Metalurgia
El primer metal empleado por los humanos fue el oro que puede encontrarse en forma nativa, por lo que no necesita transformaciones químicas. Se han encontrado pequeñas cantidades de oro en algunas cuevas de España usadas en el Paleolítico superior aproximadamente hace 40.000 años. La platay el cobre también se pueden encontrar en forma nativa en pequeñas cantidades (además del estaño y el hierro meteórico que aparecen en cantidades exiguas) permitiendo un uso limitado de objetos metalísticos en las culturas antiguas.4 Las técnicas de esta metalurgia inicial se limitaban a fundir los metales con la ayuda del fuego para purificarlos y dar forma a los adornos o herramientas mediante moldes o cincelado.
Metalurgia del bronce
Algunos metales pueden obtenerse de sus menas simplemente calentando los minerales en una pira, principalmente el estaño y elplomo, y a mayores temperaturas en un horno el cobre, en un proceso conocido como fundición. Las primera pruebas de extracción metalúrgica proceden del yacimiento de Çatalhöyük en Anatolia (Turquía), alrededor 6400 a. C., y los yacimientos arqueológicos deMajdanpek, Yarmovac y Plocnik, los tres en Serbia, datados en los milenios V y VI a. C. También son notables las fundiciones de cobre encontradas en el yacimiento de Belovode, con objetos como un hacha de cobre del 5500 a. C. perteneciente a la cultura de Vinča. Se han encontrado más vestigios de los primeros usos de los metales, datados en el III milenio a. C., en otros lugares como Palmela(Portugal), Los Millares (España) y Stonehenge (Reino Unido).
Al principio los metales se usaban por separado o mezclados tal como se encontraban. Al mezclarse cobre con estaño o arsénico intencionadamente se consiguió metales de mejores cualidades, las aleaciones denominadas bronces. Con este avance tecnológico surgió la Edad del Bronce. La tecnología relacionada con el bronce fue desarrollada en el Oriente Próximo a finales del IV milenio a. C. fechándose en Asia Menor antes del 3000 a. C.; en la antigua Grecia se comenzó a utilizar a mediados del III milenio a. C.; en Asia Central el bronce se conocía alrededor del 2000 a. C. (en Afganistán, Turkmenistán e Irán), aunque en China no comenzó a usarse hasta el 1800 a. C., adoptándolo la dinastía Shang. La Edad del Bronce no solo fue el periodo de mayor desarrollo de la metalurgia (en términos de expansión y diversidad) sino que influyó en muchos otros campos al extender el uso de objetos metálicos. La disponibilidad de herramientas y armas fabricadas con un metal más duro y resistente permitió el desarrollo de la agricultura y los grandes ejércitos. A partir de la Edad del Bronce los pueblos que consiguieron armas de aleaciones y metales más duros se impusieron a sus vecinos.
Metalurgia del hierro
La extracción del hierro de sus menas es mucho más difícil que la del cobre y el estaño, ya que requiere un proceso de fundición más complejo, que necesita carbón (una fuente de CO) como agente reductor y mayores temperaturas, pero a cambio se consigue un metal más duro y tenaz que el bronce. A diferencia de la producción del bronce que se extendió por el Viejo Mundo a partir de un foco ubicado en el Oriente Próximo las técnicas de fundición del hierro podrían haberse desarrollaron multipolarmente en distintas partes del mundo. Existen restos arqueológicos con herramientas fabricadas con hierro sin níquel (prueba de que no es de origen meteórico) en Anatolia alrededor del 1800 a. C., pero también se han encontrado herramientas del periodo comprendido entre el 1800 a. C. y 1200 a. C. en el valle del Ganges en la India, y en yacimientos en África datados alrededor de 1200 a. C. Las tecnologías siderúrgicas se extendieron desde el Mediterráneo hacia el norte a partir del 1200 a. C., llegando al norte de Europa alrededor del 600 a. C., más o menos en las mismas fechas en las que llegaron a China.
La cerámica y el vidrio
Además de la metalurgia el uso del fuego proporcionó a los humanos otras dos importantes tecnologías derivadas de transformaciones físico-químicas, la cerámica y el vidrio, cuyo desarrollo ha acompañado al hombre desde la prehistoria hasta el laboratorio moderno. Los orígenes de la cerámica datan del neolítico cuando el hombre descubrió que los recipientes hechos de arcilla, cambiaron sus características mecánicas e incrementaron su resistencia frente al agua si eran calentados en el fuego. Para controlar mejor el proceso se desarrollaron diferentes tipos de hornos, y cada cultura desarrolló sus propias técnicas y formas.
