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Lavoisier. Metodo de Investigación cientifica.
 

 

Lavoisier

Contenido:

Temperamento y método de investigación.
Estudios sobre la combustión
Teoría de la combustión
Cuatro proposiciones de la teoría de la combustión
La revolución química
La nueva nomenclatura.
Conocimientos químicos anteriores a la revolución Química

Lavoisier

Temperamento y método de investigación.
Lavoisier introdujo en el estudio de la Química lo que más se necesitaba en su época: los hábitos y actitud mental del físico entrenado. La Química ha ganado enormemente con la influencia de aquellos cuyos puntos de vista fueron físicos sobre todo, hombres a quienes no interesa preparar nuevos compuestos o descubrir nuevas reacciones, sino que prefieren medir y pesar, y de esta forma adquieren experiencia del mecanismo de los cambios químicos con que ya están familiarizados bajo el aspecto cualitativo. Lavoisier es uno de los más eminentes ejemplos de este tipo mental, mientras que Scheele representa el extremo opuesto; y es sumamente interesante ver cómo los dos hombres solucionaron a la vez el mismo problema a su manera característica cada uno.

Lavoisier dispuso de veinte años de trabajo en ciencia y tecnología, que fueron de enorme beneficio para el pueblo francés y para la Ciencia. Se ocupó en métodos para el abastecimiento de agua corriente a París y en la iluminación de sus calles por las noches. Ayudo al descubrimiento de nuevas formas de fabricación de salitre, uno de los ingredientes de la polvora.

Consiguió descubrir lo que los alquimistas llamaban la transformación del agua en tierra como clara prueba de transmutación de elementos. Los alquimistas consideraban que cuando se llevaba el agua en un recipiente a ebullición, en éste aparecían sedimentos dando por probado que el elemento agua pasaba a transformase en el elemento tierra. Con sus experimentos Lavoisier demostró que ese sedimento no era tierra, sino simplemente, cristal disuelto por el agua al ser llevada al punto de ebullición. Llegó a esta conclusión por el hecho de medir las cosas con precisión.

El hecho fundamental había sido confirmado por Boyle, Boerhaave y muchos otros, pero la explicación le parecía esencialmente improbable a Lavoisier, quien en 1770 demostró su falsedad con el siguiente experimento:
Después de pesar una cantidad de agua, la hirvió en un alambique, también pesado, por espacio de cien días. El recipiente era una vasija cerrada provista de largo cuello doblado hacia atrás sobre si misma que tenía el mismo objeto que el moderno alambique condensador de reflujo. Al final del largo período de ebullición no había variado el peso total del frasco y su contenido, mostrando con esto que no se había perdido nada ni se había tomado nada del fuego. Sin embargo, el peso del recipiente había disminuido, en tanto que la suma de los pesos del agua y el sedimento era mayor que el peso del agua original en una cantidad prácticamente equivalente, de forma que la materia sólida procedía del recipiente y no del agua. Scheele procedió de manera distinta. También hizo hervir largo tiempo el agua en una vasija de cristal, pero no pesó nada. En lugar de esto sometió el sedimento a análisis cualitativo, descubriendo que contenía potasa, sílice y cal - constituyentes del cristal, como ya sabía -, llegó a las mismas conclusiones que Lavoisier. ¿Quién se atreverá a decir que procedimiento es superior al otro? Hoy empleamos un procedimiento como complemento del otro, si el caso lo exige pero por lo que hace al trabajo original, sigue siendo cierto que los grandes adelantos que se efectúan en un sentido, rara vez se deben a los mismos hombres que hacen grandes adelantos en otro. Los dos tipos de investigadores siguen siendo distintos.

