Revolución de la Química en el XVIII.

Al siglo XVIII se le conoce por el nombre de siglo de las luces. Semejante bautizo encuentra razón en el movimiento que invade a Europa en el terreno de las ideas, promoviendo la modernización y el rechazo a todo lo que representara el Antiguo Régimen.

 

Las nuevas monarquías, a tenor con estos aires, conducen las reformas financieras y educativas que describen  como sistema de gobierno al despotismo ilustrado,  con el propósito de perpetuar el status quo de dominación clasista  y sus privilegios económicos.

 

Por su parte la burguesía, aliada de los cambios que significaban el progreso social,  prosigue minando las bases del régimen monárquico. Con este propósito levanta las banderas del liberalismo político y económico y abraza como suyo el modelo racional empirista.

 

Esta atmósfera social unida a la crisis que se desarrolla hacia la segunda mitad del siglo provoca una oleada de movimientos revolucionarios que tiene su más alta expresión en la Revolución Francesa. El dominio colonial se estremece con el surgimiento de la Rebelión Haitiana, la Guerra de Independencia de las 13 Colonias, y la sublevación de Tupac Amaru en el Perú, se asiste al comienzo de la llamada Era Moderna.

 

En el campo de los avances de la tecnología, se produce en el Reino Unido la Revolución Industrial que condicionada por factores socioecononómicos y de disponibilidad de recursos naturales favorables e  impulsada decisivamente por la innovación de la máquina de vapor de Watt (1769) y el telar mecánico de Cartwright (1783), provoca una transformación renovadora de la industria siderurgia y textil. Este crecimiento de la industria textil a su vez demanda el desarrollo de los tintes y acabados que abren el camino de la química industrial.

 

A partir de ahora una creciente interrelación se establece entre la tecnología y la ciencia, pero si al siglo pasado correspondió esencialmente la Revolución de la Mecánica, al siglo XVIII toca el cambio de paradigma en el ámbito de la Química.

 

El pensamiento enciclopédico signo de la época y la etapa de naciente formación en las Ciencias tal vez explique la inclinación abarcadora de los científicos de la época. Los grandes matemáticos   incursionan con frecuencia en el campo filosófico, se esfuerzan por explicar los fenómenos en su totalidad, e intentan construir los instrumentos matemáticos requeridos para la formalización de los experimentos en el campo de la Mecánica.

 

Los ideales físico-matemáticos del siglo XVIII

Se considera que las Matemáticas Puras, como sistema teórico, se debe al siglo XVIII. Y en este esfuerzo racionalizador de muchos destaca la figura del más brillante matemático del siglo XVIII, el suizo Leonhard Euler (1707-1783). En su copiosa obra realizó el primer tratamiento analítico completo del Álgebra, la Teoría de Ecuaciones, la Trigonometría y la Geometría Analítica. Además de su empresa matemática incursiona con notables aportaciones en el campo de la Mecánica, la Hidrodinámica y la Óptica.

 

En la tradición de búsqueda de nuevos instrumentos matemáticos para resolver problemas de la Física se inscribe la actividad del  francés Joseph Lagrange (1736-1813). En su principal obra (1788) Mecánica Analítica, abordó el estudio de la Mecánica utilizando el Cálculo de Variaciones creado por él; sistematizó el campo de las Ecuaciones Diferenciales; y trabajó en la Teoría de Números. Durante el periodo de la Revolución Francesa, estuvo a cargo de la comisión para el establecimiento de un nuevo sistema de pesos y medidas.

 

El terreno de la Dinámica de los Fluidos recibe un poderoso impulso con las aportaciones del más notable representante de la destacada familia Bernoulli, Daniel (1700 – 1782). La ecuación de Bernoulli presentada por primera vez en su Hydrodinámica cubre un amplio abanico de aplicaciones.

 

La constante gravitacional de Newton fue determinada experimentalmente en este siglo por el físico y químico inglés Henry Cavendish (1731-1810) y lo hizo burlando la debilidad de la fuerza gravitacional con una precisión superada sólo un siglo más tarde, a través de la determinación de la fuerza atractiva que ejercían  esferas de plomo de una gran masa sobre pequenas masas unidas a un péndulo de torsión. Cavendish resulta insuperable en materia del diseño experimental para mediciones cuantitativas de propiedades físico – quimícas  de las sustancias. Será pues una referencia obligada a lo largo de este siglo amén de la imborrable página escrita por él en la investigación de los gases.

 

Los primeros trabajos sobre el calor y la energía se desarrollan en este siglo y representan la base de la penetración en la estructura de la materia y de sus formas de movimiento que se produce en el XIX.

 

Las nociones elaboradas por el sabio ruso Mijail Lomonosov (1711 – 1765) sobre el calor se inscriben en el desarrollo del atomismo que desde el siglo anterior  lo relaciona con el movimiento corpuscular. Lomonosov comparte y critica la obra de Boyle, sosteniendo que la ley del irlandés sobre los gases debe sufrir una desviación notable para la región de las altas presiones debido al volumen ocupado por los átomos.

 

Los experimentos que pretendían medir los intercambios de calor entre los cuerpos exigían el desarrollo de la termometría que habían iniciado los académicos florentinos del siglo XVII. Ya en 1702 el instrumentista francés Guillaume Amontons (1663 – 1705) había demostrado la relación entre la presión de un gas y su temperatura, proponiendo la construcción de un termómetro de gas a volumen constante. Estas ideas sugerían la existencia de una temperatura mínima.

 

Hermann Boerhaave (1668-1738), considerado uno de los padres de la química – física, es merecedor de tal distinción ante todo por haber introducido medidas exactas en la Química, usando las mejores balanzas y termómetros disponibles en la época. Sus estudios de la combustión lo llevaron a demostrar que el agua es uno de los productos de esta reacción, probar que el calor es imponderable, y realizar los primeros estudios calorimétricos contando en las primeras décadas de este siglo con la colaboración de un discípulo que mostraba una especial vocación y aptitud para la fabricación de instrumentos de medición y el soplado del vidrio: Daniel G. Fahrenheit (1686 – 1736).