En Egipto se descubrió que recubriendo la superficie con mezclas de determinados minerales (sobre todo mezclas basadas en el feldespato y lagalena) la cerámica se cubría con una capa muy dura, menos porosa y brillante, el esmalte, cuyo color se podía variar añadiendo pequeñas cantidades de otros minerales o las condiciones de aireación en el horno. Estas tecnologías se difundieron rápidamente. En China se perfeccionaron las tecnologías de fabricación de las cerámicas hasta dar con la porcelana en el siglo VII. Durante siglos China mantuvo el monopolio en la fabricación de la porcelana, y en Europa se desconocía como fabricarla hasta el siglo XVIII gracias a Johann Friedrich Böttger.
Relacionado con el desarrollo de la cerámica, aparece el desarrollo del vidrio a partir del cuarzo y carbonato sódico o potásico. Su desarrollo igualmente empezó en el Antiguo Egipto y fue perfeccionado por los romanos. Su producción masiva a finales del siglo XVIII instó al gobierno francés a premiar mediante concurso un nuevo método para la obtención del carbonato sódico ya que la fuente habitual (las cenizas de madera) no proporcionaba cantidades suficientes como para cubrir la creciente demanda. El ganador fue Nicolas Leblanc aunque su proceso cayó en desuso en favor del proceso de Solvay, desarrollado medio siglo más tarde, que impulsó enormemente el desarrollo de la industria química.
Química inorgánica antigua
Las sociedades antiguas usaban un reducido número de transformaciones químicas naturales como las fermentaciones del vino, la cerveza o la leche. También conocían la transformación del alcohol en vinagre que usaban como conservante y condimento. Las pieles se curtían y blanqueaban sumergiéndolas en orina añeja, gracias a que contiene urea que se transforma en amoniaco cuando se almacena largo tiempo, y también se usaba su capacidad blanqueante con las manchas persistentes de los tejidos. Además tenían conocimiento del proceso de saponificación; los primeros registros de fabricación de jabones datan deBabilonia alrededor del 2800 a. C.
Teorías filosóficas de la antigüedad clásica
Los filósofos intentaron racionalizar por qué las diferentes sustancias tenían diferentes propiedades (color, dureza, olor...), estaban en diferentes estados (gases, líquidos y sólidos) y reaccionaban de diferente manera ante los cambios del medio, por ejemplo frente al agua, el fuego o al ponerse en contacto con otras sustancias. Estas observaciones les impulsaron a postular las primeras teorías sobre la química y la naturaleza. Estas teorías filosóficas relativas a la química pueden encontrarse en todas las civilizaciones antiguas. Un aspecto común de todas ellas era el intento de encontrar un número reducido de elementos primarios que se combinarían entre sí para formar todas las demás sustancias de la naturaleza. Solía tratarse en sustancias conocidas como el agua, la tierra, la madera o el aire/viento, y formas de energía como el fuego o la luz, además de conceptos abstractos como el éter o el cielo. Varias civilizaciones diferentes coincidieron en muchos de estos conceptos, incluso entre culturas sin contacto, por ejemplo los filósofos griegos, indios, chinos y mayas consideraban que el agua, la tierra y el fuego eran elementos primarios, aunque cada una de estas culturas incluía uno o dos elementos distintos más.
En la Grecia Clásica alrededor del 420 a. C. Empédocles afirmó que toda la materia estaba formada por cuatro sustancias elementales: tierra, fuego, aire y agua. En sintonía con esta creencia la escuela hipocrática sostenía que el cuerpo humano estaba formado por cuatro humores.Aristóteles añadió a los cuatro elementos clásicos el éter, la quintaesencia, razonando que el fuego, la tierra, el aire y el agua eran sustancias terrenales y corruptibles, y que como no se percibían cambios en las regiones celestiales las estrellas y planetas no debían estar formados por ellos sino por una sustancia celestial e inmutable. En sus obras Física y Metafísica Aristóteles desarrolla sus conceptos duales de «sustancia y accidente», «esencia y forma», «acto y potencia» para explicar los cambios de la naturaleza, incluidas las transformaciones de la materia. Sus ideas sobre la composición y transformaciones de la materia, y el resto del funcionamiento de la naturaleza, se convirtieron el las predominantes tanto en Occidente como en Oriente Medio, influyendo en sus culturas durante dos milenios.
Por otra parte, mayor la parte de los métodos de purificación usados en la Antigüedad se describen en la obra de Plinio el Viejo, Naturalis Historia. Además de describir las técnicas intenta explicar los métodos y hace observaciones muy precisas sobre muchos minerales.
Primeros anatomistas
Las teorías iniciales sobre el atomismo se remontan a la Antigua Grecia y Antigua India. El atomismo griego se inició con los filósofos Leucipo de Mileto y su discípulo Demócrito alrededor del 380 a. C., que propusieron que la materia estaba compuesta por diminutas partículas indivisibles e indestructibles, denominadas por ello átomos (del griego ἄτομος «sin partes», «que no se dividen»). Afirmaciones similares fueron realizadas por el filósofo indio Kanada en sus textos de la escuela Vaisesika en un periodo cercano. También los jainistas de la época tenían creencias atomistas.
