Journal of the Mexican Chemical Society

ISSN: 1870-249X

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Sociedad Química de México

México

Bascuñán Blaset, Aníbal

Bases históricas sobre materia, masa y leyes ponderales

Journal of the Mexican Chemical Society, vol. 43, núm. 5, septiembre-octubre, 1999, pp. 171-182

Sociedad Química de México

Distrito Federal, México

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Revista de la Sociedad Química de México, Vol. 43, Núm. 5 (1999) 171-182

Historia de la Química

Bases históricas sobre materia, masa y leyes ponderales

Aníbal Bascuñán Blaset

Facultad de Química, Universidad Nacional Autónoma de MéxicoCiudad Universitaria, Circuito Escolar. 04510 Coyoacán, México, D.F.

Resumen. Se presentan los hechos históricos más relevantes, sin loscuales no habría sido posible llegar a ese memorable período, queabarca los finales del siglo XVIII y los inicios del XIX, en el cual losconceptos de materia, masa, peso y composición química se interrela-cionan y permiten al genio de Lavoisier dar el toque maestro para quese descubrieran y asentaran las leyes ponderales y las leyes volumé-tricas, así como la teoría atómica, sin las cuales no habría sido posibleconsolidar a la Química como ciencia, ni dar paso a ese extraordina-rio siglo XIX tan lleno de creatividad y descubrimientos científicos ytecnológicos.Palabras clave: Materia, masa, Lavoisier, leyes ponderales, leyesvolumétricas.

Abstractc. Some of the most relevant historical facts, without whichthe consolidation of Chemistry as a science would not have been pos-sible, are mentioned. The period from the end of the XVIII century tothe beginning of the XIX century was enriched with concepts likematter, mass, weight and chemical composition; they are interrelated,and to know this allowed Lavoisier’s genius giving the master touchon matter and his mass conservation. This helped other researchers toset up the ponderal and volumetric laws, the atomic theory as well.This allowed to consolidate Chemistry as a Science, and to generatethe extraordinary XIXth century so full of creativity and scientificdiscoveries.Key words: Matter, mass, Lavoisier, ponderal laws, volumetric laws.

1. Los griegos y la materia

Como en otros muchos campos, cuando se quiere abordar untema se recurre a lo que los griegos de los siglos VI al I a. den. E. opinaron al respecto. Es por tal razón que iniciaré estoscomentarios recordando a algunos de ellos y sus contribucio-nes al esclarecimiento u oscurecimientos de las ideas acerca dela materia. Porque, intentar establecer lo que es la materia, esun problema y un desafío de los más difíciles de abordar.

De acuerdo con lo que se menciona con más frecuencia,parece que fueron los griegos los primeros que teorizaron eneste campo del conocimiento. En cuanto a sus razonamientosno tienen nada que ver con la experimentación, ya que el tra-bajo manual era impropio para un caballero griego que se esti-mara. Así es que gran parte de lo que plantearon fue con baseen las rigurosas observaciones de los hechos que se manifies-tan a simple vista.

En su diario quehacer los pensadores y los filósofos deaquellos tiempos deben haberse preguntado una y mil veces¿Qué es la Naturaleza? ¿De qué están hechas las cosas? ¿Quéson el sol y las estrellas? ¿De qué están hechos la tierra, elaire, el agua, los árboles e incluso nosotros mismos? ¿Qué hayde común entre todo lo anterior?

Es en tales predicamentos y reflexiones que Tales de Mi-leto (640-560 a. de n. E.), influido quizá por su larga perma-

nencia en Egipto, país en el cual el Nilo es y ha sido el motorprincipal de su actividad económica, tomó como la base decuanto existe al agua . El agua abarca grandes extensiones dela superficie de la tierra, impregna a la atmósfera de vapor,corre a través de los campos y sin ella la vida no puede existir.Para Tales, la tierra era un enorme disco que flota sobre unmar infinito, cubierto por la semiesfera celeste. Del agua todoprocedía y a ella todo iba a dar.

Fig. 1. Tales de Mileto.

Cuando un siglo después se planteó en astronomía que latierra es esférica, los griegos rodearon a la Tierra con una es-fera completa de aire y un cielo tapizado de estrellas.

De manera que Anaxímenes de Mileto (¿550?-480 a. den. E.), inspirado en esta visión del cosmos, postuló que el airees el constituyente elemental del Universo. Al respecto dijoque el aire, al comprimirse hacia el centro, forma sustanciasmás densas, como el agua y la tierra.

Siguiendo caminos de reflexión muy diferentes, el filóso-fo Heráclito de Efeso (¿540?- 475 de n. E.) planteó que lo quecaracteriza al Universo es el cambio . Todo cambia permanen-temente a nuestro alrededor. Y ¿qué es lo que generalmenteacompaña al cambio?

Él había observado que en las fermentaciones, en lascombustiones y aún en las discusiones y otras manifestacionesafectivas entre los seres humanos, al igual que en la enfer-medad, había cambios en la temperatura, y que calor y fuegovan siempre acompañando a estos procesos. Entonces postulóque el fuego es en buenas cuentas el origen de todo lo queobservamos a nuestro alrededor.

Hacia el 530 a. de n. E., Pitágoras de Samos (582-497 a. den. E.)[1] se trasladó al sur de Italia. De sus lecturas y obser-vaciones Pitágoras y sus discípulos concluyeron por aceptar queno tenía por qué ser un solo elemento y consideraron que lamateria se componía de todos los elementos mencionados: tier-ra, agua, aire y fuego [2]. Pero agregaron que dichos elementosprovenían de la combinación binaria de cuatro cualidades:calor, frío, humedad y sequedad . Abandonaron así las concep-ciones materialistas de sus antecesores para caer en el campodel idealismo filosófico. Recordemos que en cambio, en otroscampos Pitágoras utilizó frecuentemente el método inductivo

Más tarde, Empédocles (490-430 a. de n. E.), nacido enSicilia, discípulo de Pitágoras, aceptó y profundizó las ideasacerca de los cuatro elementos de los pitagóricos: el agua deTales, el aire de Anaxímenes, el fuego de Heráclito y la tierra,a partir de los cuales se formó todo cuanto existe. Estos cuatrocomponentes se encuentran combinados en diferentes propor-ciones a través de todo el universo bajo el influjo de las

fuerzas divinas de atracción y repulsión, esas mismas fuerzasque en los humanos se manifiestan como amor y odio

Aristóteles (384-322 a. de n. E.)[3] retomó los conceptosvertidos por Empédocles y Pitágoras. En sus reflexiones,arrancó de las mejores generalizaciones conocidas hacia loconcreto, material y perecedero. Enfrentó los problemas de laformación y destrucción de la materia. Aceptó entonces que lamateria se genera a partir de las propiedades ya señaladas, yconsiderando que no debe haber vacío, agregó al éter, ese ele-mento invisible e imponderable que se mueve circularmentealrededor de la tierra tomando la forma esférica, que es la for-ma perfecta e incorruptible que aceptan los dioses.

