Invierno de 1985. Veinte hombres con botas impermeables y cascos se dirigen a un solar en construcción situado a 295 pies de la frontera entre Suiza y Francia, la mañana es calurosa y seca, pero el suelo está completamente enlodado debido a los continuos movimientos de camiones y palas excavadoras. El foco de tanta actividad es una vasta estructura parecida a un hangar o más precisamente, el pozo de más de 98 pies de profundidad y casi otros tantos de anchura que se abre en su centro.
Samuel Ting, un hombre alto y encorvado encabeza el grupo. Sam - así le llaman sus compañeros – es un físico norteamericano del Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT), cuyo premio Nobel le ha permitido abandonar la rutina de impartir clases en la universidad. Viste ropas oscuras, inmaculadamente limpias, y de ningún estilo en particular. Los tirantes se le hunden en la camisa. Se nota que él es el jefe. Le acompaña toda una tropa de colaboradores dispuestos a participar en un físico sin precedentes. Científicos chinos, indios, soviéticos, franceses, norteamericanos, españoles … se han dado cita en las puertas de este agujero.
El experimento, bautizado con un nombre tan poco romántico como L3, se ha concebido para responder a una pregunta tan obvia como ingenua: ¿Por qué pesan las cosas? O, mejor dicho, ¿por qué, bajo la influencia de un campo gravitatorio, las cosas tienen peso? O, para ser más exactos – y no enojar a ningún físico - , ¿qué es la masa?...Una cuestión aparentemente sencilla, pero que la ciencia todavía no ha logrado responder. Hoy, los físicos admiten que la masa tiene su origen en la acción de un tipo muy especial de partícula subatómica, el llamado bosón de Higgs. Fue denominada así en honor del físico escocés Peter Higgs, uno de los primeros en aventurar su existencia.
Es una partícula que no ha sido vista o detectada y que sólo puede palparse en complicadísimas ecuaciones matemáticas. Ting piensa que con su experimento va a dar caza a la Higgs, si es que existe. Porque siempre cabe la posibilidad de que sea tan sólo una ficción matemática.
Un viento helado, que se filtra por los miles de huecos del montacargas, acompaña al grupo de científicos hasta el interior del hoyo. Unos segundos más y habrán llegado. Es un momento tenso. El montecarga se detiene. Ninguno se atreve a pronunciar palabra. Intentan contener la respiración. Nadie del grupo había estado antes allí., a pesar de haber trabajado durante años en el experimento. En sus miradas se intuye una mezcla de orgullo y consternación. No es para menos.
En el centro de la caverna, se eleva un octágono de acero de gran tamaño que parece mirarles con sus inmensas puertas laterales abiertas de par en par. Es un electroimán de 8,500 toneladas - con más metal en sus entrañas que la torre Eiffel – envuelto en una red de centenares de kilómetros de cables. Pero lo que más sobrecoge a los científicos es lo que no se puede ver. A pesar de su tamaño, el electroimán sólo es la cubierta, el envoltorio del L3.
“Cuando por primera vez extendimos los planos sobre la mesa para estudiar a fondo el proyecto – confiesa Ting – supe que sus dimensiones iban a ser mayúsculas”. Los que le conocen afirman que la voz de Ting es normalmente monótona y sin aristas, incluso cuando se ve obligado a dar una reprimenda. Ahora, sin embargo, vacila ante el periodista: “pero hasta que no lo ves –continúa – no te das cuenta de cuán … grande…realmente es…Bajé aquí hace un par de días y pensé… es una locura. No… no puede ser de este tamaño. Y entonces me percaté –comenta sonriente – de que otros experimentos por ahí son prácticamente de la misma envergadura y están buscando lo mismo que nosotros… la masa…”
Los profanos en la materia confundimos habitualmente el peso con la masa. Pero son dos conceptos bien distintos. Coja un ladrillo. Lo primero que notará es que pesa. Si lo arroja con fuerza hacia alguien, lo puede herir. Ahora, machaque el ladrillo con un martillo y recoja los trozos para pesarlos en una báscula. Descubrirá que son tan pesados como el ladrillo original. Aunque su forma sea diferente, su sustancia no cambia. Imagínese que se traslada al espacio con otro ladrillo. La primera cosa que notará es que ya no es tan pesado. Si su imaginación le ha llevado hasta laguna, le costará seis veces menos esfuerzo el mantenerlo en sus manos. Parece tan inofensivo como una pluma. Pero no se fíe de las apariencias. Ni le pase por la cabeza arrojárselo a alguien, porque este ladrillo light todavía es un peligro en potencia. Puede no pesar nada, pero…Uf ! Continúa ahí. Sigue teniendo volumen y sustancia. Y no ha perdido ni pizca de su masa.
