueba a diario, en aquella época la gente que realmente no carecía de dinero era la que podía hacer los mejores experimentos, hoy en día sigue siendo igual, solo la

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gente que tiene dinero para invertir en serio tiene mas posibilidades de llegar a un fin optimo y memorable

9- Priestley y su descubrimiento del oxido de mercurio. Materiales usados:

Una lente. Un tubo. Mercurio (oxido de mercurio). Una vela.

Procedimiento: El mercurio se deposito en el fondo del tubo, se calentó el tubo con la lente, luego de calentarlo encontró un gas de notables propiedades en la parte alta del tubo. Acerco una vela encendida al gas y noto que la vela ardió con mas luminosidad que la propia llama de ella.

Nosotros en el laboratorio: Mechero. Tubo de ensayo. Oxido de mercurio.

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Una varilla quemada.

Procedimiento: Colocamos una sustancia naranja en un recipiente (tubo de ensayo) lo calentamos y notamos que a los lados del tubo se encontraba una especie de vapor, ese vapor al rasparlo, se unía en mercurio puro.

10- En 1773 Prestley preparo el “aire deesflogisticado” (oxigeno).Lavocier confirmo en este trabajo, al percibir que en la combustión y calcinación de metales solo se usa una porción del aire, que este en realidad es una mezcla de 2 gases. Concluyo que el agente activo era el “aire no vital” (nitrógeno). Mostro que al combustionar este “aire” con el carbón se produce “aire fijo” (dióxido de carbono).

11- Se llama calórico a un fluido hipotético que impregnaría la materia y seria el responsable de su calor.

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Para Lavoisier las moléculas de todos los cuerpos están en un estado de equilibrio entre la atracción que tiende a aproximarlas y la acción del calórico que tiende a separarlas; según su mayor o menor cantidad de calórico los cuerpos son gases, líquidos o sólidos. El calóricos se difunde entre los cuerpos pasando de uno a otro por contacto.

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