Antología de química. ¿Cómo ves? E-Book

• Herausgeber: UNAM, Dirección General de Divulgación de la Ciencia
• Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
• Sprache: Spanisch

Seitenzahl: 460

Veröffentlichungsjahr: 2024

Beschreibung

El objetivo de esta antología es mostrar qué es la química, qué investigan quienes se dedican a ella, cómo se hace y qué procesos involucra, alentando la capacidad de asombro y la curiosidad en nuestros lectores, jóvenes y profesores de bachillerato. Ofrecemos aquí una selección enriquecida de lecturas que contribuirán a la formación de los alumnos que cursan la materia de química. A las sustancias y materiales, teoría e historia de la química, su influencia en el medio ambiente y los avances de la bioquímica —temas de nuestra primera edición—, se añaden ahora semblanzas de reconocidos químicos como Lavoisier, Mendeléiev y Pasteur, así como temas tan relevantes como el descubrimiento del ADN, el papel de las moléculas y las hormonas en la obesidad, las endorfinas, los enemigos de las vacunas y las drogas sintéticas, entre otros. Además, entrevistas con químicos universitarios como Plinio Sosa, Ana María Martínez Vázquez y Agustín López Munguía.

Leseprobe

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Consejo editorial

Miguel Alcubierre, Iván Carrillo, Rosa María Catalá, José Antonio Chamizo, Omar García Ponce de León, José de la Herrán, Agustín López Munguía, Rodrigo Medellín, María Nieves Noriega, Feggy Ostrosky, Manuel Perló y Plinio Sosa

Para jóvenes y profesores de bachillerato

Las antologías de la revista ¿Cómo ves? de la Dirección General de Divulgación de la Ciencia están diseñadas para apoyar la labor de los maestros del nivel bachillerato de México y Latinoamérica. En esta ocasión nos complace presentar la segunda edición de la Antología de química ¿Cómo ves?, en el marco de los festejos del Año Internacional de la Tabla Periódica y sus 150 años.

El objetivo de esta antología es mostrar qué es la química, qué investigan quienes se dedican a ella, cómo se hace y qué procesos involucra, alentando la capacidad de asombro y la curiosidad en nuestros lectores, jóvenes y profesores de bachillerato.

Ofrecemos aquí una selección enriquecida de lecturas que contribuirán a la formación de los alumnos que cursan la materia de química. A las sustancias y materiales, teoría e historia de la química, su influencia en el medio ambiente y los avances de la bioquímica —temas de nuestra primera edición—, se añaden ahora semblanzas de reconocidos químicos como Lavoisier, Mendeléiev y Pasteur, así como temas tan relevantes como el descubrimiento del ADN, el papel de las moléculas y las hormonas en la obesidad, las endorfinas, los enemigos de las vacunas y las drogas sintéticas, entre otros. Además, entrevistas con químicos universitarios como Plinio Sosa, Ana María Martínez Vázquez y Agustín López Munguía.

Agradecemos nuevamente el apoyo de la Mtra. Rosa María Catalá, quien seleccionó los artículos de esta antología, el trabajo cotidiano de todo el equipo de la revista ¿Cómo ves?, así como el esfuerzo de quienes colaboraron para hacer posible esta edición. Estamos seguros que los textos aquí reunidos resultarán de gran utilidad para la educación científica de los alumnos del nivel medio superior y de todo aquel enamorado de la química.

César A. Domínguez Pérez Tejada

DIRECTOR GENERAL DE DIVULGACIÓN DE LA CIENCIA

UNAM

El gusto por la química y la importancia de su divulgación

La curiosidad, la necesidad de sobrevivir en mejores condiciones y la pasión por resolver problemas son características que nos distinguen como humanos. El cúmulo de experiencias y de aprendizajes, que conlleva satisfacer esa curiosidad y necesidades, ha llevado a través de milenios y siglos a construir un área del saber que llamamos ciencia. Hoy nadie pone en duda que junto con las humanidades y las artes, las ciencias representan un cuerpo de conocimientos indispensables en la formación de ciudadanos informados, capaces de tomar decisiones relevantes en cuanto a su vida, sus relaciones con el entorno y con los demás. Más importante aún, conocer las principales aportaciones de las ciencias y pensar científicamente, es hoy más necesario que nunca para nuestra supervivencia y para la de las generaciones futuras.

Este camino de aprendizaje tiene mucho que ver con la escuela, pero también proviene de un ingrediente indispensable: el placer por la lectura y la búsqueda autónoma de información veraz, relevante y actualizada de temas de ciencias. En la actualidad sería imposible lograr mantenerse al día en el avance científico sin el apoyo de materiales de divulgación, como lo es esta antología. El incremento incesante de la actividad científica en el mundo obliga a la elaboración de materiales bibliográficos acordes con los intereses y capacidades propias de niños y jóvenes.

A través de los capítulos de esta antología —iniciando con la apasionante historia de la química— daremos un interesante testimonio de que esta disciplina científica trata de la transformación y de los efectos del cambio, de mezclar y ver qué pasa, de ver qué pasa y explicarlo, y de explicarlo para utilizarlo ante una nueva necesidad humana. El desarrollo de esta ciencia no ha constituido un camino fácil ni rápido, porque pasar de la alquimia a la química requirió más de 1 000 años de avances en instrumentación y medición, así como en el control y uso de las energías eléctrica y nuclear para hacerlas interactuar en todas sus formas con la materia y descubrir sus secretos a nivel microscópico.

Es importante destacar que en 2019 se cumplen 150 años del lanzamiento de la Tabla Periódica al mundo científico e industrial, y por tal motivo dedicamos un artículo sobre esta poderosa herramienta con la que contamos los químicos.

El segundo capítulo da cuenta de la actividad de los químicos y la pasión que despierta en ellos desentrañar de qué está hecho todo —ese mundo molecular y atómico fascinante—, así como buscar nuevos métodos para transformar esos materiales en otros nuevos y con nuevas propiedades. Para ello se debe trabajar de manera interdisciplinaria con otras ciencias, así que la fisicoquímica y la bioquímica aparecen como ramas siempre cercanas a la que hemos llamado la ciencia central. Continuamos con capítulos dedicados a las necesidades humanas más importantes: la relación de la química con la alimentación, la salud y el cuidado del medio ambiente. Como se verá en estos artículos, la investigación química se desarrolla creativamente en los laboratorios cuando es experimental o en estudios computacionales muy avanzados cuando se trata del área teórica. Cuando el material, producto o proceso mejora algo de lo que ya tenemos en nuestras vidas, de los laboratorios pasará a la industria y, finalmente, de la industria al consumidor. Desde hace al menos un siglo y varias décadas nadie escapa a ese mundo de productos naturales o diseñados que, nos guste o no, pasan por algún proceso de tipo químico en su diseño, producción, conservación o distribución.

Esta antología termina con un capítulo dedicado a hombres y mujeres que han dedicado su vida a la investigación, educación y divulgación de la química. Podemos enterarnos de manera breve y amena qué fue eso tan especial que los llevó a estudiar esta ciencia y a dedicarse a ella el resto de sus vidas profesionales.