 

El eminente instrumentista de origen polaco Daniel Fahrenheit continúa los trabajos por el sendero de la termometría. La práctica había demostrado que existían estados con temperatura constantes. Fahrenheit descubre que la temperatura de ebullición del agua es sólo constante a una presión barométrica dada y propone en 1714 la primera escala basada en dos puntos fijos: la temperatura de fusión del hielo al que asignó un valor de 32 y la temperatura del cuerpo de un hombre saludable, para la cual fijó un valor de 96.

 

La escala centígrada nacería cuando en 1741, el profesor de astronomía de la Universidad de Uppsala Anders Celsius (1701 – 1744) construye un termómetro de mercurio que marca el cero para la temperatura de ebullición del agua y el 100 para la temperatura de fusión del hielo. Celsius se haría inmortal cuando la Novena Conferencia General de Pesos y Medidas en 1948 aprobó referir los grados de la escala centígrada como “grados Celsius”.

 

No menos trascendentes resultaron los experimentos de Fahrenheit y Boerhaave al estudiar el intercambio de calor entre iguales masas de agua y mercurio puestas en contacto a diferentes temperaturas. Resultó que la temperatura final no es en este caso el promedio aritmético de las temperaturas iniciales.

 

La interpretación de este comportamiento experimental se debe al médico y físico químico escocés Joseph Black (1728 – 1799). Los complejos vasos comunicantes que conectaran los trabajos de Boerhaave con las ideas de Black se encuentran en la influencia recibida por su mentor William Cullen (1710-1790), primer profesor de Química en Escocia y descubridor del efecto de refrigeración producido por la evaporación de los líquidos, de parte de otro importante eslabón en esta cadena de transmisión, el introductor de la enseñanza de la química moderna en las islas británicas, discípulo de Boerhaave en Leiden, Andrew Plummer (1698-1756).

 

Black admitió como correcta la hipótesis de que la sustancia termógena cedida por la sustancia caliente era obtenida por la sustancia fría, pero estas cantidades de calor iguales varían de distinta forma la temperatura de iguales masas de agua y mercurio. El agua y el mercurio, según el razonamiento de Black presentaban diferentes capacidades para el calor. A él se debe también la introducción de los conceptos del calor específico y el calor latente de vaporización de las sustancias.

 

Estas nociones desarrolladas por Black representan los primeros logros de la naciente  termodinámica. Le corresponde además el mérito, no destacado lo suficiente, de haber influido sobre su ayudante, el instrumentista de la Universidad de Edimburgo,  James Watt (1736-1819), quien con sus innovaciones a la primera máquina de vapor llevó a la práctica sus descubrimientos.

 

Cavendish, contemporáneo de Black, hizo contribuciones relevantes al desarrollo inicial de la termodinámica. Aplica nuevas técnicas cuantitativas para descifrar la interacción del calor con las sustancias, midiendo calores de fusión y evaporación de sólidos y líquidos. Es también Cavendish el primero en descubrir la existencia de composiciones en las disoluciones que ofrecen  temperaturas mínimas de congelación.

El repertorio de resultados experimentales conformado hacia la segunda mitad del siglo cristaliza en la concepción del carácter sustancial del calor propuesto por Lavoisier, explicada en los siguientes términos:

1.      Es una sustancia sutil que no puede ser creada ni destruida, pero si fluir de un cuerpo a otro cuando estos estén en contacto.

2.      Se comporta como un fluido elástico y sus partes se repelen entre sí, pero son atraídas por las partículas que componen los cuerpos y esta atracción depende de la naturaleza de cada cuerpo.

3.     Se puede presentar en estado “sensible” o “latente” de forma que en el primer estado se encuentra rodeando a las partículas como si fuera una especie de atmósfera a su alrededor y en estado latente se halla combinado con las partículas materiales en formas semejantes a las  combinaciones químicas.

 

Los experimentos llevados a cabo por el estadounidense Benjamín Thompson ( 1753 – 1814), Conde de Rumford, a fines de este propio siglo demostraron que el trabajo mecánico podía producir calor, lo cual debió fertilizar el camino para la aceptación del calor como una forma de energía y contribuir al desarrollo de la ley de conservación.

 

Sin embargo las ideas que prevalecieron en la comunidad científica de la época se corresponden con una etapa del desarrollo de las ciencias en que se introducen un conjunto de agentes sustanciales como el flogisto, el éter, y el calórico. Estas posiciones, un tanto ingenuas se basaban en el principio de no introducir la acción a distancia para explicar los fenómenos físicos al no disponer de conceptos y núcleos teóricos acerca de los campos, de las múltiples formas de energía,  y de sus transformaciones de unas formas en otras. No sería hasta mediados del próximo siglo XIX  que nuevos resultados experimentales permitieran la edificación de un cuerpo teórico acerca del calor, como energía en tránsito.

 

En el campo de la electricidad,  en 1 777 el físico francés Charles Coulomb (1736 – 1806) inventa la balanza de torsión para medir la fuerza de atracción entre cuerpos eléctricamente cargados y en 1785 inaugura la electrostática al descubrir su ley fundamental. La formulación de la ley recuerda matemáticamente a la ley de la gravitación universal. La unidad de medida de la carga eléctrica, el Coulomb,  perpetúa su nombre.

 

Por su parte Benjamín Franklin (1706 – 1790), al abordar los fenómenos eléctricos combinó teoría y práctica siendo capaz de realizar invenciones como el pararrayos y al mismo tiempo elaborar, según los postulados de la mecánica newtoniana la llamada teoría del fluido único que abonó el camino de progresos en el campo del electromagnetismo alcanzado en el siguiente siglo.

Principales hitos en las ciencias de la vida.