Contenedor de gases de Lavoisier
Balanza de lavoisier
Materiales de Lavoisier

Estudios sobre la combustión. - La labor de Lavoisier sobre la naturaleza de la combustión deriva de modo natural de la que acabamos de referir. Aquí también quema cantidades de material pesadas de antemano; pesa cuidadosamente los productos, y de sus resultados llega a sacar conclusiones muy trascendentales. El 1° de noviembre de 1772 entregó al secretario de la Academia una nota sellada, que decía como sigue

“Hace ocho días descubrí que el azufre, al arder, lejos de perder peso, más bien lo gana; es decir, que de una libra de azufre puede obtenerse más de una libra de ácido vitriólico, lo que se consigue gracias a la humedad del aire. Es lo mismo que en el caso del fósforo. El aumento de peso proviene de la prodigiosa cantidad de aire que se fija durante la combustión y se mezcla a los vapores.
Este descubrimiento a que he llegado mediante experimentos que considero decisivos, me induce a creer que lo que se observa en la combusti6n del azufre y el fósforo puede del mismo modo suceder en el caso de todos aquellos cuerpos que aumentan de peso en la combustión o calcinación. Estoy persuadido de que a las mismas causas se debe el aumento de peso de los residuos fijos metálicos. Los experimentos han confirmado plenamente mis conjeturas. He reducido litargirio en vasijas cerradas empleando el aparato de Hales, y he observado que se desprende una cantidad considerable de aire en el preciso momento en que el litargirio se convierte en metal, y que este aire ocupa un volumen mil veces mayor que la cantidad de litargirio empleado.
Como este descubrimiento parece ser uno de los más interesantes que se han hecho desde la época de Stahl, comprendo que es mi deber poner esta nota en manos del secretario de la Academia, de la que guardará secreto hasta que yo pueda publicar mis experimentos.”

Teoría de la combustión. - Por lo expuesto se ve claramente que Lavoisier se daba perfecta cuenta de las consecuencias importantes que podrían sobrevenir si la combustión resultaba ser, realmente, la unión de la sustancia que ardía con el aire o algún elemento que el aire encerrase. Desde entonces un experimento sucede rápidamente a otro, y en otoño de 1774 Lavoisier publica su trabajo sobre la calcinación del estaño. Toma una parte del metal pesada de antemano, la mete en un frasco también pesado y suficientemente grande para contener una cantidad considerable de aire, cierra el frasco a la lámpara y calienta el todo hasta que el metal queda visiblemente bien calcinado. Después de enfriamiento comprueba que el sistema no ha perdido ni ha ganado peso, y entonces rompe la punta del frasco. Al precipitarse el aire en su interior, revela un vacío parcial, y Lavoisier advierte que el peso del frasco ha aumentado exactamente en la misma cantidad que el estaño, demostrándose con ello que la calcinación consiste en una cesión de gas del aire al estaño. Descubre también más tarde que, cuando se emplea una cantidad suficiente de estaño, queda un aire que no calcinará ya más estaño, y de esto deduce que sólo una porción de aire reacciona durante la combustión. Más adelante todavía en el mismo año, después de los primeros experimentos de Priestley, calienta mercurio en un volumen limitado de aire hasta que se ha formado una considerable cantidad de óxido rojo y repara en la disminución de volumen del aire hasta que, finalmente, alcanza su grado máximo. Después, como Priestley, calienta sólo el óxido de mercurio y determina con precisión las propiedades del desprendido y el vigor con que alimenta la combustión.

En 1777 resume su teoría de la combustión en las cuatro proposiciones siguientes

1. En toda combustión se desarrollan luz y calor.
2. Los cuerpos arden únicamente en un aire eminentemente puro o principio atmosférico (éste fue el nombre que Lavoisier dió primero al oxígeno).
3. Este último se consume con la combustión, y el aumento de peso de la sustancia quemada es igual a la perdida de peso que experimenta el aire.
4. Mediante el proceso de la combustión, la sustancia combustible se transmuta generalmente en ácido; sin embargo, los metales se calcinan.