No podemos dejar de lado a los atomistas como Leucipo(¿460?-370 a. de n. E.), destacada figura del siglo V a. de n. E.quien fundó a orillas del mar Egeo la escuela de Abdera, y susucesor Demócrito de Abdera (470-380 a. de n. E.). Ambosson mencionados por Aristóteles y después por Epícuro (341-270 a. de n. E.). Este último enseñó sus teorías en Atenas.Estos filósofos no admitían que las cualidades de los cuerposfueran lo fundamental, y a la vez inexplicables. Señalaron quecon ello se cerraba el paso a la investigación.

Por eso Demócrito enseñaba que sólo existían átomos yvacío, que eran increados y que nunca se aniquilan (hoy sepresume que el decaimiento del protón llevará 1 × 1034 años).Los átomos, decía, están hechos de una misma sustancia y suforma y volumen son muy variados. De aquí que sus diferen-cias cualitativas se debían al distinto volumen, y a la forma,posición y movimientos de las partículas, que en todo caso enlo sustancial son de una misma naturaleza. En la piedra y elhierro, decía, los átomos sólo pueden vibrar u oscilar, mien-tras que en el aire y el fuego pueden saltar a mayores distan-cias. Y decía además que: al moverse en todas direcciones enel espacio infinito los átomos chocan entre sí, produciendomovimientos laterales y remolinos, que ocasionan a su vez laconcreción de átomos similares, en ellos se forman los ele-mentos y comienzan a constituirse innumerables mundos, loscuales crecen, decaen y terminan por descomponerse; sólosobreviven los sistemas adaptados a su ambiente”

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Fig. 2. Pitágoras.

Fig. 3. Aristóteles.

Cuando estas concepciones acerca del conocimiento y lanaturaleza regresan hacia Occidente son traducidas y adop-tadas. Esto se hará especialmente con los escritos de Platón yde Aristóteles que encuadran mejor con las tendencias idealis-tas de los escolásticos.

2. Los precursores

Cuando se habla del Renacimiento, a todos nos viene a lamente recordar a los artistas de esa época, pero casi nuncarecordamos el hecho de que estaba también presente una re-volución científica que abarcó a la Europa de los siglos XVy XVI, partiendo naturalmente de sus raíces medievales yprolongándose y profundizándose en los siglos siguientes.En ella campean los nombres de Garcilazo de la Vega, FrayLuis de León, Tasso, Maquiavelo, Ronsard, Rabelais, yMantaigne, Leonardo de Vinci [4], Rafael y Miguel Angel, ytantos otros que destacaron en las letras, la pintura e inclusoen la arquitectura, pero poco o nada se habla de la Ciencia(Filosofía).

2.1 Los precursores de los precursores

Entre ellos se puede nombrar a Alberto Magno (1200?-1280),quien por su visión polifacética de la ciencia fue conocidocomo el Doctor universalis , o como decían algunos de suscontemporáneos, era magnus in magia, mayor in philosophia,maximus in theologia. Su contemporáneo, Roger Bacon

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Fig. 7. R. Bacon.

Fig. 6. Alberto Magno.

Fig. 4. Laboratorio de alquimistas.

Fig 5. Averroes.

(1210-1292)[5] fue considerado como el precursor del métodoinductivo para la investigación de la naturaleza. Así quedóasentado cuando expresó: Sine experimentis nihil sufficientersciri potest. Entre otros muchos asertos por él planteados estáel de que la Alquimia tiene dos campos característicos, el dela Alquimia especulativa y el de la Alquimia práctica.

Después vendrán Arnaldo de Villanova (1238-1313), losescritos del pseudo-Geber (alrededor del 1300), Ramón Lulio(1235-1314), y muchos otros que sería largo de recordar sincontar aquellos otros cuyos nombres se pierden en el olvido.Asimismo debe recordarse la existencia de miles de documen-tos en los que no se daba el nombre del o los autores, o, aligual que en el caso del pseudo-Geber, se tomaba el nombrede algún alquimista famoso, a fin de darle fuerza y credibili-dad a los propios escritos.

No nos detendremos a dar citas sobre las mediciones demasa que dan los alquimistas de oriente, occidente, septen-trión y mediodía, pero recordemos a quienes han leído acercade la Alquimia y los alquimistas cuantas veces encontraronalusiones acerca de las medidas empleadas en sus laboriosostrabajos de alquimia.

2.2 La Química en el Renacimiento

El siglo XV estuvo lleno de hechos importantes que afectarona la vida de los pueblos al poner en crisis sus conocimientos ysus verdades. El mundo conocido se ensanchaba con los descu-brimientos de nuevos continentes (América en 1492) y con lainvención o mejor el perfeccionamiento de la imprenta (1452).

No puede omitirse en esta época el nombre de PhilippusAureolus Theophrastus Bombastus ab Hohenheim (1493 o 94-1541), más conocido con el nombre de Paracelso, pseudónimoque él mismo se pone. Este extraordinario humanista en subúsqueda del conocimiento se alejó de los libros y, al igualque R. Bacon, se acercó a la Naturaleza, llegando a decir:¿Cómo puede llegar al dominio de la Naturaleza aquel que nola ve donde está? Baste para honrar su memoria y destacar sulabor con dejar constancia de que para muchos es el padre dela Dosimetría, el fundador de la Toxicología, y el fundador dela Yatroquímica, de la cual emerge posteriormente la Químicafarmacéutica.