La revelación de una gran diversidad de faunas y de flores representan un acontecimiento decisivo para las ciencias de la vida del siglo XVIII. Las colecciones descubiertas por las misiones de exploración permitieron crear los gabinetes y museos de Historia Natural. En este momento se erigieron como los principales objetivos de los naturalistas la identificación y clasificación de los organismos y la comprensión de la diversidad de los constituyentes de la vida.

 

En la consecución del primer propósito brilló el médico y botánico sueco Carl von Linneo (1707-1778). Linneo desarrolló la primera nomenclatura binomial para clasificar y organizar a los animales y las plantas. Fue en Holanda (adonde partió para completar su formación en el centro médico europeo de Leiden)  que publicó en 1735 su primera obra taxonómica “Systema naturae”. Una parte genérica y una parte específica debieran condensar “lo general y particular” característico para un animal o planta. Décadas más tarde, tal sistema binomial sería trasladado por Lavoisier al mundo de las sustancias químicas para enterrar definitivamente el arcaico lenguaje heredado de la alquimia.

 

Unos 15 años después en Uppsala, donde Linneo dirige la cátedra de Botánica de la  Universidad, sale a la luz su obra magna  “Philosophia botánica” en la que propone la elaboración de un sistema natural de clasificación a partir de la creación inmutable, de todas las especies.  Esta concepción  de que cada especie es un atributo invariante de la Creación va siendo progresivamente minada por los naturalistas que estudian la historia de las especies, su capacidad de adaptación y variabilidad.

 

En el progreso de la “historicidad” de la naturaleza constituye un hito la obra del naturalista francés Georges Louis Leclerc, conde de Buffon (1707-1788). En un período de cuarenta años que cubren casi completamente la segunda mitad del XVIII  Leclerc publica un tratado en 36 volúmenes de Historia Natural. En esta obra introduce las nociones de biogeografía y de cronología de la tierra que bombardean “principios incomovibles” aún en pleno siglo de las Luces como la edad de la tierra fechada por la iglesia en seis mil años, o la creación divina e inmutable de las especies. Buffon sugiere  la ascendencia común de los mamíferos y trata la cuestión delicada de las semejanzas entre los hombres y los grandes simios.

 

El siglo XVIII fue testigo también de los descubrimientos que constituyen la base de la moderna fisiología vegetal, la rama de la botánica que estudia las funciones básicas de las plantas. Una de las primeras tentativas de abrirse paso en el terreno de la fisiología con las armas que brindaba el conocimiento físico – químico fue realizada por el inglés Stephen Hales  (1677-1761), clasificado como químico, botánico y fisiólogo. Egresado de la Universidad de Cambridge (de donde partiera hacia Padua en el siglo XVII el joven William Harvey) Hales demostró en 1726 que la circulación sanguínea ejerce una determinada presión, logrando medir la presión de la sangre en un caballo. Un año después publica “Estática Vegetal” considerada la primera obra de fisiología vegetal. En  esta obra  Hales reporta los experimentos que demuestran la respiración y transpiración de las plantas, así como la evaporación desde las hojas y el movimiento de los líquidos a través de las raíces y de las plantas.  Una contribución esencial brindada a la Química por Hales fue la invención de la cuba neumática para recoger los gases poco solubles en agua. Por fin es que los gases relacionados con el aire y la respiración que centraron la atención de los químicos de la segunda mitad de este siglo exhiben una escasa solubilidad en agua.

 

Lázaro Spallanzani (1729 – 1799),  continuador de la tradición investigativa en el campo de la Biología experimental iniciada en las Universidades florentinas del siglo XVII,   anuncia en el propio título de su más importante trabajo «Dissertazioni di fisica animale e vegetale» (Modena, 1780) que esta vez desde la cátedra de Física, surge el científico que rechaza con experimentos la teoría de la generación espontánea, aborda la caracterización de los jugos digestivos, inicia el camino de la inseminación artificial, y en sus últimos estudios, cuando apenas se estaban esclareciendo por los químicos de la época el intercambio gaseoso que caracterizaba la respiración pulmonar, Spallanzani diseñó experimentos que pretendieron aclarar el mecanismo de la respiración al nivel de los tejidos.

 

En medio de su objetivo de aclarar la composición química del aire y el papel que este juega en transformaciones vitales de los seres vivos el químico inglés Joseph Priestley demostró que las plantas en crecimiento «restauran» la naturaleza vivificante del aire flogisticado por la llama de las velas o la respiración de los animales. Esta observación fue ampliada poco después por  el fisiólogo holandés Jan Ingenhousz (1730-1799)  al descubrir que hace falta luz solar para que las plantas cumplan esta función. Asistimos así al primer capítulo en la comprensión del fenómeno de la fotosíntesis. Demoró aún más el desarrollo de una conciencia sobre la necesidad de preservar “los pulmones” del planeta.

 

En el ámbito de la medicina destacaremos sólo dos logros relevantes que guardan estrecha relación con el avance de la fisiología  y que demandaron una pronta  penetración del conocimiento físico – químico, estrechando los nexos entre estas disciplinas y las ciencias de la vida.

 

El bando papal de Sixto IV, que autorizara la disección de los cadáveres en el siglo XV y su posterior ratificación por Clemente VII un siglo más tarde se reconocen entre las causas que provocaron la Revolución en la Anatomía, iniciada por Vesalio y continuada en el XVII por los profesores de las Universidades de la Italia Septentrional  entre los cuales Malpighi cierra el siglo XVII con el desarrollo de la Anatomía microscópica.

 

A lo largo de las primeras décadas del XVIII, Giambattista Morgagni (1682-1771) heredero de la cátedra de Anatomía de la Universidad de Padua, desarrolla la Anatomía patológica, con ayuda de la cual descubre la íntima relación existente entre alteraciones funcionales y físicas de los órganos.