La revolución química - A pesar de la claridad de exposición de Lavoisier y de los meticulosos experimentos con que apoyaba sus conclusiones, sus ideas produjeron de momento poca impresión, hasta que otra serie de experimentos, llevados a cabo en 1782 y 1783, condujeron a una conclusión por el estilo. Lavoisier dedicó su atención a la composición del agua, y aunque sus experimentos siguieron los de Cavendish, él supo interpretarlos y Cavendish no. Idea peregrina fue su análisis cuantitativo del vapor haciéndolo pasar sobre hierro caliente. Asimismo quemó el hidrógeno, formando agua sintética y midiendo todas cantidades empleadas y obtenidas. Más tarde, todavía hizo experimentos con el ácido carbónico; descubrió que se formaba por la unión del carbono y el oxígeno, y determinó su composición por el peso. Asimismo confirmó lo que Black había hecho sobre la caustificación de la cal. El efecto acumulativo de estas investigaciones produjo la súbita conversión de muchos químicos franceses en 1785, y las nuevas ideas quedaron firmemente establecidas con la publicación de la gran obra de texto de Lavoisier, 'Traité élémentaire de la Chimie, en 1789. A este cambio se le calificó con acierto de revolución química, porque trastornaba por completo el punto de vista de esta ciencia. La misteriosa e hipotética sustancia - el flogisto -, que no obedecía a la ley de la gravedad variaba arbitrariamente de propiedades según el dictado de consideraciones teóricas, se borró de la Ciencia, y se comprobó, de una vez para siempre, la ley de la conservación de la masa. Esto hizo posible el análisis cuantitativo y la ecuación química. Esta última representa una comodidad en la forma de expresión que le debemos a Lavoisier, y de la que él hizo uso inmediato para el planteamiento y resolución de problemas. Escribe:

"Si destilo una sal desconocida con ácido vitriólico y luego encuentro ácido nítrico en el recipiente y tártaro vitriolado en el residuo, infiero que la sal original era nitrato, y llego a esta conclusión escribiendo mentalmente la siguiente ecuación basada en el supuesto de que el peso total es el mismo antes que después de la operación."
" Si x es el ácido de la sal desconocida, e y la base desconocida, escribo:
x + y + ácido vitriólico ácido nítrico tártaro vitriolado ácido nítrico + ácido vitriólico + álcali fijo.
De donde deduzco: x ácido nítrico, y álcali fijo, y la sal original es nitrato."

Nada igual había aparecido hasta entonces en la literatura química. Lavoisier fué el precursor en el análisis de las substancias orgánicas, que quemaba aire u oxígeno y determinaba el peso del ácido carbónico que se formaba. Pasó algunos malos ratos con su aparato de absorción, que era bastante rudimentario, pero muchos de sus análisis fueron sorprendentemente buenos.

Como Priestley, él también se dio cuenta de la analogía que existe entre la respiración y la combustión, e hizo experimentos cuantitativos para determinar la velocidad de oxidación en el cuerpo animal. Suponía que la oxidación se produce en los pulmones. Podemos considerar esta labor como el principio de la Química fisiológica.


La nueva nomenclatura.
En 1782, Guyton de Morveau (1737-1816) publicó en el Journal de Physique un comunicado sugiriendo reformas en la nomenclatura química.
La obra de Lavoisier había sazonado ya y el movimiento oportuno. Para el estudio del asunto se nombró una comsión de la que formaban parte Guy de Morvean, Lavoisier, Antoine Francois de Fourcroy (1755-1809) y Barthollet. El resultado de sus deliberaciones se publicó en 1787, bajo el título de Méthode de une Nomenclature Chimique. Esta acabó con muchos nombres arbitrarios y fantásticos que habían utilizado anteriormente, y los substituyó por otros que se basaban en la composición química. Hablando en general, puso los cimientos en que hoy se basa la nomenclatura internacional.

Los servicios de Lavoisier a la Química incluyen un nuevo sistema para denominar a los productos químicos. Los alquímistas habían revestido su ignorancia con un lenguaje fantasioso y poético. Por ejemplo, hablaban del oro como del "Sol" y de la plata como la "Luna". Llamaron a la mezcla de ácido nítrico y ácido clorhídirco, con la que se puede disolver el oro, "agua regia".

Sin embargo, Lavoisier elaboró un nuevo sistema de nomenclatura química. Este sistema está basado en los nombres de los elementos y designa a los compuestos de acuerdo con los elementos con que están formados. Así a la sal, un compuesto de sodio y cloro, se le llamó "cloruro sódico". El gas formado por hidrogeno y azufre es "sulfuro de hidrogeno". Un ácido que contenga azufre es "ácido sulfúrico".