Alrededor del 300 a. C. Epicuro postuló un universo formado por átomos indestructibles en el cual el hombre debía alcanzar el equilibrio. El filósofoLucrecio trató de explicar la filosofía epicúrea al público romano en su obra del 50 a. C., De rerum natura (Sobre la naturaleza de las cosas). En esta obra Lucrecio presenta los principios del atomismo, las teorías sobre la naturaleza de la mente y el alma, y explicaciones para las sentidos y el pensamiento, el desarrollo del mundo y los fenómenos naturales.
Tanto los atomistas griegos como los de la India carecían de datos empíricos que respaldaran sus creencias. Sin pruebas a sus adversarios les resultó fácil negar sus tesis. En Occidente el atomismo nunca consiguió formar parte de la opinión mayoritaria de la época. Aristóteles se opuso a la existencia de los átomos en el 330 a. C. y su autoridad en el pensamiento occidental hizo que las ideas atomistas quedaran postergadas durante siglos, hasta bien entrada la Edad Moderna.
Alquimia
La alquimia (del árabe الخيمياء [al-khīmiyā]) es una antigua práctica protocientífica y una disciplina filosófica que combinaba elementos de la química, lametalurgia, la física y la medicina con la astrología, la semiología, el misticismo y el espiritualismo. La alquimia fue practicada en Mesopotamia, elAntiguo Egipto, Persia, la Antigua Grecia, el imperio romano, los califatos islámicos medievales y en la India, China y Europa hasta el siglo XVIII, por una compleja diversidad de escuelas y sistemas filosóficos que abarcaron al menos 2.500 años.
El sistema de elementos que usó la alquimia medieval fue desarrollado principalmente por el alquimista persa Jābir ibn Hayyān y se enraizaba en la tradición de los elementos griegos de la antigüedad clásica. Su sistema constaba de los cuatro elementos de Empédocles y Aristóteles: aire, tierra, fuego y agua a los que se añadían dos elementos filosóficos: azufre, caracterizado por el principio de combustibilidad, «la piedra que arde»; y elmercurio que representaba las propiedades metálicas. Estos últimos eran considerados por los primeros alquimistas como expresiones idealizadas de los componentes irreductibles del universo, y fueron la principal contribución de la alquimia filosófica.
En la Edad Media en Occidente existía tradicionalmente una relación entre la alquimia y la astrología de estilo greco-babilónico. En esa época se conocían siete metales y siete astros entorno a la Tierra (puesto que imperaba el geocentrismo), por lo que se relacionaba cada metal y sus propiedades con un astro.nota 1 La identificación entre ambos llegaba hasta el punto de que el símbolo del planeta también se usaba para representar al metal. Las asociaciones eran las siguientes:
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— oro;
— plata;
—mercurio;
— cobre;
— hierro;
— estaño;
—plomo.
Posteriormente el alquimista suizo Paracelso amplió también a siete la lista de elementos, añadiendo a los cuatro tradicionales tres elementos alquímicos adicionales, denominados tria prima, tres principios metálicos para representar las propiedades de la materia: azufre para la combustibilidad, el mercurio para la volatilidad y la estabilidad, y la sal para la solidez. Razonaba que los cuatro elementos de la teoría elemental aristotélica se manifestaban en los cuerpos como tres principios. Paracelso los consideraba principios fundamentales y los explicaba recurriendo al ejemplo de la madera ardiendo en el fuego. El mercurio que era el principio de la cohesión debía irse para que la madera se descompusiera, y como era volátil se desvanecía con el humo. El calor que se desprendía con las llamas provenía del azufre (la combustibilidad) y las cenizas que quedaban era la sal que implicaba la solidez.
Piedra filosofal
La alquimia se define como la búsqueda hermética de la piedra filosofal (una sustancia legendaria capaz de transmutar los metales en oro o de otorgar la inmortalidad y la omnisciencia), cuyo estudio estaba impregnado de misticismo simbólico y era muy diferente de la ciencia moderna. Los alquimistas trabajaban para hacer transformaciones a nivel esotérico (espiritual) y exotérico (práctico). Estos aspectos exotéricos protocientíficos de la alquimia fueron los que contribuyeron a la evolución de la química en el Egipto greco-romano, la Edad de Oro del islam y después en Europa. La alquimia y la química comparten su interés por la composición y las propiedades de la materia, y con anterioridad al siglo XVIII no había distinción entre ambas disciplinas.