 

Hacia fines del siglo XVIII,  la viruela hacía estragos entre la población, sobre todo infantil, en Europa. El tratamiento con que se pretendió prevenir la enfermedad consistía en inocular en personas sanas “humores” extraídos de las postillas de aquellos que padecían la enfermedad de forma leve. Con frecuencia esta práctica conducía a fatales resultados.

 

El médico británico Edward Jenner (1749-1823) apreció entre sus pacientes que aquellos expuestos a la viruela vacuna,  enfermedad más benigna, eran resistentes a las inoculaciones de pus de la viruela mortal. En 1796 Jenner inoculó  a un niño humores de la viruela vacuna y seis semanas después le aplicó una segunda inoculación, esta vez de la viruela mortal, con resultados positivos. En 1798, tras el éxito conseguido en otros casos similares, escribió “Investigaciones acerca de las causas y efectos de las vacunas de la viruela”, obra en la que introdujo el término “virus”. Había descubierto la vacuna contra esta enfermedad y al mismo tiempo pondría el primer peldaño en el desarrollo de la inmunología. Casi 200 años después la Asamblea Mundial de la Salud declaraba en 1980 al planeta libre del flagelo de la viruela.

 

 

El desarrollo de la minería y su reflejo en el descubrimiento de nuevos elementos

 

En Suecia, importante polo del trabajo científico europeo, donde con algún retraso se había fundado en 1710 la Sociedad Real de las Ciencias en Uppsala, el desarrollo de la minería y la mineralogía condicionó el surgimiento de una escuela de químicos que a lo largo de este siglo realizara numerosos aportes en el análisis de minerales, en la comprensión y gobierno de los procesos de su reducción, enterrando definitivamente el ideal alquimista de transformar metales nobles en oro.   Entre 1730 y 1782 se reportan los descubrimientos del cobalto, níquel, manganeso, manganeso, wolframio, titanio y molibdeno.

 

Pionero de la tradición sueca en este ámbito de la mineralogía fue el profesor de la Universidad de Uppsala, la primera en ser fundada en Escandinavia en 1477, Johann Gottschalk Wallerius (1709-1785). A Wallerius se le reconoce como el primero en establecer un sistema de clasificación de los minerales según un criterio químico. Para ello debió desarrollar el análisis químico y determinados ensayos cualitativos.

 

Sucesor de Wallerius en la cátedra de Química en 1768, Torben Olof Bergman (1735 – 1784) se había doctorado una década antes en la propia Universidad de Uppsala donde se  destacó en diversos campos de las ciencias en particular en geología y mineralogía pero sobre todo en la Química.  A pesar de su corta vida (Bergman muere apenas con 50 años víctima de tuberculosis) se puede considerar con justicia fundador de una escuela de Química en Upssala que cuenta entre sus discípulos a figuras de la talla de Karl W. Scheele (1742-1786), Peter Jacob Hjelm (1746 – 1813), Johan Gadolin (1760 – 1852), y los hermanos españoles Juan José (1754 – 1796) y Fausto (1755 – 1833) Elhúyar, entre otros destacados químicos de la época.

 

La publicación en 1778 de la obra de Bergmann “De analysi aquarium”  constituye pieza clave en el desarrollo del análisis cuantitativo por vía húmeda. Se destaca también por su versión mejorada de las tablas de afinidades de Geoffrey y es considerado uno de los fundadores de la Química Mineralógica. Fue capaz de aplicar sus conocimientos sobre las propiedades del dióxido de carbono y sus habilidades en el análisis para proponer un método de producir aguas minerales artificiales. Sus trabajos analíticos resultan rampa de lanzamiento para el descubrimiento o aislamiento con relativa alta pureza de nuevos metales.

 

El más notable representante de la generación de químicos suecos del siglo XVIII y campeón absoluto en la lid de los descubrimientos de elementos de esta centuria fue Karl W. Scheele. A la edad de catorce años Scheele se desempeñaba ya como aprendiz de boticario en Gotemburg y poco después inició sus estudios en forma autodidacta en el laboratorio químico. En 1770 estableció contacto con el líder de los químicos suecos de la época T.O. Bergman y recibió su ayuda pero nunca cursó estudios formales de química. No obstante Scheele se convirtió en uno de los más grandes químicos experimentales de todos los tiempos tomando parte en el hallazgo de nuevas sustancias entre las que se encuentran los compuestos del cloro, flúor, manganeso, bario, molibdeno, wolframio y oxígeno. En el campo de los compuestos orgánicos Scheele aisló y caracterizó a los ácidos tartárico, cítrico, benzoico, málico y oxálico. Su muerte prematura, a los 43 años de edad se asocia a las largas exposiciones que sufrió a compuestos tóxicos que fueron preparados primeramente por él tales como el ácido arsénico y el cianuro de hidrógeno.

 

Generalmente los descubrimientos atribuidos a Scheele en el campo de los elementos metálicos constituyen trabajos a “dos manos”. Ejemplos de estas investigaciones son los clásicos estudios de la obtención del cloro con la pirolusita (óxido de manganeso (IV)) que condujeron luego al aislamiento del manganeso en 1774 con la participación decisiva de su colaborador el químico e industrial sueco Johann Gottlieb Ghan (1745-1818), o las seguidas para obtener por vez primera el molibdeno. Los trabajos analíticos llevados a cabo por Scheele en 1778 sobre la molibdenita le hacen rechazar la creencia de que este mineral se trataba de un compuesto del plomo y le llevan a considerar que estaba en presencia del sulfuro de un nuevo elemento. No pasarían cuatro años para que su hipótesis quedara confirmada cuando el discípulo de Bergman, el sueco Peter Jacob Hjelm logra reducir con carbón el residuo ácido que queda cuando se trata con ácido nítrico la molibdenita, aislando así el nuevo metal. Debió pasar más de un siglo para que el químico francés Henri Moissan (1852-1907) lo obtuviera con elevada pureza y le determinara en rigor sus propiedades físicas y químicas.