Después de Paracelso, tras su huella tan profunda y fe-cunda, aparecieron sus seguidores y sus detractores. Asíencontramos los nombres de Andreas Libau (1550-1616),Johannes Hartmann (1563-1631), fundador del primer labora-torio químico universitario, Angelus Sala (1576-1637), ymuchos otros que sería largo de mencionar.

Sin embargo, creemos que de acuerdo al tenor de esteescrito, no se puede dejar de nombrar a William Gilbert deColchester (1540-1603), quien practicó extensamente el méto-do experimental en sus estudios de la electricidad y el magne-tismo. Este notable investigador de la Naturaleza, a partir dela palabra griega electrón (ámbar), forjó la palabra electrici-dad, y el concepto de propiedades eléctricas.

En sus estudios sobre magnetismo, Gilbert expresó que sise tomaba una piedra imán uniforme, la fuerza y ámbito de su

magnetismo es proporcional a su cantidad o masa. Parece serque por primera vez se hace referencia a la masa y no alpeso, y se piensa que de aquí habría tomado la idea de masaKepler, Galileo y finalmente Newton, quien logró dar solu-ción al problema. Gilbert planteó al magnetismo como el almao fuerza magnética que con sus efluvios atraía hacia sí a loscuerpos circundantes, y también era el medio místico que ex-plicaba el movimiento del sol y los planetas. La importancia ycalidad de sus trabajos llevaron a Francis Bacon barón de Ve-rulam (1561-1626) a citarlo como científico ejemplar y a sustrabajos como paradigma de lo que debe ser la aplicación delmétodo científico.

Recordemos que Bacon analizó a fondo la ciencia induc-tiva y planteó lo que debería ser el método científico de locual dejó constancia en su obra Novum Organum Scientiarum.

Galileo había señalado la diferencia entre masa y peso enforma implícita, y un genovés de apellido Balliani lo hizoexplícitamente al expresar la diferencia entre moles y pondus.

Posteriormente, Isaac Newton(1642-1727) en los Princi-pia precisó la diferencia entre peso y masa a partir de los con-ceptos de densidad que planteara Boyle en sus trabajos sobrela densidad de los gases. Recordemos también a Newton,quien trabajando con péndulos llegó a la conclusión de que elpeso es proporcional a la masa. Los trabajos de Newton fue-ron profundizados más tarde (1883) por Mach en su obra inti-tulada Mecánica.

2.3 Los gases, esa cosa que parece inmaterial

Antes de llegar a las leyes ponderales y sus relaciones con lasconcepciones de la materia, daremos un vistazo muy somero ala historia de los gases: el aire y sus componentes, así como laobtención y estudio de otros.

En cuanto al aire, cabe recordar que fue consideradocomo un elemento que da origen a todo cuanto existe, aunquecon Empédocles pasó a ser uno de los cuatro componentesesenciales de cuanto existe. Estas raíces o elementos se com-binan entre sí en diferentes proporciones gracias a las fuerzas

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Fig. 8. Francis Bacon.

divinas de atracción y repulsión, y agregaba, en los hombreses el amor y el odio. En todo caso el fuego era algo más sutilque el agua, la tierra y aun que el aire. Esta explicación la ilus-tra con lo que hace el pintor al mezclar los colores, en que loscolores resultantes dependen de las cantidades de cada coloragregado. Esta y otras concepciones acerca de la materia, laNaturaleza y los procesos que en ella ocurren fueron conoci-das y aceptadas más tarde por los escolásticos, y defendidashasta con la hoguera durante la Edad Media.

2.3.1 Primeros avances en el conocimiento de los gases. Pa-reciera que, desde los tiempos de los griegos de la antigüedad,casi nada ocurre con las concepciones de los gases hasta llegara Paracelso (1493-1541), quien dejó constancia de que el airees algo muy complejo , un chaos (caos). Sus consideracionesacerca de la importancia de las cantidades de sustancias rece-tadas a los enfermos para que ayuden a la Naturaleza en sulucha contra la enfermedad han hecho, como ya lo señalamosanteriormente, que se le considere como el fundador de la Do-simetría.

Más tarde, Johan Baptiste Van Helmont (1577-1644)[6],un investigador y místico de Bruselas, estudió el aire produci-do al quemar la madera, por lo que lo llamó gas silvestre (gasde la madera). La expresión gas se genera al pasar a su lenguamaterna de chaos a ghust, y de allí a gas. Para muchos, vanHelmont es el creador de la Química de los gases y fundadorde la Química fisiológica. Recordemos que hizo toda una ex-perimentación cuantitativa cuando siguió paso a paso el creci-miento de un árbol y mediante ésta y otras experiencias con-cluyó que la materia se conserva. Estableció la diferenciaentre los gases y los vapores. Aseguró que los procesos en elorganismo humano eran todos químicos, señaló que la respira-ción y la combustión son procesos análogos, y asoció al airerespirado con la diferencia observada entre sangre venosa ysangre arterial. Estos son algunos de sus trabajos más rele-vantes. Todos ellos involucran una concepción materialista dela Naturaleza y para demostrarlo hace sus experimentos cuan-tificando los reactivos usados y los productos obtenidos.

El alquimista Robert Fludd (1574-1637)[7], hacia 1617quemó sustancias dentro de una campana de cristal invertidasobre agua y observó cómo el aire perdió volumen y la llamase apagó. Sus ensayos también fueron debidamente cuantifica-dos. En esta misma línea de experimentación, Robert Boyle(1627-91), Robert Hooke (1635-1703) y Richard Lowen(1631-91) demostraron que el aire no es homogéneo y al ob-servar la presencia de una parte activa del aire y de otra inacti-va, decidieron llamar spiritus nitro-aereu al principio activoque contenía, y aún más, mencionaron la presencia de partícu-las nitroaéreas.

El francés Jean Rey (†1645), quemó metales y atribuyó elaumento de peso a la combinación de los metales con partícu-las del spíritus nitro-aereus (las partículas nitroaéreas).