México necesita, al igual que todo el mundo, de más científicos en las universidades, mayor número de centros de investigación, así como más ingenieros y técnicos para su desarrollo industrial y económico. Y para que tengamos más y mejores estudiantes y profesionales de la química debemos formarlos primero. Nuestros programas de ciencias en educación básica y media superior incluyen gran cantidad de temas básicos de química por desarrollar en las aulas, y son tantos y a veces tan complejos en su enseñanza, que a la postre las horas de clase destinadas a su estudio acaban siendo insuficientes. Es a través de la lectura en casa y de abrir horizontes que van más allá de la escuela como podemos complementar la necesidad de los estudiantes de saber más. Promover el pensamiento crítico requiere de conocimiento para argumentar posturas en debates; conocer los efectos de cambio sobre ciertos fenómenos naturales es fundamento indispensable para defender posturas sociales relevantes; y también, por qué no, es importante conocer más sobre cualquier tema universal, histórico y cultural asociado al desarrollo de la química como una forma de enriquecer las necesidades culturales de los jóvenes.

A partir de estas reflexiones, surge la necesidad de pensar en esta antología como un material que nos permite pasar de una lectura tradicional hacia una lectura activa y colaborativa. Para ello existen numerosos artículos de expertos en enseñanza de las ciencias que pueden darnos claves. Una de esas expertas, muy cercana a los profesores de ciencias de nuestro país, es la Dra. Neus Sanmartí, quien sugiere que la lectura es un proceso fundamental para el aprendizaje de las ciencias, ya que no sólo es uno de los recursos más utilizados durante la vida escolar, sino que puede convertirse en el instrumento fundamental a partir del cual se pueda seguir aprendiendo a lo largo de la vida. En su artículo “La lectura como medio para desarrollar el pensamiento crítico”, Sanmartí y Oliveras (Educación química, junio de 2009, p. 233) nos recuerdan que el pensamiento crítico es un aspecto crucial que todo ciudadano del siglo XXI necesita para formar parte de una sociedad democrática y plural.

Leer críticamente para el desarrollo de las ideas centrales que todo estudiante de nivel básico y medio superior debe adquirir en su paso por la escuela, primero, y en su vida personal y profesional después, es un proceso que se puede enseñar y aprender en nuestras aulas e implica que un estudiante pueda analizar, interpretar y criticar un texto de contenido científico, partiendo de la base de que previamente debe haber integrado a su memoria conocimientos abstractos y complejos. Esperamos que la presente antología sea de utilidad en el desarrollo del pensamiento crítico y también que profesores y alumnos disfruten su lectura.

Maestra Rosa María Catalá Rodes

QUÍMICA, DIRECTORA DEL COLEGIO MADRID

Índice

1 Historia de la química

El largo viaje de la alquimia a la química

Gertrudis Uruchurtu

El dominio del fuego

Elia Arjonilla y Andoni Garritz

Lavoisier, el partero de la química

Horacio García

Dimitri Mendeléiev: el orden oculto en la materia

Gertrudis Uruchurtu

El tiempo de la química

José Antonio Chamizo

En busca de la arquitectura molecular

Gertrudis Uruchurtu

Pasteur y las moléculas en el espejo

Mauricio A. Trujillo-Roldán y Norma Adriana Valdez-Cruz

2 La química y otras ciencias

Yo, químico

Plinio Sosa

Método. ¿Cuál método?

Sergio de Régules

La vida... ¿se originó en la Tierra?

Maximino Aldana, Germinal Cocho y Gustavo Martínez Mekler

La química en el siglo XXI

Vicente Talanquer

Dorothy Crowfoot: revelaciones de los cristales

Gertrudis Uruchurtu

Los cohetes: artífices de la era espacial

Rosa María Catalá

Cosas que brillan

Benjamín Ruiz

Micotoxinas. Venenos naturales

Verónica María López Pérez

3 Materiales y procesos químicos

La extravagancia del agua

Margarita Bernal y Gertrudis Uruchurtu

De los corales a los rascacielos

Laura Gasque Silva

Alcohol, la ciencia de la libación

Miguel Rubio Godoy

Isótopo, cuéntame cómo pasó

Noemí Rodríguez González

La transmutación del tequila en diamantes

Luis Miguel Apátiga Castro

4 Química, alimentación y salud

Gastronomía molecular

Ulises Solís Hernández

Estevia: ¿dulzura 100% natural?

María Elena Rodríguez Alegría y Agustín López Munguía

En busca de la energía perdida

Agustín López Munguía

Moléculas y hormonas en la obesidad

Juliana Cáceres M., Katherine Aguilar V., Carolina Bassol C., Martha E. Barrera B., Andrea Sarro R. y Eric Murillo R.

Las endorfinas

Carmen Sánchez y María Emilia Beyer

Accidentes afortunados. La historia de los antidepresivos

David Levine

Nuevas drogas sintéticas

Oscar Miyamoto Gómez

Las vacunas y sus enemigos

Inés Gutiérrez Jaber

5 Química y medio ambiente

Hacia una nueva era del plástico

Guillermo Cárdenas Guzmán

Fracking: beneficios fugaces... ¿daños permanentes?

Verónica Guerrero Mothelet

La crisis de los fertilizantes

Guillermo Murray T., Víctor J. Jaramillo y Guillermo Murray P.

La dieta humana contra los ecosistemas del mundo

Guillermo Murray y Beatriz Tortarolo

Jugo de sol: combustibles a partir de fotosíntesis artificial

Oscar Miyamoto Gómez

6 ¿Quién es?

Jesús Valdés Martínez

Norma Ávila Jiménez

Plinio Sosa Fernández

Anayansin Inzunza

Ana María Martínez Vázquez

Anayansin Inzunza

Agustín López Mungía Canales

Anayansin Inzunza

Aviso legal

Capítulo 1

Historiade la química

EL LARGO VIAJE DE LAalquimiaA LAquimica

Imagen: Wellcome Collection. CC BY

Por Gertrudis Uruchurtu

El ambiente era sofocante y la visibilidad casi nula por los vapores sulfurosos que emanaban de la retorta. El viejo Dromus extendió la mano sin hablar. A esta señal su ayudante le pasó primero la ampolla con mercurio y después los cinco granos de oropimente machacados en el mortero con el litargirio, humedecidos con gotas de agua fagadénica y espolvoreados con alumbre escamoso. Dromus colocó la mezcla en la retorta que contenía mineral de pirita. El joven aprendiz atizaba el fuego para alcanzar una altísima temperatura en el menor tiempo posible. Sólo se escuchaba el crepitar de la leña de la hornilla y los conjuros ininteligibles de Dromus. El aprendiz no osaba ni respirar fuerte, sabía que cualquier interrupción o ruido podía hacer que el experimento, una vez más, no produjera el tan buscado oro. Y de ser así, tendrían que huir. El mensajero del Rey le había advertido al alquimista que la paciencia del monarca había llegado a un límite....

Esta, que parece ser la escena de un cuento de brujas y magos, era común en la Europa medieval. Los alquimistas trabajaban en cobertizos ocultos por temor a la persecución que se había desatado en su contra. Aunque entre ellos abundaron los embaucadores, también los hubo con un enorme interés por desentrañar los secretos de la materia.

La palabra clave entre los alquimistas era “transmutación”, querían transformar metales viles y baratos en oro, y pasar de la ancianidad a una eterna juventud. Estaban seguros de que en alguna parte encontrarían una “piedra filosofal” capaz de realizar esas transformaciones. Pese a que no lograron ni lo uno ni lo otro, ese afán de búsqueda fue develando la naturaleza de la materia. En el largo viaje en el que la alquimia fue conduciendo a la química, ese pensamiento, afín en un principio a la magia, fue asumiendo las metodologías de la ciencia.