La alquimia aportó a la química la invención y desarrollo de gran parte del instrumental de laboratorio. Los primeros alquimistas occidentales, que vivieron en los primeros siglos de nuestra era, ya inventaron algunos equipamientos y procesos usados posteriormente por la química. El baño maría, o baño de agua para calentar controladamente, lleva el nombre de María la Judía considerada una de las fundadoras de la alquimia. En sus obras también aparecen las primeras descripciones del tribikos (un tipo de alambique de tres brazos) y del kerotakis (un dispositivo para recoger vapores). Cleopatra la Alquimista describió los métodos de fundición y destilación de la época, algunos le atribuyen la invención del primer alambique. Cuando la disciplina se desarrolló en el mundo islámico, la infraestructura experimental que estableció Jabir ibn Hayyan influiría en los procedimientos de los demás alquimistas islámicos, y posteriormente en Europa cuando se tradujeron al latín sus textos.
En su búsqueda de la piedra filosofal los alquimistas descubrieron y aprendieron a purificar muchas sustancias químicas como el alcohol, el amoníaco, la sosa cáustica, el vitriolo, el ácido muriático (clorhídrico), el ácido nítrico, el ácido cítrico, el ácido acético, el ácido fórmico, el arsénico, el antimonio, el bismuto y el fósforo, entre otras.
Alquimia en el mundo islámico
En el mundo islámico se continuó la tradición clásica al traducirse al árabe las obras de los antiguos griegos y egipcios y fueron la cultura más própera en todos los ámbitos científicos de la época. El desarrollo delmétodo científico moderno fue lento y progresivo, y el principio del método científico en química comenzó entre los alquimistas musulmanes medievales, inicialmente por el persa del siglo IX, Jābir ibn Hayyān(conocido como "Geber" en Europa), que se considera uno de los padres de la química. Él introdujo un enfoque sistemático y experimental a la investigación científica en el laboratorio, a diferencia de los antiguos griegos y egipcios cuyas obra se basaban en elucubraciones principalmente alegóricas y a veces ininteligibles. nota 3 También inventó el alambique tal como lo conocemos y de él procede su nombre actual (al-anbiq), descubrió y analizó muchas sustancias químicas, estableció la distinción entre ácidos yálcalis, y fabricó cientos de medicinas. Además redefinió la teoría de los elementos clásicos, identificando también como elementos al mercurio y al azufre.
Otros renombrados eruditos musulmanes de la época como Abū al-Rayhān al-Bīrūnī, Avicena y al-Kindi refutaron las teorías de la alquimia, particularmente la transmutación de los metales; y al-Tusi enunció una versión de la conservación de la masa, al afirmar que un cuerpo material podía cambiar pero no desaparecer. Al-Razi fue el primero en rechazar a la teoría aristotélica de los cuatro elementos clásicos y marcó el camino de la química usando el laboratorio en el sentido moderno, además de diseñar y describir más de veinte instrumentos, algunos de los cuales siguen usándose actualmente como el crisol o la retorta de destilación.
La alquimia del mundo islámico influyó posteriormente en Europa al ser traducidos al latín sus textos, sobre todo en a partir del siglo XII. Por ejemploParacelso (1493–1541), reformó la teoría de los cuatro elementos siguiendo sus enseñanzas, y con solo un vago conocimiento de la química y la medicina oriental fundó un híbrido entre alquimia y ciencia al que denominó iatroquímica.
Problemas de la alquimia
Desde el punto de vista moderno la alquimia presentaba varios problemas. En primer lugar su objetivo no era la ampliación del conocimiento de un modo racionalista como actualmente entendemos una ciencia, sino que su fin era encontrar materias míticas como la piedra filosofal, y los descubrimientos experimentales se producían de forma colateral. Además carecía de un sistema para nombrar los nuevos compuestos que se descubrían, y su lenguaje era esotérico y vago hasta el punto que sus términos significaban cosas diferentes para distintas personas. De hecho segúnThe Fontana History of Chemistry (Brock, 1992):
El lenguaje de la alquimia pronto desarrolló un vocabulario técnico arcano y reservado diseñado para ocultar información a los no iniciados. En gran medida este lenguaje es incomprensible para nosotros hoy, aunque aparentemente los lectores del cuento del criado del canónigo de Geoffrey Chaucer y la audiencia de El alquimistade Ben Jonson eran capaces de interpretar lo suficiente como para reírse de ello.
El cuento El criado del canónigo de los Cuentos de Canterbury (de finales del siglo XIV) expone el lado más fraudulento de la alquimia, la pretensión de fabricar oro a partir de materias más baratas. También Dante Alighieri un siglo antes muestra su rechazo a este fraude al meter a todos los alquimistas en el infierno de su obra.