 

Corría el año 1783 cuando los hermanos españoles Elhuyar, analizando muestras del mineral conocido como wolframita en la Escuela de Explotación Minera que fundaran en Vergara, obtuvieron el mismo ácido producido por Scheele a partir del mineral conocido como tungsteno en Suecia, y prosiguieron hacia el aislamiento del nuevo metal mediante la reducción enérgica del ácido: habían descubierto el wolframio.

 

La escuela alemana forjada en la Universidad de Halle pasa en línea de sucesión por Johann Heinrich Pott (1692 – 1777) quien defiende su tesis doctoral bajo la dirección de Sthal en 1717 y luego en Berlín ejerce la docencia de la Química Teórica y Práctica cursada en el Colegio Médico Quirúrgico de Berlín, contando entre sus alumnos a uno de los grandes del siglo XVIII, Martín Heinrich Klaproth (1743 – 1817). Pott investigó profundamente la fabricación de la porcelana y es considerado fundador de la industria cerámica. Su actividad abarca también la química farmacéutica llegando a ejercer la dirección de la Farmacia Real berlinesa.

 

A pesar de que su formación inicial en química transcurrió en los marcos de la Farmacia, Martín Heinrich Klaproth (1743-1817) se inclina posteriormente hacia el análisis de los minerales y se sitúa entre los padres de la Química Analítica, fundando la tradición alemana en este campo desde la cátedra de Química de la recién fundada Universidad de Berlín (1810) que a partir de entonces irá adquiriendo el liderazgo mantenido por el recinto universitario de Halle.

 

A Klaproth se deben los descubrimientos del zirconio y del uranio. El uranio fue descubierto en 1789, en la pechblenda. Se ha afirmado erróneamente que al así bautizarlo se honraba al descubrimiento del séptimo planeta del sistema solar en 1787 por el científico alemán, nacionalizado británico, William Herschel (1738-1822), pero lo cierto es que este planeta recibe este nombre mucho después a finales del XIX. El nombre de Klaproth aparece vinculado también a los descubrimientos del estroncio (1793), titanio (1795), cromo (1797), teluro (1789) y cerio (ya en el siglo XIX,1803).

 

La Escuela francesa que tan relevante contribución hizo en esta centuria al desarrollo de la Revolución de la Química y de su enseñanza aporta un exponente brillante del trabajo en el análisis químico.  Sucesor de la generación de los padres, en particular discípulo de Antoine-François Fourcroy (1755 – 1809), Nicolás Louis Vauquelin (1763 – 1829), formado en el mundo de la Farmacia, lo desborda y sus trabajos analíticos no reconocen fronteras entre muestras vegetales o minerales. En este último campo Vauquelin descubre en 1797 el cromo en los minerales del plomo y un año después, analizando una esmeralda del Perú (cristales prismáticos verdes del berilo, la mena principal del berilio) descubre un nuevo óxido. Su aislamiento debió esperar por las conquistas del siglo siguiente cuando de forma independiente el pedagogo y químico alemán Friedrich Wöhler (1800 – 1882), y el farmacéutico francés Antoine A. B. Bussy (1794 – 1882), reducen en 1828 el cloruro de berilio con potasio metálico.  La inclinación de Vauquelin por el estudio de las sustancias naturales lo lleva a descubrir el primer aminoácido ya en los primero años del siglo siguiente: la aspargenina en 1806.

 

Toda la práctica de la especie humana anterior al siglo XVIII  había producido el hallazgo de 13 elementos químicos, entre ellos nueve metales típicos. La expansión de los conocimientos químicos significó en esta centuria  sumar trece elementos al repertorio de los metales. En poco más de cincuenta años se superaría el número de metales descubiertos por más de seis siglos de infructuosa búsqueda alquimista. Con el paso del tiempo, estos metales se emplearían en la fabricación de materiales estratégicos para el avance tecnológico.

 

Pero hubo un momento, hacia la mitad del siglo, que merece una atención especial: Joseph Black desarrolla las investigaciones clásicas sobre “el magnesia alba” que pretendían encontrar las vías de disolver los cálculos renales y terminan por iniciar el bombardeo final de aquella visión, cuestionada el siglo pasado, de los gases como sustancias inertes y del aire como receptáculo inerte. Como “subproducto” de estos estudios, Black  descubre un metal que ya anteriormente, en 1695 el fisiólogo inglés Nehemiah Grew (1641 – 1712) lo había encontrado en forma de sulfato en las aguas del manantial de Epsom: el magnesio. Con Black se abre el escenario investigativo al estudio del aire y otros gases por lo cual la escuela británica de este siglo se llena de gloria.

 

En la mirilla los procesos de combustión

Dada la importancia práctica de los procesos de combustión es comprensible que las primeras propuestas teóricas estuvieran enfiladas a explicar lo que acontecía durante la quema de los combustibles. No es posible olvidar que en la Europa de la segunda mitad del siglo XVII la industria metalúrgica experimenta cierta expansión, y este desarrollo implicaba un costo energético que se sustentó en la tala de los bosques europeos. Resulta sorprendente sin embargo que fueran tempranamente emparentados las reacciones de combustión y el enmohecimiento que sufrían los metales. Esta conexión fue revelada por el médico-químico alemán Georg E. Stahl (1660 –1734) quien realizó, como ya fue comentado, a partir del último tramo del XVII un esfuerzo teórico integrador apelando a un agente transferible en el acto químico, que tenía en el aire su medio de transporte y en ocasiones de almacenamiento, el flogisto.

 

Según Stahl el flogisto podía considerarse como un principio elemental que se liberaba rápidamente por los combustibles al arder y durante la calcinación de los metales, o lentamente durante su enmohecimiento. Siguiendo el pensamiento del flogista, el metal representaba la sustancia compuesta mientras la escoria oxidada, resultante de la pérdida del flogisto, significaba la sustancia más elemental.