No se sabe si la palabra alquimia proviene del término egipcio kemi, que significa “tierra negra”, o del griego chymia, que se refería a la fundición y moldeado de metales. Lo que es seguro es que los árabes agregaron el prefijo al y la palabra quedó como al-khemia.

El “espíritu” de la materia

El primer alquimista de quien se tiene noticia es Zósimo de Panópolis (siglo III d. C). Aunque sus escritos están en griego, revelan que su cultura era egipcia y que probablemente vivió en Alejandría. Escribía en un lenguaje críptico, para proteger sus secretos. Los procedimientos que aparecen en sus obras resultan imposibles de reproducir y algunas de las sustancias nombradas no se han podido identificar. Zósimo menciona a una alquimista llamada “María la judía”, quien diseñó aparatos para calcinar, destilar, sublimar y otras operaciones de uso diario aun en los laboratorios actuales. A ella se le atribuye el diseño del “baño maría” para mantener calentamientos suaves y prolongados.

La filosofía natural de Aristóteles (siglo IV a. C.) influyó en el pensamiento de los alquimistas y estuvo presente en este oficio hasta el siglo XVII. Aristóteles aseguraba que toda la materia estaba constituida por cuatro elementos: aire, agua, tierra y fuego, y que poseía cuatro propiedades: seca, húmeda, fría o caliente; variando las proporciones de los cuatro elementos y las cuatro propiedades se podía obtener todo tipo de materia. Él hablaba de una materia homogénea, sin una estructura interna, y afirmaba que los cuatro elementos podían convertirse uno en otro.

La intención de los primeros alquimistas no era, como sucede con los químicos actuales, descubrir sustancias y procedimientos nuevos, sino interpretar antiguos textos sobre religión, metafísica y filosofía natural y buscar en ellos los secretos de la transmutación. El objetivo de estos primeros alquimistas fue cambiar metales “viles” (baratos) en oro o en plata. Aristóteles tenía la creencia de que los minerales jóvenes “crecían” y el tiempo los iba refinando y perfeccionando hasta convertirlos en oro. Si este era un proceso natural, bastaba encontrar la forma de acelerarlo. Los alqumistas intentaban teñir otros metales de amarillo empleando un mineral que llamaban “oropimente” que contenía sulfuro de arsénico de color amarillo. Muy socorrida también era la diplosis o “doblado del oro”. “Duplicaban” el peso del oro fundiendo una “semilla” de este con otro metal más barato como cobre o plata. Aunque ellos estaban convencidos de haber realizado una transmutación, ahora sabemos que sólo fabricaban aleaciones, es decir, mezclas de metales.

Para averiguar cómo estaba compuesta la materia, los alquimistas destilaban y sublimaban cuanto caía en sus manos. Destilar un líquido consistía en separar, por calentamiento, lo que llamaban su “espíritu”, el cual, convertido en vapor, surgía libre de impurezas. Diseñaban aparatos para condensar y recoger estos “espíritus”, a lo que llamaron sublimación. Lo que quedaba en el fondo del recipiente se consideraba caput mortem: la cabeza muerta de la materia.

Alquimista o doctor (1568).

Imagen: Wellcome Collection. CC BY

Poco a poco fueron encontrando sustancias nuevas. Cuando quemaban materia orgánica como madera, carbón, cuernos o huesos a elevadas temperaturas (lo que ahora llamamos destilación destructiva), obtenían sustancias volátiles de olor picante, pegajosas, aceitosas o vapores amarillentos que se inflamaban fácilmente.

Las transformaciones del azufre y el mercurio en el crisol o la retorta les parecían sobrenaturales. La conversión del azufre en los sulfuros coloridos más espectaculares, los vapores malolientes que desprende al quemarse y su facilidad para fundirse e inflamarse lo hacían un elemento mágico. El mercurio era un líquido que no mojaba y brillaba como metal, huidizo y difícil de atrapar. Existía la creencia de que todos los metales estaban formados por azufre y mercurio: el azufre era el alma del metal y el mercurio su inteligencia. Después del año 300 de nuestra era, cuando floreció el cristianismo, el saber del mundo antiguo, incluido el de la alquimia, sufrió un golpe fatal: se quemó la gran biblioteca de Alejandría. Ahí se guardaba todo el conocimiento occidental reunido hasta entonces; de él sólo quedó una mínima parte en fragmentos de manuscritos que se desperdigaron por todo el Mediterráneo. Algunos fueron rescatados por los nestorianos, monjes de una secta cristiana que se había separado de la Iglesia de Constantinopla y que tenían monasterios en Siria y en Persia.

El despertar del islam

Mientras en Europa el conocimiento atravesaba por una larga etapa de estancamiento, los árabes salían del desierto. En el año 750, el califato del islam era el reino más grande entonces conocido. Abarcaba desde Samarcanda en Asia menor hasta Córdoba en España. Cuando los árabes descubrieron la riqueza del conocimiento helénico emprendieron la búsqueda y recopilación de los vestigios de la biblioteca de Alejandría; adquirieron todo lo que los monjes nestorianos habían salvado y lo tradujeron al árabe. A todo esto siguió una larga etapa de florecimiento de la ciencia en el islam.

Los árabes descubrieron muchas sustancias nuevas; su farmacopea describía 585 drogas diferentes Al extenderse el islam hacia el oriente, adquirieron conocimientos de la alquimia china. Entre ellos el del “elíxir de la vida”, que se suponía confería la inmortalidad. Era una forma de “oro potable” incorruptible: no se oxidaba ni cambiaba con la facilidad con que lo hacen los otros metales. Esto hizo suponer a los alquimistas chinos que haría incorruptible a quien lo tomara.

ORO, PERLAS Y ESMERALDAS “PIRATAS”

Los alquimistas egipcios (siglo III-IV d.C.), según consta en los papiros de Leiden y de Estocolmo, eran expertos en dar gato por libre. Estas son algunas de sus recetas:

“He aquí el procedimiento para que un objeto de cobre pueda hacerse pasar por oro sin que lo detecte la piedra de toque. Dos partes de plomo y una de oro se reducen a un polvo tan fino como harina. Se mezclan con goma y con esto se cubre el objeto y se calienta. Se repite la operación cuantas veces sea necesario hasta que el objeto tenga el color deseado. El calor consumirá al plomo pero quedará el oro”.

Papiro Leiden

“Para hacer perlas [...] se sumergen cuentas de vidrio que tengan una superficie áspera en la orina de un niño pequeño con alumbre en polvo. Después se sumergen en una suspensión de escamas de pescado y leche de mujer…”

“Para hacer esmeraldas […] se ponen en un crisol dos partes de vidrio con una parte de plomo blanco y se funden juntas, luego se dejan enfriar. Este cristal se sumerge en orina de burro y después de 45 días se tendrá una esmeralda”.

Papiro de Estocolmo

Los árabes consiguen grandes avances tecnológicos basados en conocimientos químicos. En sus escritos describen los procedimientos para obtener acero, pigmentos, tintas, vidrio y materiales impermeables al agua. Una contribución revolucionaria fue la introducción de la balanza en el laboratorio.