La alquimia tampoco disponía de un método científico lógico y consensuado para hacer los experimentos reproducibles. De hecho muchos alquimistas incluían entre las anotaciones de sus métodos información irrelevante como los niveles de la marea o las fases de la luna. La naturaleza esotérica y el vocabulario codificado de la alquimia al parecer servían sobre todo para ocultar que en realidad no tenían demasiadas certezas. Ya en el siglo XIV se evidenciaban las grietas en la fachada de la alquimia, y mucha gente se mostraba escéptica. Para haber avanzado habría necesitado un método normalizado que permitiera a otros reproducir los experimentos, y haberlos registrado de un modo claro que permitiera exponer lo que se sabía y lo que se desconocía.
En 1317, el papa Juan XXII de Aviñón ordenó la expulsión de todos los alquimistas de Francia por falsificar moneda. En 1403 se aprobó una ley en Inglaterra donde se penaba con la muerte la «multiplicación de metales». A pesar de todo la alquimia no desapareció, ya que la realeza y las clases privilegiadas seguían creyendo que podían descubrir la piedra filosofal y el elixir de la vida en su provecho. Durante el Renacimiento la alquimia exotérica siguió siendo popular en la forma de la iatroquímica de Paracelso, mientras que la alquimia espiritual también florecía fiel a sus raíces platónicas, herméticas y gnósticas. Así que la búsqueda de la piedra filosofal no fue abandonada a pesar de los escasos avances de la alquimia, y siguió siendo practicada por eruditos y médicos respetados hasta principios del siglo XVIII. Algunos practicantes de la alquimia de inicios de la era moderna actualmente son reconocidos por sus grandes contribuciones a la ciencia como Jan Baptist van Helmont, Robert Boyle e Isaac Newton.
Siglos XVII y XVIII: Inicios de la química
Los intentos prácticos de mejorar el refinado de las menas minerales y la extracción de los metales a partir de ellas fue una importante fuente de información para los químicos del siglo XVI. Entre ellos destaca Georgius Agricola (1494–1555), que publicó la gran obra De re metallica (Sobre los metales) en 1556. En su obra se describen los procesos complejos y muy desarrollados de minería, extracción de los metales y metalurgia de la época. Aborda el tema eliminando el misticismo que tenía asociado anteriormente, creando una base práctica que otros podrían desarrollar. La obra describe los muchos tipos de altos hornos usados para la fundición de las menas minerales y estimuló el interés por los minerales y su composición. No es casual que mencione y use como referencia en numerosas ocasiones al autor de la antigüedad Plinio el Viejo y su obra Naturalis Historia. Se ha calificado a Agricola como el padre de la metalurgia.
En 1605 Francis Bacon publicó The Proficience and Advancement of Learning (La capacidad y progreso del aprendizaje), una obra científico-filosófica que contiene una descripción de cómo debería ser la práctica experimental que posteriormente se conocería como el método científico. En 1605 Michal Sedziwój publicó el tratado alquímico Novum Lumen Chymicum (La nueva luz de la química), que propone por primera vez la existencia en el aire de un «alimento para la vida», que posteriormente se reconocerá como el oxígeno. En 1615 Jean Beguin publicó Tyrocinium Chymicum (La práctica de la química), el primer libro de texto de química, donde aparece la primera ecuación química. En 1637 René Descartes publicó Discours de la méthode (El discurso del método), un ensayo que basa la investigación científica en los cálculos matemáticos y la desconfianza en los hechos no probados.
La obra del químico holandés Jan Baptist van Helmont, Ortus medicinae (El origen de la medicina) publicada póstumamente en 1648, se considera la principal obra de transición entre la alquimia y la química, e influyó notablemente en Robert Boyle. El libro contiene el resultado de numerosos experimentos y enuncia una versión inicial de la ley de conservación de la masa. Baptist van Helmont, que trabajó en el periodo inmediatamente posterior a Paracelso y su iatroquímica, indicó que existían otras materias «insustanciales» además del aire, y acuñó para ellas el nombre de «gas» (del griego cáos). Además de la introducción de la palabra gas en el vocabulario científico, van Helmont realizó varios experimentos con gases. Jan Baptist van Helmont también es recordado actualmente por sus ideas sobre la generación espontánea y su experimento de cinco años controlando el crecimiento de una bellota en relación con la tierra que la alojaba, además de por ser el fundador de laquímica neumática.
En 1669 el alquimista alemán Hennig Brandt descubrió el fósforo a partir de la orina.47 Para lograrlo destiló una mezcla de orina y arena (50 cubos). Al evaporar la urea obtuvo un material blanco que brillaba en la oscuridad y ardía con una llama brillante.
Robert Boyle
Se considera que el químico inglés Robert Boyle (1627–1691) apartó definitivamente a la química de la alquimia al mejorar su método experimental. Aunque su investigación tiene sus raíces claramente en la tradición alquímica, actualmente se reconoce a Boyle como el primer químico moderno, y por ello uno de los fundadores de la química moderna, y uno de lo pioneros del método científico experimental moderno. Se le conoce principalmente por la ley de Boyle que presentó en 1662, aunque Boyle no fue su descubridor original. La ley describe la relación inversamente proporcional que existe entre la presión y el volumen de un gas, si se mantiene constante la temperatura en un sistema cerrado.