 

Las plantas por su parte absorbían el flogisto del aire y de ahí a los animales. Las sustancias de las plantas y los animales eran ricas en flogisto y cuando ellas reaccionaban con los calx le restituían el flogisto y los reconvertían en metales. El carbón era considerado extremadamente rico en flogisto. En consecuencia la tercera transformación química, de máxima importancia en la época, la liberación de los metales por reducción de los minerales bajo la acción del carbón vegetal y el calor, era interpretada como una transferencia del flogisto desde el carbón hacia el mineral con lo cual el metal resultante se hacía rico en flogisto.

 

Esta teoría, aunque presentaba el cuadro químico del mundo al revés representó una explicación racional de la combustión y los químicos por primera vez creyeron que se hacía posible comprender las reacciones químicas que les rodeaban, estimulando el desarrollo de experimentos sobre la combustión, la oxidación, la respiración, y la fotosíntesis. Estos estudios se encargaron pronto de revelar la incapacidad de sus postulados para explicar los resultados cuantitativos que iban acopiándose y sin embargo la mayoría de los investigadores de las segunda mitad del siglo continuaban esforzándose por encajar sus resultados en los marcos de los presupuestos del flogisto.  En suma, de manera contradictoria empujó al desarrollo de la experimentación y empañó la interpretación de los resultados.

 

En 1756 Black había publicado la parte química de su tesis para el grado de doctor de Medicina de la Universidad de Edinburgo bajo el título “Experimentos sobre la  Magnesia Alba, la Cal y algunas otras sustancias alcalinas”. Para muchos esta publicación marca el inicio de la química moderna. Al demostrar que la transformación de la piedra caliza en cal viva se acompaña del desprendimiento de un gas, y que al dejar la cal viva en el aire se regenera la caliza, estaba descubriendo que en el aire existe el mismo gas desprendido y había revelado que la reacción podía transcurrir en uno u otro sentido. Profundizando en la identidad del gas investigado  comprobó que era el mismo ya bautizado el siglo anterior por van Helmont como gas silvestre, desprendido durante la fermentación,  causante de la efervescencia en la reacción entre la caliza y los ácidos o liberado durante la combustión de una vela y otros materiales. Black lo renombra como “aire fijo” porque podía fijarse, recombinarse,  para regenerar el sólido del cual se origina.

 

Los descubrimientos de Black ocupan un lugar muy importante en la Historia de la Química.  Comprobó la reversibilidad del proceso químico,  reconoció al dióxido de carbono como un componente natural del aire; demostró que los aires pueden ser analizados y tienen un comportamiento químico dado más allá del conocimiento de sus propiedades mecánicas; y como si fuera poco retomó la medición cuantitativa de las masas de las sustancias durante las transformaciones químicas, descubriendo que una pérdida en peso acompañaba al desprendimiento del dióxido de carbono durante la descomposición de la caliza.  Para Black, sin embargo, los experimentos que pretendían aclarar la combustión de una vela ofrecían resultados enigmáticos cuya dilucidación encomendó a su discípulo Daniel Rutherford (1749 – 1819). 

 

En 1766, Cavendish presentó en la Royal Society su informe sobre “Factitious Air” en el que con particular atención describe las propiedades sobresalientes del gas liberado durante la reacción del ácido clorhídrico con algunos metales. Estaba coronando un proceso ya iniciado más de un siglo atrás por Boyle. Ahora, Cavendish especuló sobre la posibilidad de haber aislado el propio flogisto. Al lanzar esta hipótesis se basó en dos de sus propiedades: era el gas más ligero de los conocidos y presentaba una alta inflamabilidad.

 

A partir de este momento sobrevendría una nueva ronda de descubrimientos de gases que encontraría entre sus más afamados personajes al joven discípulo de Black, al clérigo británico Joseph Priestley (1738 – 1804), al farmacéutico sueco Carl Scheele y finalmente al químico francés Antoine L.   Lavoisier.

Combustión y respiración: el aire como denominador común

El primer nexo entre la combustión de una sustancia y la respiración de un animal se obtiene por el discípulo de Black,  Daniel Rutherford. Todos los experimentos que diseñó hacían ver que su línea de pensamiento preveía la existencia de una aire vital. Confinó un ratón en un recipiente cerrado hasta provocar su muerte. En el aire residual hizo arder pálidamente una vela hasta apagarse y a continuación provocó una fugaz ignición del fósforo. El aire que entonces quedó lo hizo pasar a través de una solución alcalina de modo que fuera absorbido “el gas fijo” de su mentor. Tenía en sus manos una muestra de aire inerte al que llamó gas “noxious”  en el que no podía vivir un ratón, ni podía realizarse la combustión. Podría imaginar que estaba frente a un gas agotado del componente vital y al mismo tiempo responsable de la combustión pero su hipótesis fue bien otra. En los marcos de la teoría del flogisto tanto la criatura viviente al respirar como el material al arder liberan flogisto y llegan a saturar el aire de esta sustancia. Por tanto el aire que logró inequívocamente aislar no era otro que un “aire flogisticado”, saturado de flogisto. Invertir esta relación exigía romper con la noción de que el aire era un elemento inerte en el cual se portaba o transportaba el flogisto. Pero esta tarea no correspondió a Rutherford, quien luego de su trascendental descubrimiento en el área de la Química, ya graduado se dedica a las investigaciones y la docencia  desde  la cátedra de Botánica. Walter Scott, su sobrino político, lo supera en fama por sus brillantes novelas históricas.

 

Por segunda ocasión en pocos años los experimentos demostrarían que un vínculo profundo existía entre combustión y respiración. Estos resultados fueron alcanzados por el químico – físico inglés Joseph Priestley (1738 – 1804) en la década de los setenta. En primer lugar comprobó que en una atmósfera compuesta por el gas liberado en la combustión de una vela (saturado de flogisto, donde moría un ratoncillo) podía vivir una planta. Y algo más sorprendente aún, demostró que el aire residual, que quedaba después de largas horas de permanencia de una planta en su seno resultaba vivificante, pues en él un ratón se mostraba especialmente activo y juguetón. Al mismo tiempo observó que en este aire inicialmente «saturado de flogisto», y luego modificado por la acción de las plantas, los materiales ardían con más facilidad.