Mientras que el peso puede variar, la masa permanece inmutable. El peso es la medida de la fuerza de la gravedad. Si decide hacer una dieta porque las llantitas comienzan a deteriorar su línea y la báscula roza las 198 libras, sepa que este número no es más que un modo de indicar cuánto la Tierra, cariñosamente, le presiona sobre la báscula. Si lo que le obsesiona son esas libras de más no hace falta someterse a una sufrida dieta…! Váyase a vivir a la Luna! Nada más al llegar habrá adelgazado 165 libras, aunque para su desconsuelo, las llantitas seguirán en su lugar. Los científicos saben mucho más acerca del peso que de la masa. Hasta hace poco, no tenían ni la menor pista sobre su origen.
Las cosas han cambiado, o por lo menos se intenta que cambien. Por fin el pasado mes de agosto, el colosal L3 se puso en marcha. La carrera para atrapar la partícula de Higgs daba comienzo. Una cacería que se ha convertido en una de las mayores y más costosas en la historia de la ciencia. A ambos lados del atlántico, centenares de científicos y técnicos han trabajado codo a codo durante unas décadas para poner a punto el L3, la máquina que será capaz de detectar los bosones de Higgs. Ya llevan gastados más de 700 millones de dólares y no han hecho más que empezar. En su construcción han participado 39 instituciones de toda Europa, EEUU, Rusia, China, India y Japón. EL equipo de 450 físicos del L3 es uno de los seis que hoy, en todo el mundo, esperan resolver el misterio de la masa.
Pero, ¿por qué este interés repentino por encontrar el bosón de Higgs? Sus aplicaciones, en el caso de que se encontrara, son absolutamente son desconocidas. Aunque claro, eso pasa siempre al principio. Curiosamente, los grandes descubrimientos en física parecen a primera vista de poca utilidad. Hoy, el electromagnetismo alimenta nuestros locos refrigeradores y computadoras. En el siglo antepasado, parecía tan inútil e inservible que el laboratorio de James Clero Maxwell – el primer hombre que reveló los secretos de esta fuerza – casi cierra por problemas económicos. “¿Cuál es el uso de la electricidad?”, preguntó el Primer Ministro Diraeli. “Señor, - contestó Maxwell – algún día lo comprobará. ¡Si aquel gobernante levantara la cabeza! No hay ninguna razón para pensar que la comprensión de la masa vaya a ser diferente.
La búsqueda de la masa comenzó - al menos indirectamente - durante los años 50, cuando los físicos, incluido el teórico Peter Higgs empezaron a unificar teorías. Se empeñaron en demostrar que las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza – la atracción gravitatoria, la interacción electromagnética, la interacción fuerte y la débil – eran diferentes manifestaciones de una sola. Cada una de ellas cuenta con un agente invisible, una partícula subatómica, que provoca los efectos que nosotros vemos. Son los llamados, de forma genérica, bosones gauge. Los fotones, por ejemplo, transportan la fuerza electromagnética en forma de ondas de radio, de luz, de rayos X, gamma… Otro, los mesones, rigen la interacción fuerte que mantiene como un todo los núcleos de los átomos. Los científicos, aún no han visto gravitones, las hipotéticas partículas que transportarían la gravedad. Y hasta hace bien poco, ningún físico se había topado con un bosón W y Z, que rigen la interacción débil, una misteriosa fuerza crucial en el proceso del deterioro de la radiactividad.
Higgs, un hombre tímido, poco hablador y excesivamente modesto, trató de imaginar qué es lo que podría ocurrir si un tipo especial de campo – uno que el mismo se había imaginado – existiera en la realidad. Un campo es una región en el espacio que está sometido a la influencia de una fuerza.
Cierto día, Higgs estaba perdiendo el tiempo – por llamarlo de alguna manera - con sus ecuaciones, añadiendo una variable y suprimiendo otra allá. De repente su mente intuyó algo extraordinario… Algo, no sabía qué tenía que ver con una cuarta fuerza, la fuerza débil.
Por aquel entonces, Vaduz Salam, ahora en el centro Internacional de Física Teórica de Trieste, y Sheldon Glasgow, hoy en la Universidad de Harvard, trabajaban independientemente en un intento de unificar el electromagnetismo y la fuerza débil en una fuerza superior, la electrodébil. Pero los dos hombres tuvieron un tropiezo. Aunque los resultados obtenidos por Salam y Glasgow podían hermanarse, existían grandes discrepancias entre las partículas que transportaban dichas fuerzas. Los fotones no tenían masa. Ambos físicos predijeron que las partículas hipotéticas que acarrean la fuerza débil – las W y Z – tendrían que ser muy pesadas. Sus ecuaciones les decían todo lo contrario. En unos niveles tan profundos las W y las Z no deberían tener masa, imitando a sus hermanos fotones. Salam y Glasgow se habían metido en un callejón sin salida. El mismísimo Glasgow lo admitió: “Era como decir que una diminuta pelota de ping-pong y una bola de boliche eran la misma cosa.”