El filósofo natural más brillante del islam fue el iraní Ibn-Sina. Se convirtió en la autoridad médica más respetada no sólo en el mundo islámico, también en la Europa medieval, donde su nombre se deformó a Avicena. Negaba ser alquimista y se proclamó químico.

Las guerras y el conservadurismo religioso hicieron que el esplendor de la ciencia islámica, iniciado hacía poco más de tres siglos, se apagara. Primero Mesopotamia y Persia fueron invadidas por los turcos y después los mongoles quemaron Bagdad y saquearon lo que quedaba del islam oriental.

¿Qué fue de los alquimistas?

Durante el florecimiento del islam, Europa pasó por un periodo de estancamiento. La actividad alquímica se redujo a la que practicaban los artesanos fabricantes de pigmentos, jabón, vidrio, armas y textiles. Lo que quedó de la cultura árabe estaba en manos de los moros en España, que ya sólo se encontraban en el sur. Solamente en algunos monasterios hubo quien apreció los enormes avances de los árabes y allí se inició la tarea de traducir y copiar textos que se distribuirían por toda Europa.

Aunque surgieron nuevos alquimistas, en su mayoría eran charlatanes. Cuando en el siglo XIII se supo cómo obtener soluciones de ácidos minerales (clorhídrico, sulfúrico y nítrico), fue posible hacer un mejor análisis de los metales, ya que algunos se podían disolver en ácido clorhídrico y otros no. Casi todos se disolvían en ácido nítrico, menos el oro y este se podía disolver con “agua regia”, una mezcla de clorhídrico y nítrico. Estos conocimientos empezaron a revelar muchos de los trucos de los falsos alquimistas.

A partir del año 1400 la Iglesia católica inició una despiadada persecución, que duró 300 años, contra magos, brujos y alquimistas. La prohibición, sin embargo, no ahuyentó del todo a los clientes de los alquimistas ni atenuó la ambición por el oro. Algunos reyes y altos funcionarios de las coronas europeas los contrataban en secreto con la esperanza de obtener oro que costeara sus guerras. Como no lograban la transmutación, los alquimistas tenían que huir y buscar en otros lugares quien requiriera sus servicios. El rey Rodolfo II de Bohemia (hoy la República Checa) mandó matar a varios alquimistas que fallaron en el intento.

La insalubridad en que se vivía en la Europa del medioevo propiciaba epidemias que diezmaban a la población. Como la profesión de alquimista estaba devaluada, sus practicantes encontraron una nueva meta: hallar sustancias que aliviaran estas enfermedades o cicatrizaran sus heridas. Apareció entonces en Suiza, a principios del siglo XVI, Philippus Aureolus Theoprastus Bombastus von Hohenheim cuyo nombre resulta humilde junto a lo que fue su personalidad. Se hacía llamar Paracelso (“más que Celso”, un médico famoso del siglo I). Terminó sus estudios de medicina en Ferrara a la edad de 17 años. Peregrinó por las más famosas universidades de Europa y en cada una mostraba su desprecio por el conocimiento ahí impartido. Con gran escándalo y soberbia, quemó frente a toda la comunidad universitaria los libros de Galeno y Avicena. Se granjeó enemigos en toda Europa, pero mucha gente lo admiraba. Sus obras le dieron un nuevo enfoque al estudio de la materia. Empleó sales de metales pesados como bismuto y antimonio contra infecciones gastrointestinales y sales de mercurio para lesiones cutáneas; también relacionó el bocio (hipertrofia de la glándula tiroides) con la presencia de plomo en el agua. Aunque renegaba de la alquimia, mezclaba la astrología en sus teorías médicas.

Un alquimista en el laboratorio con su familia (Pieter Bruegel/ H. Cock, 1558).

Imagen: Wellcome Collection. CC BY

Libros y átomos

En la segunda mitad del siglo XV, Gutenberg inventó la imprenta. La aparición de libros impresos provocó una verdadera explosión de conocimiento. Artesanos letrados tuvieron acceso a información para desarrollar nuevas y mejores tecnologías. Los primeros libros de química fueron manuales para realizar el “ensaye de minerales” —lo que ahora llamaríamos análisis cualitativo y cuantitativo—, con la descripción de técnicas de laboratorio capaces de comprobar la autenticidad o falsificación de metales y minerales. El más importante en su época fue De La Pirotechnia, de Vanoccio Biringuccio. El primer libro de texto de química, titulado Alchemia, lo escribió en 1597 Andreas Libau y se divide en dos partes: Encheria, sobre procedimientos y materiales, y Chymia, una descripción de sustancias y sus propiedades. Doce años después, la Universidad de Marburgo, en Alemania, instituyó formalmente la cátedra de química.

La mentalidad de los alquimistas empezó a dar un giro a fines del siglo XVI y principios del XVII. La fidelidad a Aristóteles y su teoría de los cuatro elementos se estaba resquebrajando y empezó a rescatarse la idea de “átomo” y de una estructura discontinua de la materia. El atomismo provenía de Demócrito, filósofo anterior a Aristóteles, quien aseguraba que si la materia se dividía indefinidamente, se llegaría a una partícula fundamental que ya no podría ser dividida, a la que llamó átomo (que significa “no divisible”). Así, los distintos tipos de materia se debían seguramente a los diferentes tamaños, pesos y formas de los átomos y los cambios en ella se podían explicar por rearreglos en la estructura y acomodo atómico.

En 1617, el italiano Ángelus Sala explicó, en términos de átomos, una reacción química que por siglos sostuvo la creencia en la transmutación. Cuando en una solución de sulfato de cobre, de color azul, se introducía pedacería de fierro, después de unos minutos se observaba cómo este metal barato y vil tomaba el color rojizo y el brillo del cobre. Se creía que el fierro se estaba transformando en “algo mejor”: cobre. Sala sostenía que el fierro “desalojaba” y “liberaba” a los átomos de cobre del compuesto azul que lo contenía, en un “reacomodo” de los átomos. Esto ya suena más a química.

Las técnicas cuantitativas en el manejo de materiales y la insistencia en el uso de la balanza en el laboratorio para obtener resultados objetivos fueron contribuciones de Robert Boyle, a fines del siglo XVII. Boyle derrotó al esoterismo cuando aseguró que en la pirólisis, es decir, cuando se queman exhaustivamente algunas sustancias, estas se rompen dando lugar a la formación de nuevas. Sin embargo, atribuía el aumento de peso que sufren los metales al quemarse en presencia del aire a partículas de “fuego” que se pegaban al metal. A pesar de lo importante de sus contribuciones, Robert Boyle murió creyendo en la transmutación.

IMAGINERÍA INSENSATA

Francis Bacon fue canciller de Inglaterra a principios del siglo XVII. Tuvo mucha influencia en la Europa de su época. Aunque no practicó el oficio de alquimista, estuvo interesado en este, sobre todo en cuanto a sus aplicaciones prácticas.

En su obra póstuma, Insaturatio Magna, Bacon critica la forma de trabajar de los alquimistas: “… la fabricación del oro es un tema que ha sido abusivo con el mundo. Aunque juzgo que es posible realizar este trabajo, la manera como dicen (los alquimistas) que debe fabricarse, está llena de errores y falsedades y su teoría llena de imaginería insensata...”. Y propone su técnica para obtenerlo: “… deberá usarse un calor temperado que sea capaz de digerir y madurar para que avive el espíritu del metal y abra las partes tangibles de este, los espíritus del metal deberán distribuirse homogéneamente y no deberán tener movimientos aberrantes. No deberá haber emisión de espíritus, si esto sucede, el cuerpo metálico será duro y burdo... a esta labor se le deberá dar su tiempo y así la Naturaleza tendrá un espacio conveniente para realizar su trabajo”.