 

Desde otro ángulo, los resultados de Priestley representaron los primeros indicios de que plantas y animales formaban un equilibrio químico que hacía respirable la atmósfera de la tierra. La enorme significación de este equilibrio ha sido lentamente comprendida por la humanidad. Pero en el siglo XVIII de nuevo la teoría del flogisto impuso una línea de pensamiento que hacía ver la obtención de un aire desflogisticado, la antítesis del aire aislado por Rutherford.

 

Pero la liberación del gas desflogisticado y su aislamiento mediante un proceso químico de naturaleza reversible como el descubierto por Black al estudiar la descomposición de la caliza,  fue observada en el verano de 1774 por   Priestley al calentar el sólido formado durante la reacción del aire con el mercurio. El gas colectado por desplazamiento del agua  mostraba las cualidades correspondientes a su aire vivificante («un aire desflogisticado»). Es este experimento el causante de la polémica histórica alrededor del descubrimiento del oxígeno.

 

Dos años antes en Estocolmo, el químico sueco Carl Scheele (1742-1786) logro aislar el aire desflogisticado de Prietsley, al cual bautizó con más propiedad aire incendiario, para destacar que en su seno ardía vivamente una vela y una astilla incandescente rápidamente se inflamaba. Sin embargo no publicó sus investigaciones hasta 1777, en el libro de sugerente título “Tratado Químico sobre el aire y el fuego”. En este libro describe los procedimientos para determinar la composición del aire, que según demuestra está constituido por “fluidos ligeros de dos géneros”. Por primera vez está apuntando la existencia de los dos principales componentes del aire: el nitrógeno y el oxígeno. Se venia derrumbando la noción del aire como algo elemental e inerte.

 

A 18 años del descubrimiento del hidrógeno, una vez descubiertos el aire “flogisticado” y “desflogisticado” de los británicos, o “los fluidos ligeros de dos géneros” de Scheele, Cavendish vuelve a la carga con sus centenares de análisis para demostrar que el aire es una mezcla constituida por aire flogisticado (79,167%) y desflogisticado (20,833%). Con una fina intuición, sospechó que “posiblemente lo que llamamos con el término de aire flogisticado es realmente un grupo de diferentes sustancias”.

 

Las aportaciones de la Escuela Francesa

Una aproximación a los trascendentales descubrimientos de Lavoisier exige pasar revista a algunas cabezas visibles que le precedieron y acompañaron en esta Revolución de la ciencia  coincidente en tiempo y espacio con una Revolución social partera de cambios profundos en la vida de los hombres y de las ciencias.

 

Es notable a partir de la segunda mitad del siglo, el esfuerzo desplegado por numerosos químicos por encontrar las vías de sintetizar industrialmente los productos químicos. En esta tendencia se inscribe Nicolas Leblanc (1742 – 1806). Leblanc desarrolla en 1775 un procedimiento para producir a escala industrial la soda (el carbonato de sodio) a partir de las soluciones de sal común. Por este método gana un premio de la Academia de Ciencias francesa que lo invierte en la construcción de la fábrica. Ya en 1791 abrió la planta que empleaba el nuevo procedimiento para producir masivamente el valioso  producto. Catorce años más tarde, arruinado se suicida en Saint-Denis, la ciudad industrial a orillas del Sena en las proximidades de París.

 

Las vidas profesionales de Pierre Joseph Macquer (1718-1784) y Antoine Baumé (1728 – 1804) se entrecruzan en la labor magisterial fundando un curso que ofrecen desde 1757 hasta 1773 y en la actividad investigativa en torno al estudio de la fabricación de laporcelana. Macquer es consejero científico de la célebre fábrica de porcelana de Sèvres, ciudad en las afueras de París. Interesados ambos en el progreso de la fábrica de tapices de los Gobelinos desarrollan nuevos métodos de tinción de la seda. En la producción científica, Macquer fue el primero que al publicar en 1756 sus “Élemens de Chimie théorique et pratique” ofreció la idea de una química como disciplina sistemática y cuantitativa. Sorprenden sus palabras, cuando, a pesar de los trabajos de Boyle, aún prevalecía cierta turbidez sobre “los principios o elementos”: “El objeto y principal objetivo de la Química es separar las diferentes sustancias componentes de un cuerpo, examinar cada una individualmente, determinar sus propiedades y analogías, descomponerlas de nuevo si es posible, compararlas y combinarlas con otras sustancias…” Y más adelante va aún mas lejos al afirmar: “producir cuerpos compuestos nuevos los cuales la naturaleza aún no nos ha dado como modelo”.

 

De vuelta a los métodos cuantitativos y la intervención de Lavoisier en la explicación de los problemas claves.  

 

Amén de la labor magisterial de Guillaume François Rouelle (1703 – 1770) que lo sitúa incluso como profesor de Lavoisier, se destaca por sus «Études sur les sels neutres » publicados en 1744 en los cuales establece que una sal es el resultado de la acción de un ácido sobre un álcali, o sobre una «terre» (óxido), o sobre un metal, y propone una clasificación metódica de las sales. Algunos afirman que sus determinaciones de la densidad de los ácidos minerales y en general sus mediciones precisas abren una nueva etapa en el desarrollo de la química.

 

Tal vez las conquistas teóricas más sobresalientes de la Química de la primera mitad del siglo XVIII quedan representadas por las ideas del científico ruso Mijail Vasilievich Lomonosov (1711 – 1765). Lomonosov alcanza celebridad no sólo por su obra científica sino por su actividad como poeta y reformador de la lengua rusa. A los 25 años viaja a Alemania y allí  estudia filosofía y las lenguas clásicas al tiempo que avanza por el camino de las ciencias. En correspondencia sostenida en 1748 con el matemático más grande del XVIII, Leonard  Euler, enuncia, la ley de conservación de la masa y lo que es más sugiere un carácter universal para las leyes de conservación. Explicó el aumento de peso de los calces como causado por absorción del aire y en 1750, en experimentos no publicados, encontró que en la calcinación llevada a cabo en recipiente cerrado el peso total era invariable.