Se reconoce como un hito científico la publicación de la obra de Boyle The Sceptical Chymist (El químico escéptico) en 1661, que se considera un pilar fundamental del campo de la química. En la obra Boyle presenta su hipótesis de que todos los fenómenos son el resultado de la colisión de las partículas en movimiento. Boyle apela a los químicos para que experimenten y afirma que los experimentos contradicen que los elementos químicos se limiten a los cuatro elementos clásicos. También declaró que la química debería dejar de estar subordinada a lamedicina o la alquimia y debería alzarse al estatus de ciencia por sí misma. Destaca su defensa de la experimentación científica rigurosa. Boyle creía que todas las teorías deberían probarse experimentalmente antes de ser consideradas ciertas. Su obra además contiene algunas de las primeras ideas modernas sobre átomos,moléculas y reacciones químicas, por lo que marcó el inicio de la historia de la química moderna.
Boyle también trató de purificar las sustancias químicas para obtener reacciones reproducibles. Fue un defensor de la filosofía mecánica propuesta por René Descartes para explicar y cuantificar las propiedades e interacciones de las sustancias químicas. Boyle era un atomista, pero prefería la palabra corpúsculo a átomo. Puntualizó que la división más pequeña de la materia a la que se mantenían las propiedades era a nivel de los corpúsculos. Además realizó numerosas investigaciones con una bomba de aire. Observó que al sacar el aire las llamas se extinguían y se morían los animales situados dentro, y también hacía descender los niveles del barómetro. Boyle repitió los tres experimentos de van Helmont, y fue el primero en usar indicatores que cambiaran de color con la acidez. Por todo ello Boyle ayudó a asentar los pilares de la revolución química con su filosofía corpuscular mecánica.
Teoría del flogisto
A finales del siglo XVII y principios de XVIII se propuso la teoría del flogisto para intentar explicar los procesos de combustión y oxido-reducción mediante la pérdida o transferencia, respectivamente, de un supuesto fluido denominado flogisto. La teoría fue propuesta inicialmente por Johann Becher y desarrollada por Georg Stahl, ambos químicos alemanes. Becher postuló otra reforma de la teoría de los cuatro elementos en la que solo la tierra y el agua serían componentes de las materias, en distintas proporciones, y el fuego y el aire serían meramente agentes de las transformaciones. A su vez existirían tres tipos distintos de tierras, cada una de ellas portadora de una propiedad: el aspecto vítreo, la fluidez o volatilidad, y el carácter inflamable. Para esta última Georg Stahl acuño el término flogisto en 1702. Toda sustancia susceptible de sufrir combustión contendría cierta cantidad de flogisto, y el proceso de combustión consitiría básicamente en la pérdida de dicha sustancia.
Se conocía desde la antigüedad que algunas sales metálicas podían ser transformadas de nuevo en los metales de partida. Stahl explicó este proceso suponiendo que los metales estaban formados por una cal y un principio inflamable carente de masa, el flogisto, por lo que la calcinación, es decir, la formación de la cal, se podía explicar, al igual que la combustión, como un desprendimiento de flogisto, el cual se liberaba del metal y dejaba la cal al descubierto en las cenizas. El proceso inverso, la reducción de la cal al metal, podía ser igualmente explicada como una adición de flogisto. Si una sustancia rica en flogisto, como el carbón, era puesta en contacto con una cal metálica, podía transferirle su flogisto y dar lugar a la formación del metal.
Joseph Priestley usó la teoría del flogisto en sus experimentos de química pneumática para explicar las transformaciones de los gases. Priestley denominó al residuo de aire que quedaba tras un proceso de combustión «aire flogistizado» (en realidad, una mezcla de nitrógeno y dióxido de carbono), pues pensaba que durante la combustión dicho aire había absorbido todo el flogisto que tenía capacidad de albergar, y por eso cesaba la combustión. Siguiendo esta línea de razonamiento, cuando Priestley calentó la cal roja de mercurio y recogió un tipo de aire que podía mantener más tiempo la combustión al que denominó «aire desflogistizado». Posteriormente Lavoisier lo llamaría oxígeno.