2.3.2 El descubrimiento del CO2. Pasaron muchas décadasantes de que se volviera a trabajar y avanzar en el campo delos gases. Este mérito le correspondió a Joseph Black (1728-

99), quien para graduarse como médico hizo un estudio sobrela acción del calor sobre la piedra caliza, tesis que presentó en1756. Observó que al calentar fuertemente la piedra caliza seformaba cal viva (CaO) y se liberaba un gas que resultó sersemejante en sus propiedades al gas silvestre de Van Hel-mont. Al igual que él, observó que este gas podía recombinar-se con la cal por lo cual lo llamó aire fijo . (Nótese la relaciónentre la obtención de un mismo producto a partir de sustanciasorgánicas y de sustancias inorgánicas). Al demostrar que elgas se recombina con la cal, produciendo así un cambio quí-mico, le da la categoría de materia.

Al dejar la cal expuesta al aire vio que se recuperaba lacaliza, con el correspondiente aumento de peso. Black con-cluyó que en el aire hay pequeñísimas cantidades de aire fijo.Concluyó además que el aire no es un elemento , puesto quecontiene al menos aire ordinario y algo de aire fijo.

Observó también que una vela se apagaba en el seno delaire fijo, y que lo mismo le ocurría al arder dentro de unacampana con aire, en ambos casos quedaba un residuo de aireque no permite la combustión, un aire flogisticado.

2.3.3 El descubrimiento del N2, Daniel Rutherford (1749-1819). Discípulo y asistente de J. Black, continuó estudiandoel problema bajo su encargo y dirección.

Rutherford puso un ratón bajo una campana de vidrio conaire, y vio que luego de un tiempo el ratón moría. Introdujouna vela encendida hasta que vio que se apagaba. Luegoencendió fósforo blanco y lo dejó hasta que dejó de arder. En-seguida pasó el aire residual por lechada de cal y recogió elgas sobrante. Un nuevo ratón murió en ese aire, y una velaencendida se apagó. A este aire residual lo llamó aire flogisti-cado. Es decir, un aire saturado de flogisto, y que por lo tantono permitía que los cuerpos ardieran, al no poder dejar arras-trar su flogisto por las llamas. Este comportamiento era seme-jante al del aire fijo, pero no reaccionaba con el agua de cal(hidróxido de calcio). Había aislado al nitrógeno. Los resulta-dos fueron publicados en 1772.

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Fig. 9. Obtención del Oxígeno por Scheele.

2.3.4 Descubrimiento del oxígeno. En estos mismos años(1771-72), Karl Wilhem Scheele (1742-1786)[8], realizó sustrabajos descomponiendo sales y óxidos, recogiendo para suestudio los gases producidos. En los años mencionados, traba-jando como aprendiz de boticario, preparó oxígeno y nitróge-no y describió sus propiedades. Su editor publicó los trabajoscinco años más tarde (1777), por lo que Priestley apareciócomo el descubridor del oxígeno. Posteriormente se les dio elreconocimiento a ambos dado que sus trabajos fueron realiza-dos independientemente.

Asimismo, independientemente, aunque hay buena comu-nicación entre ellos, en ese tiempo trabajan sobre los gasesdos hombres muy semejantes en algunos aspectos y muy disí-miles en otros: Henry Cavendish (1731-1810) y Joseph Pries-tley (1733-1804).

Ambos son muy trabajadores y excelentes experimenta-dores, hombres rigurosos y persistentes, enamorados de laQuímica, en gran medida viven para ella.

Henry Cavendish (1731-1810), al que llamaron el mássabio entre los ricos y el más rico entre los sabios, a un mismotiempo era un excéntrico en el más amplio sentido de la pala-bra y un investigador cuantitativo que operaba con peso,número y medida. Entre sus múltiples trabajos está el descu-brimiento de la regularidad de las reacciones en peso del ácidosulfúrico necesario para formar la sal de plomo, y cómo esamisma cantidad de ácido se combina con tres veces la base delmármol, y demostró que esa misma cantidad de sulfúrico esigual a la cantidad de ácido nítrico que disuelve a 33 partes enpeso de mármol. La relación de masas entre el sulfato deplomo y el sulfato de calcio es: mPbSO4: mCaCO3 = 300: 100 =100: 33.

Todo esto lo logró antes de que se descubriera el concep-to de equivalente, y no teorizó para hacer la generalizacióncorrespondiente ya que era más bien un apasionado experi-mentador que un teórico.

Cavendish, siguiendo los pasos de algunos alquimistas,así como los de Boyle y Hales, preparó el hidrógeno por laacción de los ácidos sobre los metales, e hizo un estudio sis-

temático de este gas. Es así como llega a concluir que en lacombustión del gas se produce agua. Como era un hombremuy meticuloso, no dio su informe hasta veinte años despuésde iniciados estos estudios. Por la gran inflamabilidad delgas llegó a pensar que era el flogisto puro. Más tarde, al verque el hidrógeno al arder formaba agua lo llamó hidrato deflogisto.

Al igual que Priestley, en todos estos trabajos usó cam -panas o probetas de vidrio que invirtió, llenas de mercurio,sobre cubas que contenían este elemento, para que no se disol-vieran los gases como ocurría con el agua, y que al mismotiempo actuara como un cierre líquido, creando así un sistemacerrado. Además les hizo marcas para medir los volúmenes degas que recogía o que agregaba. Este equipo había sido inven-tado por Hales, quien lo llamó eudiómetro (Eus = bien ;metrein = medida), al suyo lo llamó nuevo eudiómetro, dadoque le hizo modificaciones.

Posteriormente Cavendish introdujo dos terminales metá-licas dentro del eudiómetro para hacer saltar las chispas eléc-tricas y provocar así las reacciones químicas entre los gasespreviamente medidos. Sus análisis del aire fueron cuantitati-vamente tan rigurosos que logró medir la composición exactadel aire dando un valor medio para el aire desflogisticado(oxígeno) de 20.84 % y 79.16 % para el aire flogisticado (ni-trógeno). Con este análisis del aire corroboró lo planteado porRutherford: el aire es una mezcla de por lo menos dos clasesde aire.