Fue en ese momento cuando Higgs hizo su primera aparición en escena con su melena alborotada, su campo y partículas bajo el brazo. Higgs encontró que si aplicaba a su campo y partículas una teoría análoga a la propuesta de por Salam y Glasgow, las partículas – en las ecuaciones originales – se comportaban de una extraña manera. Empezaban con una masa cero y entonces, matemáticamente, devoraban otras partículas no deseadas en el campo, emergiendo con masa. Estas partículas caníbales resultaron ser las W y Z. Lógicamente, Higgs lo ignoraba. Sus números complejos, límites, integrales y ecuaciones diferenciales le habían proporcionado las clave para explicar de forma razonable el por qué una partícula pesa algo en vez de nada. Glasgow, al conocer la teoría de Higgs comentó con cierto humor que “ se trataba de una idea loca, una idea en la que nadie, jamás, hubiera puesto un mínimo de atención”. Y acertó. Higgs lo pasó muy mal hasta que los editores se decidieron a publicar sus resultados. Me dijeron – comenta Higgs - que mi trabajo era irrelevante para la Física.”
No siendo, como dije anteriormente, un hombre que se dé mucha publicidad, Higgs no consiguió adeptos para sus ideas. Se encerró en su despacho en la Universidad de Edimburgo y raramente se arriesgó a visitar a otros centros universitarios. El físico – ermitaño de los páramos, lo llamó uno de sus colegas españoles.
Sin embargo, las partículas Higgs proporcionaban los mecanismos por los que la fuerza electromagnética y la débil finalmente podrían ser vistas como una sola. Las Higgs podrían haber ido a parar al baúl de los recuerdos o, en el peor de los casos, al bote de la basura de no ser por la gran ayuda que supuso para los trabajos y experimentos desarrollados en los años setenta por Steven Weinberg – ahora, en la Universidad de Texas - y Salam, que sentaban las bases de la teoría electrodébil. En 1979, Glasgow, Salam, y Weinberg, recibieron el premio Nobel. Cuatro años más tarde, las W y Z fueron descubiertas por un equipo de físicos encabezado por Carlo Rubbia y Simon Van der Meer, quienes también a su vez recibieron por sus esfuerzos el codiciado galardón científico sueco.
Hoy, la teoría electrodébil se incluye en los libros de texto y se estudia en las escuelas, pero existe un pequeño problema: nadie ha tenido entre sus manos la huidiza partícula de Higgs. “ Y sin la Higgs – bromea Paul Lecop, un colaborador francés del L3 – los señores Glasgow, Salam y Weinberg tendrían quizás que devolver estos envidiables premios que amablemente les fueron concedidos en Estocolmo”
Primavera de 1998. Estoy en un gran laboratorio. Un hombre alto, cara cuadrada y pelos de punta como los de un monstruo amistoso, lucha por abrirse paso a través de una selva de equipos electrónicos, cables multicolores y aparatos de soldadura. Se trata de Ulrich Becker, un manojo de nervios en perpetua ebullición. Becker lleva más de veinte años colaborando estrechamente con Ting. Nacido y criado en la República Federal de Alemania, residente en Francia, trabajador en Suiza, pagador de impuestos en Estados Unidos…Becker es el perfecto ejemplo de ciudadano cosmopolita. Al igual que Ting, trabaja en la Facultad de Física del MIT en Boston; y, como aquel, también ha viajado por todo el globo en busca de las partículas Higgs. “Ingenuamente – dice Becker - la mayor parte de los progresos en la Física de partículas durante los últimos años, y me refiero a la teoría electrodébil y a todo lo que ella envuelve, se basa en suposiciones y conjeturas a favor del campo de Higgs”.
Este es un campo que satura todo el universo y cuyas partículas consiguen hacerse de masa interaccionando con él. Podríamos compararlo con un imán que atrae con más fuerza unos metales que otros. Así, las partículas que son más atraídas hacia el campo de Higgs tienen más masa. El cuadro es muy bonito, teóricamente hablando, aunque no hay ni una sola evidencia de ello.