La teoría del flogisto fue popular durante el siglo XVIII hasta que Antoine Lavoisier la refutó en su obra Réflexions sur le phlogistique, pour servir de suite à la théorie de la combustion et de la calcination (Reflexiones sobre el flogisto, para formar parte de la teoría de la combustión y la calcinación) publicada en 1777. Según Stahl cualquier sólido liberaba flogisto bajo la acción del fuego, luego tras la combustión perdería masa o la mantendría (según el flogisto tuviera masa o no). Sin embargo, Lavoisier hizo experimentos calcinando metales y después de la calcinación en algunos el peso del residuo (los oxidos) era mayor que el cuerpo inicial. En estos casos el flogisto tendría un peso negativo, lo que resultaba absurdo, y demostraba la inconsistencia de la teoría del flogisto,
Descubrimientos
En el siglo XVIII se multiplicaron los descubrimientos de lo que hoy conocemos como elementos, gracias al cambio en los métodos de investigación. Un hecho sin precedentes desde la antigüedad, ya que en los dos milenios anteriores se habían descubierto solo cinco (arsénico, antimonio, zinc, bismuto y fósforo). Alrededor de 1735 el químico sueco Georg Brandt analizó un pigmento azul oscuro encontrado en la mena del cobre descubriendo lo que posteriormente conoceríamos como cobalto. En 1748 el español Antonio de Ulloapublicó la descripción de un nuevo metal, el platino. En 1751 un discípulo de Stahl, Axel Fredrik Cronstedt, identificó en una impureza del mineral del cobre otro nuevo metal, el níquel. A Cronstedt se le considera uno de los fundadores de la mineralogía moderna. En 1766 el químico inglés Henry Cavendish aisló el hidrógeno, al que llamó «aire inflamable». En 1773 el sueco Carl Wilhelm Scheeledescubrió el oxígeno, al que llamó «aire de fuego», aunque al no publicar inmediatamente su hallazgo dio tiempo a Joseph Priestley a publicarlo 1774, tras haber descubierto el mismo gas independientemente al cual llamó «aire deflogistizado». En 1783 los hermanos españoles Juan José y Fausto Elhuyar consiguieron aislar el wolframio a partir del mineral wolframita.
En el siglo también se descubrieron destacados compuestos. En 1754 el escocés Joseph Black aisló el dióxido de carbono, al que llamó «aire invariable». En 1757 el francés Louis Claude Cadet de Gassicourt, mientras investigaba los compuestos del arsénico creó ellíquido fumante de Cadet, que posteriormente se sabría que contenía óxido de cacodilo, y por ello es considerado el primer compuestoorganometálico que se logró sintetizar. Y además en 1758 Joseph Black formuló el concepto de calor latente para explicar los cambio de estado.
Antonie Laurent de Lavoisier
Aunque la investigación química se puede remontar a la antigua a la antigua Babilonia, Egipto, y especialmente a Persia y Arabia de la Edad de Oro del islam, la química floreció a partir de la época de Antoine-Laurent de Lavoisier, un químico francés reconocido como el «padre de la química moderna». En 1789 Lavoisier estableció formalmente la Ley de conservación de la materia, que en su honor también se conoce como «Ley Lomonósov-Lavoisier». Para demostrarla realizó múltiples experimentos. Demostró con medidas meticulosas que las transmutaciones no eran posibles, no se transformaba el agua en tierra, sino que el sedimento que se observa al hervir agua procedía del contenedor. Al quemar al aire fósforo y azufre, probó que los productos pesaban más, pero que el peso ganado procedía del aire.
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Repitiendo los experimentos de Priestley demostró que el aire estaba compuesto de dos partes (no era un elemento), y una de ellas se combinaba con los metales para formar las cales. En Considérations Générales sur la Nature des Acides(1778) demostró que la parte del aire responsable de la combustión también era la fuente de la acidez en disoluciones. Al año siguiente nombró a esta parte oxígeno (del griego formador de ácidos), y a la otra azote (sin vida). Por ello se considera a Lavoisier el descubridor del oxígeno junto a Preistley y Scheele. También observó que el «áire inflamabe» descubierto por Cavendish - al que denominó hidrógeno (del griego formador de agua) - combinado con oxígeno producía una condensación, como informó Priestley, que parecía ser agua (luego tampoco era un elemento). Como se indicó en el apartado anterior, en Reflexions sur le Phlogistique (1783) Lavoisier refutó la teoría del flogisto para la combustión. En Rusia Mikhail Lomonosov independientemente llegó a conclusiones similares sobre la conservación de la materia y el flogisto. Además Lomonosov anticipó la teoría cinética de los gases, al considera que el calor es una forma de movimiento.