Hizo también experimentos como el siguiente: puso dosterminales de cobre dentro de un tubo en U invertido sobreuna cuba con mercurio, de manera que en la curva se pudierahacer saltar chispas eléctricas, lo llenó con una mezcla de airedesflogisticado (O2) y aire flogisticado (N2). Se formarongases a los que agregó más aire desflogisticado (O2) y setornaron rojos (NO2). Los disolvió en agua y se formo ácidonítrico. Todo esto medido y pesado con toda precisión .

Cuando aisló el nitrógeno y lo combinó con el oxígenohasta agotarlo, mediante experimentos análogos a los anterio-

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Fig. 10. Cavendish. Fig. 11. Eudiómetro de Cavendish.

res, observó que quedaba una cantidad muy pequeña de gas.Intentó que reaccionara con diversos gases pero no tuvo éxito.Finalmente, aisló una pequeñísima cantidad de un gas que erarenuente a combinarse con ninguna de las sustancias con lasque lo trató: había aislado así un gas noble. Este gas fue des-cubierto e identificado por W. Ramsay (1852-1916), cien añosmás tarde (1894) a raíz de que J. W. Raleigh [9] (1842-1819)había encontrado que el peso atómico del nitrógeno variabasegún la fuente utilizada para su obtención. Ramsay recordólos trabajos de Cavendish con el aire, logró aislar a ese gas tanrenuente a reaccionar y lo identificó espectroscópicamentecomo un nuevo elemento, al que llamó argón porque erainerte.

Retomando los trabajos de Cavendish, recordemos queéste demostró que los gases son materia. Para ello pesó losgases que recogía en vejigas secas de buey. Dio valor 1 al airey determinó la densidad relativa del H2 (0.09) y la del aire fijoo CO2 (1.57).

En cuanto a Joseph Priestley (1733-1804)[10], es unhombre que provenía de un hogar modesto, y fue educado enla profesión del comercio por los parientes que lo acogieron ala muerte de su madre. Tenía una extraordinaria capacidadpara el estudio: aprendió las lenguas modernas europeas, y delas clásicas aprendió hebreo, caldeo, sirio y árabe, tambiénestudió Teología, Filosofía y Filología, y además asistió a laslecciones de Ciencias Naturales. Con esos enormes bagajesculturales fue un hombre que enfrentó intrépida y combativa-mente a quienes discrepaban de sus opiniones. Obtuvo elDoctorado en Derecho con una tesis sobre la Historia de laElectricidad, probablemente influido por las conferencias deF. Franklin.

Asistió a las conferencias de Química en Liverpool, cuan-do era profesor de idiomas en la Academia. Después, siendopárroco de la iglesia unitaria de Leeds (1760), hizo estudiosdel gas desprendido en la fermentación de las cebadas. Reco-gió el gas que se desprendía en las cubas de fermentación deuna fábrica de cerveza y vio que era parcialmente soluble enel agua, la que toma un sabor ligeramente ácido. Había echado

las bases para la preparación de bebidas gaseosas, así apare-cieron en el mercado el agua de Seltz y otras, y de la fuerteindustria refresquera de nuestros días. Entre los años 70 y 79estudió diferentes. Ya en l774, para evitar que gases como elCO2, el NH3, el SO2 o el HCl se disolvieran en el agua, losrecogía en probetas de vidrio invertidas sobre cubas que con-tenían mercurio, de esta manera le fue posible estudiar suspropiedades.

Al trabajar con mercurio descubrió que al calentarlo enpresencia del aire, el líquido se recubría de un material rojoladrillo. Él tomó este calcinado (cal de mercurio, óxido rojode mercurio), lo puso en un tubo de ensaye y lo calentó conlos rayos del sol concentrados mediante una lente. Recuperóel mercurio en forma de gotas y comprobó que se había for-mado un gas que favorecía las combustiones en forma másintensa que el aire. Repitió estas experiencias descomponien-do el óxido rojo de mercurio mediante los rayos solares con-centrados mediante una lupa, y luego repitió el experimentode Rutherford metiendo ratones en su interior. La campanaestaba llena con aire desflogisticado (O2) y observó que losratones se ponían alegres y juguetones. Él mismo aspiró estegas y se sintió ligero y cómodo.

Priestley mezcló el aire desflogisticado con aire natural yobservó que no ocurría nada. Pero cuando mezcló el aire des-flogisticado (O2) con el gas nitro (NO) apareció un gas rojopardo (NO2). Experimentó, al igual que lo hiciera Scheele,con los óxidos de plomo y encontró que al calentar el miniotambién se obtenía el mismo aire desflogisticado, aire queaviva la flama durante la combustión de diversas sustanciasporque arrastra el flogisto que ellas contienen (aire vivo).

2.3.5 Reflexiones preliminares. Hemos visto los enormesavances logrados al final del siglo en cuanto al estudio de losgases, a los que se les da reconocimiento como materia e in-cluso se les mide y pesa para hacer reacciones químicas con

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Fig. 12. Priestley.

Fig. 13. Experimento de Priestley.

ellos e incluso para determinar sus densidades relativas,aspectos en los que destacan los descubrimientos de Scheele,Priestley y sobre todo los de Cavendish, todos los cualesdieron sustento a Lavoisier para dar nuevos y espectacularesavances en los aspectos teóricos de la Química.

La importancia de los descubrimientos hechos en esteperíodo es indudable. Con base a los avances ya señalados y alas aportaciones de muchos otros experimentadores, se diceque el materialismo filosófico había vuelto a echar sólidasraíces en la Ciencia y por ende en la Filosofía, la Historia y laPolítica.