 

Pero un año clave en la afirmación de las interpretaciones cuantitativas se encuentra con toda precisión en 1774 cuando Priestley viaja a París y revela a Lavoisier su descubrimiento del aire desflogisticado. Entonces  al investigador francés se le torna claro que el aire no es un elemento inerte que recibe o entrega el principio sustancial conocido como flogisto, sino que el supuesto aire desflogisticado constituye un elemento. Pasa a trabajar entonces en los experimentos con el óxido de mercurio y en 1775 aísla el aire “puro”. En estos momentos  desarrolla la concepción de que en toda combustión transcurre una destrucción del aire “puro”, y el peso del cuerpo que ardió se aumenta exactamente en la misma cantidad del aire absorbido. Rompe así Lavoisier con toda visión flogista de la combustión y la nueva comprensión de los fenómenos químicos se asienta en los resultados de introducir la balanza para medir las masas de las sustancias que participan en las reacciones.

 

Intentemos resumir los hechos experimentales conocidos en la época: cuando metales como estaño y plomo se calientan en un recipiente cerrado conteniendo aire se  observa 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 solo aproximadamente una quinta parte del volumen del aire se consume.

 

La interpretación que da Lavoisier a estos hechos es bien distinta a la de sus colegas británicos. Los metales no liberan flogisto al calcinarse sino que se combinan con un elemento componente del aire que se corresponde con el aire “puro” y de ahí su incremento en peso. A partir de entonces nombra este nuevo elemento gaseoso como oxígeno.

 

Al componente gaseoso residual de la combustión correspondiente a las cuatro quintas partes en volumen del aire, caracterizado por su relativa inercia química (el aire flogistizado de Black) lo denomina azoe. Y por último, al enigmático gas inflamable de Cavendish que es capaz (según comprobó experimentalmente en 1783) de arder produciendo vapores que condensan en forma de gotas de agua, lo llama hidrógeno. Quedaba resuelto así, en términos del reconocimiento de sustancias elementales determinadas, lo que Sthal  pretendió asociar con sustancias combinadas con flogisto.

 

Pero también destacó Lavoisier y la Escuela Francesa por sus aportaciones  a la enseñanza de la Química. En 1785 cuando ocupaba importantes responsabilidades en la Oficina de Pólvora y Salitre fundada en 1775 por el ministro reformista francés Turgot (1727 – 1781). crea la Escuela de Pólvora donde pone en práctica algunas de sus ideas sobre la enseñanza de la química para formar adecuadamente los comisarios de la pólvora y el salitre, sectores de vital importancia social en la época. La Escuela de Pólvora es considerada la primera escuela de Ingenieros Químicos. Sorprende la visión lavoiseriana sobre la necesidad de la interdisciplinariedad de las tres ciencias básicas: “( …) es imposible hacer un buen curso de física sin introducir hasta cierto punto la química y, viceversa, hacer un buen curso de química sin precederlo con algunas nociones elementales de física. Los puntos de unión entre las dos ciencias aumentan día con día, desde que los físicos y los químicos adoptaran un método común, el de las matemáticas, una vez que las suposiciones han sido rechazadas y se ha admitido más como una certeza aquello que está probado por la experiencia”.

 

En 1789, casi coincidiendo con la Revolución Francesa,  Lavoisier publicó su “Tratado Elemental de Química” en el que expone el método cuantitativo para interpretar las reacciones químicas y propone el primer sistema de nomenclatura para los compuestos químicos del que aún perdura su carácter binomial. Desdichadamente, cuatro años mas 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.

 

La fecunda actividad de Claude Louis Berthollet (1748 – 1822) lo hace aparecer como fundador de la cátedra de Química de la “École Normale Superiore” de París, o  como brillante investigador que destaca como el primero en notar que el grado de completamiento de las reacciones químicas depende en parte de las masas de las sustancias reaccionantes aproximándose así a la ley de acción de masas enunciada casi un siglo después en 1867 por los químicos suecos Cato Guldberg (1836 -1902) y Peter Waage (1833 – 1900). Es también Berthollet, el analista que enmienda la tesis lavoisieriana  de que el oxígeno es el “engendrador” de ácidos al comprobar que el ácido muríatico no contiene a este elemento sino al cloro y el hidrógeno, y determina la composición del amoníaco. Le corresponde además el mérito de aparecer como uno de los arquitectos de la terminología química moderna.

 

El siglo no cerraría sus puertas sin que un representante de la Escuela francesa, Joseph L. Proust (1754 –1826), por el camino del empleo sistemático de la balanza, descubriera que las sustancias se combinan para formar un compuesto en proporciones fijas de masas, la llamada ley de las proporciones definidas. Quedaba demostrado que, de un polo al otro del planeta, los compuestos químicos presentan idéntica composición.

 

La Química del XVIII representa un proceso revolucionario al debutar como ciencia experimental asentada en el tratamiento cuantitativo de los resultados.  A partir de ahora la Historia de la Química queda partida en dos, se fertiliza el camino para la explicación de las reacciones químicas sobre una base atomística.

 

El siglo XIX traería un nuevo paradigma para el universo físico, el Electromagnetismo; otra vez los más célebres matemáticos aportarían el instrumental para operar con las magnitudes físicas y no pocas veces contribuirían de forma decisiva en la construcción de los significados; la Química iniciaría un vertiginoso ascenso, en particular hacia la segunda mitad del siglo, en la síntesis de nuevos materiales que superarían en cierto sentido, a los productos naturales. De todo esto trataremos en el próximo tema.

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