Un alquimista y sus instrumentos (1658).

Imagen: Wellcome Collection. CC BY

El flogisto

Entre los siglos XVI y XVII apareció la teoría del flogisto, que fue apoyada por un gran número de científicos de la época y llegó para quedarse por más de 100 años. El flogisto era “algo” que la materia perdía cuando se quemaba, que hacía cáusticas o reactivas las sustancias; “era la esencia del fuego”. Se suponía que sustancias con mucho flogisto ardían con facilidad, como la madera y el carbón.

En 1754, el escocés Joseph Black empezó a retirar la venda de la teoría del flogisto de los ojos de los químicos. Después de quemar a altas temperaturas magnesia alba (carbonato de magnesio), quedaba un polvo blanco (óxido de magnesio) y se perdía más de la mitad de su peso. Se suponía que al quemar el carbonato este ganaría flogisto y, por lo tanto, debería pesar más, sin embargo sucedía lo contrario: su peso disminuía más de la mitad. Black detectó que en el proceso se desprendía un gas al que llamó “aire fijo”. Dedujo que el carbonato de magnesio desprendía este gas al calentarse y que a ello se debía la disminución de peso, y no a la pérdida o ganancia del impalpable flogisto.

Ahora sabemos que el aire fijo es el dióxido de carbono. Black tuvo el mérito de demostrar que este también se desprendía siempre que algún combustible, como carbón o madera, se quemaba, del proceso de la fermentación alcohólica y de la exhalación de la respiración de los animales.

Nace la química

Casi al final del siglo XVII, dos científicos ingleses hicieron descubrimientos muy importantes. Al quemar un polvo rojo (óxido de mercurio), Priestley observó el desprendimiento de un gas. Describió cómo este avivaba las combustiones y lo identificó como el gas vital para la respiración de los seres vivos. Lo llamó “aire desflogistizado” (oxígeno). Por su parte, Cavendish obtuvo un gas explosivo que se desprendía cuando un metal reaccionaba con un ácido. Lo llamó “aire inflamable” (hidrógeno). Cuando se ponían en contacto el aire desflogistizado y el inflamable, reaccionaban violentamente y el resultado era ¡agua! Esto comprobaba que el agua era un compuesto y no un elemento simple.

Antoine Lavoisier fue contemporáneo de Priestley y Cavendish. Mientras en Francia se cocinaba una revolución social que cambiaría al mundo, en los matraces de Lavoisier se cocinaba una revolución que transformaría la visión de la ciencia. Él no descubrió ningún elemento nuevo, repitió experimentos que ya otros habían hecho, pero la diferencia estuvo en su forma meticulosa de registrar el peso de las sustancias y en la interpretación de los resultados. Pesaba los metales antes y después de calentarlos a elevadas temperaturas por muchos días. Los metales siempre aumentaban de peso al calentarse y siempre en la misma proporción para un mismo metal. Dedujo que esto se debía a que “algo” que había en el aire del matraz en donde se llevaba a cabo la reacción, se adicionaba al metal. Ese algo era el aire desflogistizado de Priestley, que él llamó oxígeno. Lo más importante fue comprobar que si sumaba el peso de los reactivos iniciales (en este caso el del metal y el del oxígeno), este era idéntico al de los productos finales (el óxido del metal). Lavoisier aseguraba que cuando había transformaciones en la materia, nada “aparecía ni desaparecía”, ni “fluía flogisto impalpable de una materia a otra”, que la materia al transformarse conservaba su masa y que la suma de la masa de los reactivos iniciales era idéntica a la de los productos finales. La meticulosa experimentación que lo llevó a estas deducciones acabó con la teoría del flogisto y dio inicio a la química moderna.

No podemos asegurar que la permanencia de la teoría del flogisto por más de un siglo haya sido inútil, pues la experimentación fue abundante, pero la atención estaba enfocada en describir la naturaleza fantasmal de este. De la misma manera, los trabajos de casi 20 siglos de alquimia, con todo y su magia, esoterismo y misticismo, al atravesar el filtro del tiempo, cristalizaron en la ciencia de la materia: la química de hoy.

Publicado en ¿Cómo ves? Núm. 77, abril 2005.

Gertrudis Uruchurtu es química farmacobióloga. Durante 30 años fue maestra de química en bachillerato y es egresada del Diplomado de divulgación de la ciencia de la DGDC/UNAM.

El dominiodelfuego

Por Elia Arjonilla y Andoni Garritz

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El fuego ha acompañado al género humano desde hace 500000 años. Sin embargo, fue hasta fines del siglo XVIII que la ciencia pudo explicar qué lo produce.

Nuestra familiaridad con el fuego, también llamado lumbre, ha hecho que no apreciemos la importancia que tiene en la vida moderna y la que ha tenido en el desarrollo de la humanidad. En la actualidad, el fuego sigue siendo la forma más utilizada para cocinar; purificar y calentar el agua; proporcionar calor, alumbrar y servir a cultos y creencias. Cualquiera puede llevar un aparato que produce fuego en su bolsillo (cerillo o encendedor) y utilizarlo cuando quiera. Además, en la fabricación de la mayoría de los objetos que nos rodean, seguramente se utilizó el fuego. No sólo es un gran aliado; sino que también puede destruir hasta la vida si se sale de control y se convierte en un incendio.

El fuego nuestro de cada día

Reconocemos, pues, que el fuego siempre ha sido una de las herramientas esenciales del ser humano. Fue el control del fuego, junto con la hechura de las herramientas de piedra, lo que lo distinguió de los primates. El uso del fuego le permitió dejar el medio tropical y desarrollarse en ambientes variados, contribuyendo a su propia evolución. Aún más, con el fuego el ser humano empezó a ejercer influencia sobre su ambiente. Los primeros seres humanos controlaron el fuego gradualmente y aprendieron sus múltiples usos. El fuego no sólo los mantenía calientes y con él cocinaban su comida, sino que también aprendieron a usarlo para expediciones de cacería o guerra, matar insectos, obtener frutos y limpiar la maleza de manera que las presas pudieran ser mejor vistas y cazadas. Eventualmente aprendieron que la quema de maleza producía mejores pastos y por tanto mejores presas de caza. Los primeros agricultores usaron el fuego para limpiar los campos, producir ceniza y usarla como fertilizante.

Además, el fuego ha sido aplicado al barro para hacer vasijas de cerámica; a las piedras de colores para obtener cobre y estaño y a combinar estos para obtener bronce (alrededor de 3000 a. C.) y para obtener hierro (alrededor de 1000 a. C.). La historia moderna de la ciencia y la tecnología podría ser caracterizada como un continuo incremento de la cantidad de energía disponible a través del fuego.

Del control a la producción

Aunque no podemos reconstruir exactamente la secuencia de eventos mediante la cual las llamas se pudieron controlar y mantener de manera que pudieran transportarse y utilizarse, seguramente los seres humanos aprendieron de observar la vegetación incendiada por los rayos. Otros fenómenos naturales —como la fricción de las ramas, las chispas de las piedras rodantes, o la lava volcánica— pueden producir fuego, pero quizá fue a través de los rayos (que ocurren con suficiente regularidad en todo el planeta) que pudieron experimentar con el fuego y aprender cómo controlarlo.