Antes de cerrar el siglo XVIII, la Química que ya habíatenido buenos avances teóricos con Boyle y Jungius, conquienes se definió en parte el campo de investigación de laQuímica y se asentaron las bases conceptuales sobre la mate-ria al dar un concepto operacional sobre lo que es un elementoquímico: toda sustancia que no se puede descomponer enotras. A lo que se agregan las investigaciones que permitieronesclarecer los conceptos de masa y peso, a pesar de que lateoría del flogisto, que funcionaba independientemente de lasmasas, y que aún seguía prevaleciendo en diversos campos dela Ciencia. Por otra parte, el atomismo presentado como teoríacorpuscular por Boyle y como átomos que participan en lasreacciones de sustitución por Jungius, como veremos más ade-lante, adquirieron fuerza y vigor con los trabajos de Dalton,quien lo vinculó y lo utilizó para explicar las reaccionesquímicas, la ley de Proust y su propia ley de las proporcionesmúltiples de combinación de los elementos. Aún más, los rep-resentó mediante modelos, mismos que utilizó para represen-tar moléculas. En el siglo XIX reapareció la inquietante pre-gunta acerca de qué es la materia, y se entró al campo de lamasa y la energía, el de la electricidad generada por procesosquímicos y provocadora la vez de nuevos procesos, la radiac-tividad, etcétera, campos en los cuales la experimentaciónabrió nuevas expectativas al conocimiento científico de la ma-teria con el auxilio de los nuevos avances tecnológicos.

3. Los fundadores

Con los antecedentes señalados y muchos otros más, el genialAntoine Laurent de Lavoisier (1743-94) logró a su vez esta-blecer la regularidad de las relaciones de peso en las reaccio-nes químicas . Sus experimentos, planeados siguiendo el méto-do científico, son notables. Baste recordar algunos de ellospara que veamos al genio y sus balanzas mágicas, convertidasen los instrumentos que por mucho tiempo sirvieron para res-paldar los resultados de la investigación experimental, y por lotanto para dar validez a los resultados obtenidos experimen-talmente. La síntesis de todos estos descubrimientos y de lasabstracciones teórica de ellos derivadas es la que abre la nuevaera de la Química.

Lavoisier, en uno de sus clásicos experimentos, hirvióagua durante 101 días y demostró que no hay formación demateria, como creían los alquimistas, y estableció así que enla naturaleza, la materia no se crea ni se pierde, sólo se

transforma . Estableció así, con toda propiedad, la ley de con-servación de la materia. Informado de que Cavendish habíaquemado el hidrógeno obtenido tratando los metales con dife-rentes ácidos, y que después de 20 años había llegado a laconclusión de que la mejor mezcla explosiva se logra con 100volúmenes de aire y 40 volúmenes de hidrógeno, y que en lacombustión se forma agua, elaboró un escrito, en el cual deta-lló lo que iba a hacer, y cómo lo iba a hacer. Es decir, planteóel problema, las hipótesis, el plan de trabajo y el diseño deltrabajo experimental que iba a realizar. Puso este escrito en unsobre y lo entregó cerrado y sellado en la Sociedad Científicade Francia. Días después, en una sesión de dicha Sociedad,pidió se abriera el sobre y se diera lectura al escrito. Ensegui-da entregó una ampolleta con 43 g de agua sintética. Habíahecho la síntesis cuantitativa del agua.

Posteriormente descompuso el agua haciéndola pasarsobre hierro en polvo al rojo, recogiendo y midiendo elhidrógeno producido, así como la masa del óxido formado.

Más conocido es su experimento acerca de la composi-ción del aire, conocido como el experimento de Lavoisier. Élya sabía de los trabajos de Cavendish con el Eudiómetro, co-nocía además, de primera mano, informado por el propio

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Fig. 14. Lavoisier.

Fig. 15. Experimento de Lavoisier.

Priestley, sobre la existencia del oxígeno obtenido por la des-composición de la cal formada al calentar el mercurio en pre-sencia del aire (el aire desflogisticado, aire que puede aceptarflogisto). Tal como lo habían hecho independientemente Ba-yen (1774), Scheele (1771) y Priestley (1774), Lavoisier des-compuso la cal de mercurio (HgO) mediante el calor e hizoensayos con el oxígeno obtenido.

Posteriormente, Lavoisier diseñó un equipo en el quepuso cantidades exactas de mercurio y aire. Calentó el mercu-rio de la retorta hasta que no hubo variaciones del volumendel aire contenido en la campana y no hubo más formación delas escamas rojo-ladrillo en la superficie del mercurio. Él,como siempre acostumbraba hacerlo, había medido y pesadocuidadosamente los reactivos y los aparatos utilizados, antes ydespués de realizado el experimento. Con este experimentodemostró que en la formación de cales no salía el flogisto delos metales al ser arrastrado por el aire, sino que era un com-ponente del aire que se fijaba al metal para formar la cal. Así,descompuso la cal de mercurio (HgO), recuperó la masa delmercurio consumido y el volumen del aire recuperado(oxígeno) y observó que este volumen era igual al volumendel aire desaparecido en el proceso. El 15 de abril de 1775Lavoisier dictó en la Academia de Ciencia una de sus acos-tumbradas conferencias semanales en la que habló acerca dela naturaleza del principio que se une con los metales en lacalcinación y les hace aumentar de peso. Señaló que el airede fuego es una combinación del principio acidificante o prin-cipio oxígeno con la sustancia del calor, sustancia ya aceptadapor los físicos de esa época. Posteriormente, del principio oxí-geno, engendrador de ácidos se pasó simplemente a oxígeno yse reconoció que también es el engendrador de las cales, esdecir, es el principio que con los metales forma cales u óxidosbásicos. Con este experimento volvió a corroborar la ley deconservación de la masa.

Hacia 1777, Carl Friedrich Wenzel (1740 - 1793) publicósus Lecciones acerca de la afinidad química de los cuerpos.En ellas habla de que la acción de los ácidos sobre los metaleses proporcional a la fuerza de los ácidos demostrando así quela velocidad de la reacción, en la acción de los ácidos sobrelos metales, es proporcional a la fuerza de los ácidos. Se debeentender por fuerza de los ácidos la concentración de ellos enlas soluciones acuosas.