El sistema también posee nombres familiares para compuestos que contengan diferentes proporciones de un elemento determinado. Por ejemplo, existe una serie de cuatro ácidos compuestos de hidrogeno, cloro y oxigeno. Distribuidos en orden al contenido creciente de oxígeno, se les denomina:

Ácido Hipocloroso: HClO
Ácido Cloroso: HClO2
Ácido Clórico: HClO3
Ácido Perclórico: HClO4

Si el hidrogeno es sustituido por un metal como el sodio, el resultado de los compuestos es el siguiente:

Hipoclorito sódico: NaClO
Clorito sódico: NaClO2
Clorato sódico: NaClO3
Perclorato sódico: NaClO4

En 1789, Lavoisier publicó el primer texto moderno de Química. Traité élémentaire de chimie (Tratado elemental de Química). En este libro, discutió todo el conocimiento sobre Química a la luz de su nueva teoría de la combustión y empleó su moderna nomenclatura.

Conocimientos químicos anteriores a la revolución Química.
Los libros escritos desde un punto de vista flogístico son tan difíciles de entender, que nos sentimos inclinados a pasar por alto los conocimientos químicos de aquel período, de manera que una ojeada a las tablas del Traité élémentaire, Lavoisier, que comparan los nombres nuevos con los antiguos, acaso sea de gran utilidad.
La verdad es que hasta esa época la composición química había sido objeto de la mayor confusión, porque si se consideraba que el metal era un Compuesto de sus cenizas y flogisto, y el compuesto pesaba menos que la suma de sus partes constitutivas, las palabras compuesto y elemento tenían significado y, realmente, no parece que hubieran sido muy contrastados. Así y todo, ciertas cosas estaban claras. Las diferencias que distinguen los ácidos, las bases y sales, por ejemplo, no podían pasar inadvertidas. Las sales se consideraban como combinaciones de ácido y base, y se denominaban ya en esta forma algunas de las más nuevas y menos conocidas. Las sales ácidas y básicas se distinguían ya de las neutras por el exceso de uno de los componentes y se había insistido ya sobre el hecho de que era la base, no el metal, la que formaba la sal por combinación directa. Cuando un metal se disuelve en ácido para formar una sal, primero debe dar flogisto (desarrolla hidrógeno), como hace el cinc en el ácido clorhídrico, o si no el mismo ácido deberá ser flogisticado (reducido), como cuando reacciona el cobre con el ácido sulfúrico o el ácido nítrico. Lo que ahora denominaríamos diferencias en el estado de oxidación eran también reconocidas y los nitratos diferenciados de los nitritos, los manganatos de las sales manganosas y asi sucesivamente.
No existía entonces un sistema racional de nomenclatura en la química orgánica. Sustancias bien conocidas como el alcohol o el azúcar, tenían por supuesto sus nombres actuales, pero estaban desprovistos de significado químico general. Un ejemplo claro de esto es que a la manteca de vaca se le denominaba “manteca de antimonio” .

 

En la tabla de Elementos de Lavoisier, se promulgó y ordenó la nueva nomenclatura. Al igual que Boyle define a los elementos como sustancias que ya no pueden descomponerse y los divide en 4 grupos:

1.- Gases elementales: Oxigeno, hidrógeno y nitrógeno
2.- Elementos como el azufre y el fósforo con Oxigeno dan ácidos (elementos ahora conocidos como metaloides).
3.- Metales
4.- Tierras: Cal, magnesia, barita, alumina y sílice. Estos compuestos no podía clasificarlos de otro modo puesto que no habían sido descompuestas. Lo mismo puede decirse de las bases: sosa y potasa, pero Lavoisier estaba seguro de que se trataba de óxidos de algún “radical” que se descubriría pronto por lo que se negó a incluirlos en la lista.

Bibiografía:

Grimaux, Lavoisier 1743-1794 d’après sa correspóndanse, ses manuscrits, etc., París. 1888
Berthelot, 1890 La revolución química
Moore, F.J. , Historia de la Química Salvat 1953

Imagenes: Musée des arts et métiers - Cnam (Paris)

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