No cabe duda de que el Hombre de Pekín (Pitecantropus pekinensis, que vivió hace aproximadamente 500 000 años, similar al Hombre de Java) usaba el fuego. Sin embargo, pasar del simple control a la producción del fuego requirió de cientos de miles de años, y es hasta las culturas neolíticas (cuando ya se fabrican herramientas de piedra más elaboradas), que hay evidencia de que el ser humano realmente sabía producirlo.

Xiutecuhtli, dios del fuego, cultura teotihuacana.Foto: cortesía INAH.

En la religión y la filosofía

Los fuegos sagrados y los instrumentos para producir fuego en los rituales religiosos, así como los numerosos dioses del fuego de la mitología mundial deben ser interpretados como evidencia adicional tanto de la antigüedad como de la importancia del fuego en la historia del ser humano. En la región de Mesoamérica, en la visión del mundo de los distintos pueblos, el fuego tuvo y tiene un papel central. Por ejemplo, los pueblos bajo el dominio de la Triple Alianza apagaban todos los fuegos y rompían todas las vasijas cada 52 años para encender un fuego nuevo de forma ceremonial, que se distribuía a todos los confines del Anáhuac.

En la Grecia antigua también se le dio gran importancia al fuego. Heráclito, por ejemplo, le atribuyó la fuerza esencial de la creación. Platón aseveraba que Dios utilizó el fuego para crear el mundo. Aristóteles declaró que el fuego, además del agua, la tierra y el aire, es uno de los cuatro elementos generales y esenciales de la vida y de todas las cosas.

En la física y la química

Las teorías acerca de la naturaleza del fuego han desempeñado un papel preponderante en la historia de la ciencia. Los conocimientos aportados por la física y la química permitieron explicar lo que hoy sabemos: el fuego aparece en la combustión, una reacción química entre sustancias, que generalmente incluye oxígeno, y que va acompañada de la generación de calor y luz en forma de llama.

Así pues, la combustión es el proceso en el que una sustancia combustible es consumida por el fuego. Cuando ocurre, la velocidad a la que los reactivos se combinan es alta debido a la naturaleza de la reacción química en sí misma y a que se genera más energía de la que puede escapar al medio circundante. El resultado es que la temperatura de los reactivos se eleva para acelerar la reacción aún más. Un ejemplo familiar es un cerillo encendido. Cuando se raspa el cerillo, la fricción calienta su cabeza a la temperatura a la cual las sustancias químicas reaccionan y generan más calor del que puede escapar en el aire, y arden con una llama. Si el viento sopla y se lleva el calor, o las sustancias químicas están húmedas y la fricción no eleva la temperatura suficientemente, el cerillo se apaga; si es encendido adecuadamente, el calor de la llama eleva la temperatura de una capa cercana de la madera (o el material sólido) del cerillo, la que reacciona con el oxígeno en una reacción de combustión. La emisión de luz en la llama resulta de la presencia de partículas excitadas y, generalmente, de átomos y moléculas cargados y de electrones. Debido al calor generado por la reacción de combustión, esas partículas se excitan. Es cuando pierden energía que se forman fotones de luz que se emiten en forma de una llama.

La llama puede entenderse como un gas que arde, sea el producido por un cerillo, por una vela o propiamente por un gas combustible. Para que exista una llama se requiere de la formación de una mezcla explosiva, como por ejemplo, de gas doméstico y aire. Si tal mezcla es encendida por una chispa, la combustión se esparce de la fuente de ignición a la siguiente capa de mezcla de gas; a su vez, cada punto de la capa ardiente sirve como una fuente de ignición para la siguiente capa adyacente y así sucesivamente. De este modo, se forma una onda de combustión, la cual se propaga a través de la mezcla de gas dejando en su estela gas caliente quemado.

Antoine-Laurent Lavoisier (1743-1794).Foto: Stephen C. Dickson.

INCENDIOS

Cuando el fuego sale de control y se convierte en incendio. Ese fuego deja de ser un aliado y se vuelve un enemigo que puede hacer arder y destruir todo lo que se encuentra a su paso, hasta la vida humana. Los riesgos para la salud y la vida son tres: quemaduras, intoxicación por gases de la combustión y golpes por objetos que se desprenden y caen.

Los incendios en el campo, o incendios forestales, pueden iniciarse con una fogata mal apagada, o con la pérdida de control de algunos fuegos que se siguen usando para quitar la maleza. Además, se pueden producir por causas naturales como tormentas, cuando caen rayos en zonas muy secas, o pueden ser intencionales.

En los pueblos y las ciudades la mayor parte de los incendios ocurre por descuido. En muchas fábricas o instalaciones industriales hay equipo y capacitación para prevenir incendios, lo cual hace poco frecuente o grave su ocurrencia, a pesar de que manejen sustancias inflamables. En las casas-habitación, los incendios en México son relativamente poco frecuentes, comparados con otros países. Esto se debe a que los materiales de construcción en general son resistentes al fuego; pero cuando ocurre un incendio en una casa o departamento el riesgo es que puede acabar con todo, si no llegan a tiempo los bomberos, porque la gente no tiene equipo ni capacitación para mitigarlo. Ocurren grandes tragedias cuando se hacen actividades industriales o se almacenan sustancias inflamables en inmuebles que son ocupados como casas-habitación; o cuando se almacenan y manejan inadecuadamente grandes cantidades de sustancias peligrosas como carburo de calcio, que se usa para madurar la fruta; o cohetes para su venta clandestina.

Como se ha mencionado, las causas naturales que pueden producir incendios son el Sol y los rayos de las tormentas. Fuera de ellas, las demás son de origen humano, tales como la falta de orden y limpieza, el almacenamiento inadecuado de sustancias inflamables, el uso innecesario de líquidos para limpieza inflamables, el encendido de cigarros, cerillos, encendedores y velas en lugares con materiales altamente inflamables, el empleo de soldadura o el almacenamiento inadecuado. Sin embargo, las principales causas son los cortocircuitos por el uso de instalaciones eléctricas improvisadas, sobrecargadas o en mal estado y las fallas y operación inadecuada de aparatos electrodomésticos.

Para que empiece un fuego no necesariamente tiene que existir llama abierta. Es suficiente una chispa, ocasionada por ejemplo, por un golpe, fricción, descomposición orgánica, estática, un rayo o el calor del Sol.

La temperatura en la parte luminosa de una vela y en similares llamas de difusión es generalmente inferior a 1 500 °C. En una llama de gas de carbón y aire de óptima composición la temperatura puede ser hasta de 2 000 °C y en una llama de gas natural, de 1 900 °C.

Para poder encontrar esta explicación del fuego, muchos seres humanos tuvieron que recorrer un largo camino guiados por la curiosidad científica.