Como se puede observar, las condiciones y el ambienteya están dados. La teoría y la práctica, lo cualitativo y lo cuan-titativo van de la mano y empiezan a dar sus frutos. Es asícomo en 1792 Jeremías Benjamín Richter (1762-1807) fundóla Estequiometría, rama de la Química que planteó la relaciónentre la reacción química, las sustancias y sus equivalencias.Es decir, estableció experimentalmente el concepto de equiva-lente químico. Cuando posteriormente se aceptó la teoría ató-mica, este concepto permitió establecer a la vez el concepto devalencia

En su obra Principios de Estequiometría o ciencia de me-dir los elementos químicos (stoicheion = sustancia fundamen-tal o elemento), obra publicada en 3 tomos entre 1792 y 1793,planteó su teoría de los pesos de combinación o pesos equiva-

lentes de los elementos químicos y los valores constantes quese determinan en las reacciones químicas, y dejó constanciatambién de la ley de neutralidad en las reacciones entre losácidos y las bases.

Richter, influido por Inmanuel Kant (1724-1804), quienaseguraba que En las ciencias de la Naturaleza sólo seencuentra de ciencia auténtica lo que contiene de matemática,Richter usó como lema para sus escritos publicados de 1791 a1802, y agrupados en once tomos, las palabras del Libro de laSabiduría (Cap. XI, V.22): Todo ha sido ordenado por Diossegún medida, número y peso .

Al igual que Richter, el francés Joseph Louis Proust(1755-1826), realizó innumerables y cuidadosos análisiscuantitativos de las sustancias químicas. Llegó, al igual queRichter, a la conclusión de que las sustancias químicas teníancomposición constante, estableciendo así, la Ley de las pro-porciones constantes o ley de las proporciones definidas.

Proust, al igual que Richter, sufrió los ataques de ClaudeLouis Berthollet (1748-1822), quien aseguraba que la compo-sición química de los componentes químicos no era constantey que por el contrario dependía de las cantidades que reaccio-naban entre sí en cada caso. En verdad, Berthollet andaba a lacaza de la ley de acción de masas.

Al otro lado del Canal de la Mancha, el inglés John Dal-ton (1766-1844) seguía los altibajos de los desacuerdos exis-tentes entre Proust y Berthollet y se preguntó: ¿será posibleque las combinaciones se hagan en cualquier proporción?, Ypuso manos a la obra. Porque, como ya tenía en mente lasideas acerca de la atomicidad de la materia, y el concepto deproporciones definidas calzaba bien con su teoría, se pronun-ció a favor del planteamiento de Proust. Dalton seguramentese inspiró en los conceptos atomísticos de Joachim Jungius[11] y Robert Boyle.

Los conceptos básicos de Dalton acerca de una teoríaatómica cuantitativa los expuso por primera vez incidental-mente en octubre de 1803 cuando ofreció una conferencia enla Literary and Philosophical Society. Allí informó acerca delos pesos relativos de las partículas más pequeñas de los ele-

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Fig. 16. John Dalton.

mentos H, N, C, O, P y S, así como de trece compuestos quí-micos.

En 1805, apareció su primera tabla de pesos atómicos enlas memorias de la Sociedad, los que fueron conocidos porotros investigadores gracias al entusiasmo con que ThomasThomson (1773-1852) comentó la teoría atómica en la terceraedición de su obra A New System of Chemistry (1807).

Dalton publicó en 1808 su obra A New System ofChemistry Phylosophy en la que presentó su teoría atómica yanexó una “tabla de pesos atómicos”, más extensa y perfec-cionada.

Imbuidos en estas ideas, científicos de la talla de Liebig,Berzelius y muchos otros apoyaron la teoría atómica y presen-taron nuevas y más completas tablas de pesos atómicos to-mando diversos patrones de medida, hasta que finalmente sedio al hidrógeno esta representatividad por ser el elementomás liviano con masa atómica 1.000. Más adelante, en virtudde que era más fácil trabajar con el oxígeno, y que éste formacompuestos estables con casi todos los elementos se le tomócomo patrón con masa atómica 16.000, con lo cual el hidróge-no pasó a tener masa atómica 1.008. Posteriormente se acordótomar como patrón a un isótopo del carbono, el C-12.

A manera de síntesis. En la exposición anterior hemos vistocómo evolucionaron los conceptos acerca de la materia, par-tiendo de concepciones tan sencillas como las de los griegosde la Antigüedad para seguirle la pista a través de la Edad Me-dia, el Renacimiento y los siglos siguientes en que la Alqui-mia va siendo paulatinamente desplazada por la química.

Es indudable que en este caminar acerca de las concep-ciones de la materia, el concepto de masa y la ponderación dela materia misma en los procesos se está dando permanente-mente a lo largo de toda la Historia de la Humanidad, háblesede puñados, manos, almudes, kilogramos o cualquiera sea laexpresión empleada y cualquiera haya sido el medio parapoder comparar o controlar cantidades de sustancias.

En esta empresa colectiva en que la Ciencia es construidapor una pléyade de investigadores a lo largo de muchos siglosde esa maravillosa aventura del hombre que crece y se huma-niza a través de la creación de sus propias obras, aunque es in-negable que no se puede dejar de destacar el papel estelar dealgunos hombres. En este predicamento de reconocer a laCiencia como un producto histórico, cerramos este trabajo conel nombre de quien conjuntó voluntades y recursos para logrargrandes avances en la Química en diversos campos de la mis-ma. Hombre que desarrolló una actividad multifacética y supodarse tiempo para investigar disciplinadamente de siete anueve de la mañana y de siete a nueve de la noche, apoyán-dose para ello en su bella e incansable compañera, quien fuera—a más de agradable, atenta y magnífica anfitriona— ayu-dante, secretaria, traductora y dibujante, Mme. Lavoisier, sinla cual no le habría sido posible realizar tan extensa y profun-da obra en campos aparentemente tan disímiles como la cien-cia, la administración y la política, al sin igual Antoine Lau-rent de Lavoisier.

Notas y comentarios

1. Cuando los griegos se refieren a los elementos, aire, agua, tierra yfuego, lo hacen como una referencia a ellos de las variadas sus-tancias existentes en la tierra.

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Fig. 17. Tabla de Pesos Atómicos de Dalton.

Fig. 18. Lavoisier y su esposa.

2. Pitágoras. Para él, el agua se produce al unir lo frío con lo húme-do, el fuego al unir lo seco con lo caliente, la tierra por unión delo frío con la sequedad, y el aire por unión del calor con la hume-dad.