Lavoisier trabajó con Claude Louis Berthollet y otros para idear un sistema de nomenclatura que fue la base del sistema moderno de nombrar compuestos químicos. En su Methods of Chemical Nomenclature (1787), Lavoisier inventó la forma de nombrar y clasificar que se usa principalmente en la actualidad, que incluye nombres como ácido sulfurico, sulfatos ysulfitos. En 1785 Berthollet determinó la composición elemental del amoniaco. Ese mismo año Berthollet fue el primero en usar el gas cloro como blanqueante comercial, y en 1789 fue el primero en fabricar lejía al burbujear gas a través de una solución de carbonato de sodio, consiguiendo una solución de hipoclorito sódico. También estudió y fue el primero en producir otro fuerte oxidante y blanqueante de cloro el clorato potásico (KClO3), conocido como sal de Berthollet. Berthollet también es conocido por sus contribuciones a la teoría del equilibrio químico a través del mecanismo de reacción reversible.
La obra de Lavoisier Traité Élémentaire de Chimie (Tratado elemental de química, 1789) fue el primer libro de texto de química moderno, y presentaba un punto de vista unificado de las nuevas teorías químicas, contenía una declaración clara de la ley de conservación de la masa, y negaba la existencia del flogisto. Además presentaba una lista de elementos, o sustancias que no podían descomponerse, que incluía al oxígeno, el nitrógeno, el hidrógeno, el fósforo, el mercurio, el zinc y el azufre. Sin embargo, en su lista también se incluía la luz y el calórico, que él creía que eran sustancias materiales. En la obra Lavoisier remarcó que la observación era la base de su química, afirmando que:
«He intentado (...) llegar a la verdad reuniendo hechos, para suprimir en lo posible el razonamiento, que a menudo es el responsable de engañarnos, para seguir en lo posible la luz de la observación y del experimento»
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/35/Ice-calorimeter.jpg
Lavoisier demostró que los organismos vivos descomponían y recomponían el aire atmosférico de la misma forma que lo hacía una llama. Junto aPierre-Simon Laplace, Lavoisier usó un calorímetro para estimar el calor por unidad de dióxido de carbono producido en una combustión. Y descubrió unas medias similares para las llamas y los animales, lo que indicaba que los animales producían energía por medio de un tipo de combustión. Además descubrió que el diamante era una forma cristalina del carbón.
Sin embargo como es lógico, en su obra no todo fueron aciertos. Lavoisier no creía en el atomismo y pensaba que la existencia real de los átomos era filosóficamente imposible. Lavoisier que creía en la teoría de los radicales y pensaba que los radicales funcionaban como un solo grupo que se combinaría con el oxígeno en las reacciones. Creía que todos los ácidos contenían oxígeno. A pesar de ello, la labor de Lavoisier fue fundamental para la ciencia química. Al impulso que se produjo en la investigación basado en su ley de conservación de la masa, su teoría sobre la combustión mediante el oxígeno, además de la teoría corpustular mecánica, se conoce como revolución química. Tras su obra la química adquirió una naturaleza estrictamente cuantitativa, lo que permitiría hacer predicciones fiables. Su contribución a la revolución química fue el resultado principalmente de su esfuerzo consciente de encajar todos sus experimentos en el marco de una sola teoría. Estableció de forma consistente el uso del equilibrio químico, usó el descubrimiento del oxígeno para refutar la teoría del flojisto y desarrolló un nuevo sistema de nomenclatura química. Lamentablemente su brillantez y autoridad científica no evitaron que Lavoisier fuera decapitado durante la Revolución francesa.
Volta y su pila
El físico italiano Alessandro Volta fue uno de los pioneros en los estudios sobre la electricidad. En 1775 Volta perfeccionó y popularizó el electróforo, un dispositivo con dos discos metálicos separados por un conductor húmedo, pero unidos con un circuito exterior, capaz de producir electricidad estática. En 1794 Volta revisó los estudios sobre la «electricidad animal». En 1780 Luigi Galvani había observado que al poner en contacto dos metales diferentes con el músculo de una rana se originaba la aparición de corriente eléctrica. A Volta le interesó la idea y comenzó a experimentar con metales únicamente, y llegó a la conclusión de que el tejido muscular animal no era necesario para producir la corriente eléctrica. Este hallazgo suscitó una fuerte controversia entre los partidarios de la electricidad animal y los defensores de la electricidad metálica, pero la demostración, realizada en 1800, del funcionamiento de la primera pila eléctrica certificó la victoria del bando favorable a las tesis de Volta.
Su pila voltaica de 1800 consistía en un apilamiento de varios pares de discos de cobre y zinc alternados (electrodos) separados por una capa de tela o cartón empapada en salmuera (electrolito) para incrementar la conductividad. Cuando se conectaba la parte superior y la inferior con un cable separados, y perdía poca carga con el tiempo cuando no se la utiliza, con lo que Volta consiguió la primera batería eléctrica para producir electricidad. Por ello se considera a Volta el fundador de la electroquímica. A partir de entonces se usarán las pilas voltaicas (o galvánicas) en el estudio las reacciones redox y sus productos. Además Alessandro Volta entre 1776 y 1778 se dedicó al estudio de la química de los gases y fue el descubridor del metano.
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