Historia que arde

La primera aproximación a la verdadera naturaleza de la combustión fue postulada por el químico francés Antoine-Laurent Lavoisier, pero antes tuvieron que suceder muchas otras cosas. Desde Aristóteles hasta la Edad Media prevaleció la noción de que el fuego era un elemento, hasta que Francis Bacon en su Novum Organum lo calificó como una de esas “ficciones que surgen de teorías vanas y falsas”. Alrededor de 1660 Robert Boyle, con la ayuda de su alumno, Robert Hooke, probó con una bomba de aire que ni el carbón ni el azufre arden cuando se calientan fuertemente en recipientes cerrados carentes de aire, aunque cada uno se inflama tan pronto como se deja entrar el aire. También encontró que una mezcla de cualquiera de las dos sustancias con salitre se incendia incluso cuando se calienta en el vacío, y concluyó que la combustión depende de la acción de algo común entre el aire y el salitre. En su Micrographia, de 1665, Hooke estableció que la llama es “nada más una mezcla de aire, y partes volátiles sulfúricas de cuerpos disolubles o combustibles”. John Mayer, otro discípulo de Boyle, experimentó con velas y otros combustibles ardiendo en una campana de aire atrapado sobre agua. Él observó que el aire disminuye en cantidad y que cuando la llama expira el aire residual es inactivo y no soporta más combustión. También observó que la respiración de los animales en un espacio encerrado tenía el mismo efecto, y concluyó que la respiración y la combustión son procesos análogos. Sus puntos de vista sobre el tema (expuestos en su Tractatus Quinque Medico-Physici, de 1674), son casi correctos y, seguramente, si no hubiera sido por su muerte temprana en 1679, él podría haber descubierto el oxígeno.

Sin embargo, el desarrollo de la teoría del flogisto por parte de Georg Ernst Stahl al principio del siglo XVIII ignoró completamente los hechos descubiertos por Boyle y sus estudiantes. En esencia, la teoría proponía que toda la materia combustible estaba compuesta de dos principios: uno llamado el flogisto (del griego “quemado”) que escapaba durante la combustión; y el otro, llamado calx, que permanecía como un residuo. La teoría del flogisto dominó el pensamiento químico por un tiempo porque satisfacía la necesidad de una explicación común, aunque incorrecta, de un gran número de fenómenos de otra forma inconexos; y el periodo de su existencia puede ser propiamente visto como el periodo de incubación de la química moderna. Ese periodo llegó a su fin cuando en 1774 Joseph Priestley y, de manera independiente, Karl Wilhem Scheele en 1775, descubrió el gas que sería llamado posteriormente oxígeno por Antoine Lavoisier. Este último negó la existencia del flogisto en 1783 y avanzó en la teoría, ampliamente soportada por los hechos, de que el oxígeno es el constituyente activo del aire, que es necesario para el proceso de quemado y entra en combinación química con la sustancia que sufre la combustión.

MÉTODOS PARA EXTINGUIR INCENDIOS

El descubrimiento temprano y la acción rápida son esenciales para el control y la extinción de los incendios. Una cubeta de agua, el más simple y primitivo extinguidor, es efectiva si se utiliza durante los primeros minutos, aunque el agua no debe usarse en aceite, grasa o fuegos eléctricos. En la oficina o escuela, al voltear boca abajo una papelera o basurero en los que se incendia el contenido, ayudamos a extinguir el fuego. En la casa, además de cerrar el gas, una tapa metálica grande es excelente para controlar las llamas si una sartén con aceite que se está calentando se incendia en la estufa. Si las ropas de una persona se incendian, rodarse en el piso o envolverse en una tela grande como un mantel o cortina, impide que siga quemándose.

De acuerdo con lo anterior, existen tres métodos para eliminar un incendio:

1. Enfriamiento: bajar la temperatura del material en combustión.

2. Sofocación: quitar el oxígeno del aire.

3. Eliminación del combustible: cerrar llaves, bajar interruptores, retirar el material que arde.

No importa cuál sea el método utilizado, su efectividad dependerá del entrenamiento y la experiencia de la persona que lo use. Saber usar un extintor y conocer su ubicación, es vital. Además, es muy conveniente tener en cuenta las recomendaciones del Departamento de Bomberos de la UNAM:

• Conserva la calma y llama a los bomberos.

• Solicita ayuda e información.

• Tranquiliza a los compañeros.

• Si sabes usar un extintor, úsalo, si no, no te expongas.

• Si es posible, desconecta la corriente eléctrica y apaga toda fuente de ignición.

• Avisa a las personas que se encuentren en áreas vecinas para que desalojen el lugar o permanezcan en alerta.

• Si el área se encuentra llena de humo, arrástrate por el piso para respirar mejor.

• Mientras llegan los bomberos: no abras puertas ni ventanas; si no estás capacitado para controlar el fuego abandona el lugar lo antes posible; no te expongas ni corras riesgos; jamás entres a un incendio sin la capacitación y el equipo adecuado.

La teoría de Lavoisier de que la combustión es una reacción entre la sustancia que arde y el oxígeno, estaba basada en principios científicos, el más importante de los cuales es la ley de la conservación de la materia; es decir, la cantidad total de materia en el Universo es constante. Hoy entendemos una reacción de combustión de un hidrocarburo como la formación de dióxido de carbono, CO2, y de agua, H2O, a partir del carbono y el hidrógeno del hidrocarburo con el oxígeno del aire. La cantidad de carbono, hidrógeno y oxígeno antes y después de la combustión son constantes, según la ley de conservación de la materia.

Los métodos de Lavoisier de experimentación cuantitativa y de razonamiento científico, así como sus descubrimientos, iniciaron la era de la química moderna. Después de su época la combustión dejó de ser un enigma para la química, y se siguió haciendo mucho trabajo para aclarar los procesos químicos y físicos o, como sería llamado, el mecanismo de la combustión.

Los autores agradecen las sugerencias de Julián Garritz.

Publicado en ¿Cómo ves? Núm. 14, enero 2000.

Elia Arjonilla cursó la carrera de sociología en la UNAM y se dedica a la prevención de riesgos. Desde 1998 es coordinadora de Comunicación de Riesgos en la Dirección General de Divulgación de la Ciencia de la UNAM.

Andoni Garritz es doctor en fisicoquímica egresado de la UNAM. Es profesor de tiempo completo de la Facultad de Química, donde dirige la revista Educación química desde hace 10 años.

LavoisierEL PARTERO DE LA QUÍMICA

Por Horacio García Fernández

Es difícil establecer quién fue el padre de la química —hay demasiados candidatos—, pero de este científico puede afirmarse que fue quien la trajo al mundo con sus características propias.

Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794) y su esposa Marie Paulze (Jacques-Louis David,1788).

Foto: cortesía The Metropolitan Museum of Art.

Cuando nació Antoine Laurent Lavoisier en París, el 26 de agosto de 1743, la química estaba lejos de ser considerada una profesión. Era apenas un campo de interés de quienes se llamaban a sí mismos filósofos de la naturaleza, campo que atraía principalmente a médicos y boticarios por las posibilidades que brindaba como fuente de medicamentos.

En el siglo XVIII la nomenclatura de las sustancias químicas no estaba unificada. Los filósofos naturales que hacían combinaciones y transformaciones en sus laboratorios empleaban múltiples nombres para la misma sustancia, pero algunos nombres sí eran usados y reconocidos por la mayoría. Ése era el caso de las “cales metálicas”, que se producían al calentarse los metales intensamente en presencia del aire. Para explicar la combustión en general, los aficionados a la química aceptaban unánimemente la teoría del flogisto, sustancia hipotética que se liberaba cuando ardían los objetos.