3. Aristóteles. A él se le considera también como el primero queintentó organizar la ciencia de su época y como el fundador delmétodo inductivo, aunque él señala a Sócrates como el padre delrazonamiento inductivo y de las definiciones universales, en lasque apoya después Platón todos sus razonamientos.

4. Leonardo da Vinci ya planteaba la idea de la investigación induc-tiva y el concepto del empirismo experimental. Entre sus investi-gaciones se tiene aquella que lo llevan a establecer que el airedebe estar formado por dos componentes, uno de los cuales seconsume en la respiración y en la combustión. En sus trabajosabundan las expresiones.

5. Roger Bacon, en su defensa de la investigación experimental y elinductivismo, expresa su desdén por las enseñanzas de AlbertoMagno señalando que este nada sabe, entre otras cosas, de óptica.Recordemos que R. Bacon descubre las primeras leyes de la ópti-ca, y que se presume usó anteojos y diseñó un microscopio cuyasevidencias están en dibujos realizados de su propia mano. Sesospecha que usó un telescopio, la evidencia estaría en ciertasanotaciones observacionales que él hizo.

6. Recordemos los estudios de Van Helmont acerca del anhídridocarbónico al que llamó gas silvestre (gas de las plantas), comoasimismo aquel estudio cuantitativo acerca del crecimiento deuna planta. En este experimento pesó la planta y la tierra de lamaceta. Después de algunos años los volvió a pesar. Como sólohabía agregado agua, posiblemente influido por las doctrinas delos griegos, estableció que el aumento de peso se debía al aguaagregada.

7. Robert Fludd es aquel alquimista que planteó una cosmología enque el hombre está recostado en el centro de la tierra, la que vaseguida de tres círculos en que va respectivamente el agua, al airey el fuego (los cuatro elementos griegos ordenados según su den-sidad. En los círculos siguientes van los “siete metales” conoci-dos en la Antigüedad y la Edad Media asimilados a sus respec-tivos planetas. De alguna manera Fludd representa a aquellos quesiguen apegados a la Alquimia y se resisten abierta o encubierta-mente a aceptar los avances científicos de su época.

La persistencia del pensamiento mágico se ve todavía en lascalles donde los “merolicos” ofrecen anillos, pulseras y otrosobjetos cuyas propiedades misteriosas se deben a que estánhechos con los siete metales. Lo absurdo de esto es que cientosde miles de personas se compran esclavas, anillos, pulseras y unsinfín de objetos elaborados con los siete metales que les con-fieren esos poderes mágicos. Lo anterior ¿no nos recuerda a unaesclava óptima que presentan en la televisión?

8. Scheele preparó en los años 71 y 72 el oxígeno y el nitrógeno.Para la obtención del oxígeno descompuso con el calor diversassales y óxidos. Entre estos últimos, el óxido de mercurio. Cabeseñalar también que puso fósforo blanco en una botella que tapóy luego calentó hasta que éste se fundió. Vio la formación devapores. Una vez que la botella se enfrió la invirtió en una cubacon agua y observó que los vapores se disolvían en agua y estasubía hasta un tercio de la capacidad de la botella. Realizó experi-mentos similares quemando el gas que obtenía al tratar virutas defierro con vitriolo (ácido sulfúrico) dentro de una botella inverti-da bajo agua, llena de aire. El gas ardía hasta que el agua subíahasta una quinta parte de la botella. Scheele concluyó que el airetenía dos componentes: un aire vivo y otro muerto. Por supuestoque el boticario para quien trabajaba no lo podía aceptar.

Aunque participa en los descubrimientos de gran parte de loque se logra en Suecia, sus trabajos acerca del aire y del oxígenopasan casi desapercibidos en el resto de Europa.

9. Rayleigh, quien pidió ayuda a los científicos para resolver esteproblema, encontró en Ramsay, un químico, la información nece-

saria: revise los trabajos de Cavendish. Además, Ramsay pidiópermiso a Rayleigh para intentar él mismo la solución de proble-ma. Rayleigh siguió el camino de Cavendish, Ramsay siguiónuevos rumbos: fijó el nitrógeno con ese elemento tan activo quehabía descubierto Humphrey Davy en 1808, el magnesio. Pasó elnitrógeno sobre magnesio recalentado y fijó el nitrógeno comonitruro. Repitió el experimento con el gas residual muchas veceshasta que logró aislar al gas cuyo peso atómico era mayor que eldel nitrógeno, el Argón.

10. Priestley. En religión se le consideró un fanático intolerante, loque lo llevó a dejar la parroquia en que trabajaba. Luego desem-peñó diversos trabajos tales como profesor, secretario privado,acompañante y finalmente regresó como párroco de Leeds dedonde salió más tarde al exilio hacia Norteamérica. Allá sededicó a la agricultura y la investigación química, manteniéndosehasta sus últimos días fiel a la teoría del flogisto.

11. Joachim Jungius (1789-1657) es considerado por muchos, juntocon Boyle, Uno de los fundadores de la Química propiamente tal.En 1642 dio una conferencia defendiendo la teoría corpuscularde la materia. En ese mismo año dio otra conferencia en quedefinió a los elementos químicos como aquellas sustancias uni-tarias que no pueden descomponerse en otras partes diferentes.Señaló la importancia de la ubicación espacial de los compo-nentes de las moléculas en la determinación de las propiedadesquímicas de los mismos, se anticipó así al actual concepto de iso-mería. Estudió la acción del hierro sobre la disolución de sulfatode cobre, y la explicó diciendo que los átomos de cobre sedepositaban sobre este último sustituyendo cada átomo de cobre auno de hierro. Además resaltó el importante papel que desem-peñaba la balanza en el estudio de las reacciones químicas.

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Fe de erratasEn el artículo “Unión a proteínas plasmáticas del DL-3-

hidroxi-3-etil-3-fenil-propionamida (HEPP). Un nuevo anticonvulsivante”, publicado en el volumen

43, número 2, páginas 39-42, las unidades de concentración que aparecen en todo el artículo están

dadas en mg/mL cuando lo correcto es µg/mL.