La combustión según los alquimistas

La teoría del flogisto era producto del trabajo del médico y alquimista alemán Johann Joachim Becher, quien había supuesto que la materia estaba compuesta de tres “tierras”, una de las cuales confería la propiedad de arder. El médico alemán Georg Ernst Stahl adoptó la tesis de Becher, pero llamó a la sustancia del fuego flogisto (del griego phlogistós, inflamable). El flogisto era un “principio de combustión” que contenían las sustancias inflamables, principio que, o bien se escapaba al aire durante la combustión, o bien setrasladaba de la sustancia combustible a la sustancia que se le unía al arder. Según Stahl, unas sustancias contenían más flogisto que otras, por eso ardían con mayor intensidad y facilidad: por ejemplo, el carbón estaba hecho de flogisto casi puro; el papel, la madera y las telas contenían cantidades considerables, y las sustancias arenosas no lo contenían.

No obstante, las cales metálicas resultaban ser más pesadas que el metal original, lo que no concordaba con la idea de que en la combustión se perdía parte de la sustancia de este. Si bien Stahl pretendía ser “más objetivo que los alquimistas” y partir de sus observaciones para establecer una teoría, no cumplió porque no tomó en cuenta esta observación fundamental, que hubiera echado por tierra su teoría del flogisto.

Para ser justos con Stahl hay que reconocer que en su época no estaban nada claras las ideas de peso y masa. Isaac Newton las distinguió y definió claramente en 1687, pero Stahl no había leído a Newton y no se ocupaba mucho de pesos y masas.

Cobrador de impuestos

Antoine Laurent Lavoisier nació en el seno de una familia bastante rica. Su padre, abogado de prestigio, pudo garantizar la educación del hijo en buenas escuelas. Luego de estudiar derecho, Lavoisier se enfrentó a su padre para manifestarle que no pensaba ser abogado. Le había atraído más la filosofía natural y a ella pensaba dedicar su vida.

Primero se interesó en la geología y ya desde sus primeros trabajos destacó por su afán de apoyar sus observaciones en medidas muy exactas. Luego se dedicó a la química. Trabajaba en un laboratorio que montó y sostuvo con sus propios recursos. Cuando se casó, en 1771, su mujer, la bella, inteligente y activa Marie-Anne Pierrette Paulze, contribuyó a sostenerlo.

El año anterior, pensando en la necesidad de atender el hogar que estaba decidido a formar, Lavoisier ingresó en la organización conocida como Ferme Générale. Los miembros eran particulares que tomaban en arrendamiento el cobro de impuestos de la corona. Tras pagar un monto fijo al rey, todo excedente iba a parar a los bolsillos de los fermiers; así se amasaron fortunas inmensas en la Francia del siglo XVIII, a costa del sufrimiento y maltrato de los deudores.

Lavoisier ingresó en la odiada empresa en 1770, y aunque sabemos que nunca fue cruel ni particularmente exigente con la puntualidad de los deudores, como la mayoría de sus cofrades, el formar parte de ese cuerpo empresarial habría de costarle muy caro.

El largo camino del reconocimiento de una ley científica

Entre los médicos y filósofos naturales dedicados al estudio de las transformaciones de unas sustancias en otras se había despertado un gran interés por el estudio de un grupo de sustancias a las que se llamaba “aires” por ser volátiles como el aire natural. Con el tiempo se les llamaría “gases” (del griego chaos, espacio vacío).

A Lavoisier le llamaron la atención los experimentos de un investigador inglés contemporáneo suyo, llamado Henry Cavendish. En uno de estos, realizado en 1766, Cavendish trató diferentes ácidos con metales y obtuvo siempre un mismo “aire” que se encendía y detonaba con facilidad calentándolo en presencia de aire natural. Cavendish llamó a esta sustancia “aire inflamable”. Pero, sujeto como estaba a la influencia de Stahl, Cavendish creyó que su aire inflamable era ni más ni menos que el escurridizo flogisto. Luego encontró que tras la detonación se formaban gotitas de agua y cambió de opinión. Cavendish llamó “hidrato de flogisto” al misterioso aire inflamable.

Se le reconoce a Cavendish haber llevado a cabo la primera síntesis del agua, al mismo tiempo que se le da crédito como descubridor del hidrógeno, pero en realidad ni se dio cuenta de que había obtenido agua, ni dejó de creer que en efecto había obtenido flogisto puro.

Los ratones de Priestley

En 1766 se encontraba en Londres Benjamin Franklin, científico y político de las colonias británicas en América (y que sería uno de los artífices de la declaración de independencia de Estados Unidos). Fue allí donde conoció a Joseph Priestley, eclesiástico inglés que 10 años más tarde se haría famoso por sus investigaciones sobre los “aires”. Franklin despertó en Priestley el interés por la filosofía natural. Poco después de despedirse del americano, Priestley se sintió intrigado al contemplar la ebullición del líquido que se fermentaba en los toneles de una fábrica de cerveza. ¿Por qué desprendía tanto gas al fermentarse?

Priestley no tardó en ponerse a hacer sus propias manipulaciones. En marzo de 1772 inició sus trabajos con la cal metálica del mercurio. Calentándola moderadamente, Priestley observó que se desprendía un “aire” que resultó poco soluble en agua, y que se volvía a formar el mercurio original. El 8 de marzo realizó un experimento muy importante: puso un ratón en un recipiente de vidrio que contenía dos onzas del aire extraído de la cal metálica del mercurio. Normalmente un ratón podría sobrevivir así 15 minutos, sin embargo este aguantó media hora. Cuando lo retiró del recipiente, parecía muerto, pero al acercarlo al fuego, el ratón “revivió”. Así descubrió Priestley una propiedad muy importante de su “aire”: era “más respirable que el ordinario”.

Y Priestley siguió experimentando. Puso otro ratón en una mezcla de aire extraído de la cal del mercurio y de la cal de plomo. El ratón vivió 45 minutos. En otro experimento, Priestley llevó su “aire” a una campana de vidrio hermética dentro de la cual se encontraba una vela ardiendo en aire natural: la vela ardía más intensamente en presencia del nuevo “aire” que llegaba a la campana.

Plancha I del Tratado elemental de química, ilustrado por Marie Paulze Lavoisier.

Imagen: Gallica/Bibliothèque Nationale de France.

Hoy nos parece evidente qué cosa era el “aire” con el que trabajaba Priestley porque reconocemos estas propiedades. Pero él también creía en el flogisto: concluyó que su “aire” contenía menos flogisto que el aire natural y por eso podía absorbermás de este que lo que emitía el cuerpo en combustión. Llamó a su sustancia “aire desflogisticado”.

Para dar a conocer su resultado a los investigadores franceses, Priestley se fue a París en 1774 como secretario de Lord Shelburne. En París lo esperaba Lavoisier.

Lavoisier en el laboratorio

En 1772, el mismo año en que Priestley empezaba a hacerse odiar por los ratoncitos que lo conocían, Lavoisier, con la colaboración de su esposa, reprodujo en su laboratorio muchos de los experimentos que se estaban haciendo en otras partes. Él no estaba convencido de la teoría del flogisto y para probarla midió el peso de las sustancias que trataba. En su opinión, pesar era la única herramienta que permitiría saber si el flogisto existía o no. Los metales, al calentarse intensamente, se transformaban en la correspondiente cal metálica y los no metales por lo general formaban otros tantos “aires”. Lavoisier observó que el peso total de los productos de la combustión era siempre mayor que el de las sustancias originales.