El experimento L3 se apoya en la Organización Europea para la Investigación Nuclear, un laboratorio paneuropeo conocido, por razones históricas, como CERN (Centro Europeo de Investigación Nuclear). Becker, Ting y el resto de sus colaboradores estaban interesados en los proyectos y programas de CERN. Este centro ponía en sus manos de contar con el mayor acelerador de partículas del mundo, el LEP (Large Electrón-Positron Collider). La mayor máquina científica construida por el hombre. Un túnel subterráneo de 27 kilómetros de longitud – 5000 metros más largo que el túnel Oshimizu, que enlaza Tokio con Niigota Joetsu – enterrado bajo el suelo franco - suizo. Un dilatado pasillo que servirá para acelerar partículas a velocidades próximas a la de la luz, rozando los 300,000 kilómetros por segundo.
Un chorro de partículas y otro de antipartículas, en una carrera vertiginosa, se lanzan en direcciones opuestas. Es preciso un gran esfuerzo energético para que no se desvíen en su trayectoria. Poco a poco son aceleradas a una velocidad inimaginable por la mente humana. Y en un punto exacto del oscuro túnel tiene lugar el brutal encuentro. Ahí se dan cita 50,000 veces por segundo, provocando millones de carambolas microscópicas. Y las partículas, como canicas de porcelana, se desmenuzan.
El equipo de Ting hará colisionar electrones, que tienen una carga negativa, con antielectrones o positrones, de carga positiva. En el choque saldrán despedidas partículas Z y - si las matemáticas no se equivocan – los esperados bosones de Higgs, los cuales se romperán en otras partículas. Tanto las Z como las Higgs tienen una vida tan efímera que es del todo imposible llegar a verlas. Se precisan detectores que las reconozcan y atrapen.
En 1979, Ting, Becker y un puñado de científicos empezaron a diseñar una ambiciosa máquina que fuera sensible a las partículas Higgs. Estaban tras el L3, el detector más grande del mundo. El colosal aparato recuerda a una especie de cebolla gigantesca formada por cinco capas concéntricas, cada una de ellas especializadas en dar caza a un tipo concreto de partícula. Una cebolla rellena de artefactos tecnológicos que miden la trayectoria, masa, velocidad y energía de las partículas que compiten en esta carrera mortal.
Fabricar cada capa toma muchos años de dedicación, millones de dólares, y requiere delicadas negociaciones entre las decenas de instituciones y países involucrados en el proyecto.
Laboratorios de todo el mundo están poniendo su grano de arena para que el detector de partículas sea una realidad. A veces, no todo va sobre rueda y surgen pequeños desastres. Es el caso del equipo español. Los camiones que transportaban las piezas fabricadas por el CIE-MAT de Madrid – una de las instituciones de apoyo al L3 – fueron detenidos en la aduana francesa. Los gendarmes no estaban dispuestos a dejar invadir la nación de Lavoisier y Descartes por tan incomprensible comitiva de científicos españoles. Tras una acalorada discusión, y viendo que no daban su brazo a torcer, los camioneros descargaron el equipo en la nieve, donde permaneció durante semanas, hasta que Ting y Becker zanjaron la disputa y recuperaron el material.
De esta forma Becker ha peregrinado por todo el mundo intentado resolver cualquier vicisitud o contratiempo. Ya ha acumulado sobre sus espaldas medio millón de kilómetros en viajes aéreos. Tiene ojeras y necesita a menudo desahogar sus frustraciones trabajando en su coche que por cierto, suele averiarse en el momento más inoportuno. “Nadie elegiría esta forma de trabajar en proyectos de tal envergadura – dice Becker -, pero tenemos que hacerlo si corremos tras algo como la partícula de Higgs… no podemos permitirnos el lujo de que la gente de Stanford nos tome la delantera.”
El hilo de la conversación es interrumpido por el chirrido como de un millón de uñas deslizándose sobre un cuarto de millón de pizarras. Dos científicos arrastran una estantería metálica de seis metros de alto. Uno de ellos es Marcos Cerrada, de Barcelona. El otro viene de Pekín. Se hablan en el lenguaje universal de la Física, un inglés chapucero, casi balbuceante.
“¡Sabes – grita Becker por encima del ruido – que nadie ha visto aún al señor Higgs! ¡Se limita a quedarse en Edinburgo! Mis graduados siempre vienen a mi preguntándome ¿quién es ese tal Higgs?, ¿existe realmente? Espero al menos que él se sienta satisfecho al ver todas las molestias que nos estamos tomando para tratar de encontrar su dichosa partícula”
Verano de 1988 . Es temprano. Un grupo de hombres y mujeres permanecen reunidos en un laboratorio, al sur de San Francisco. Parecen cansados. Unos están en mangas de camisa, otros totalmente despeinados y algunos bostezan disimuladamente. Sí, están agotados. Afuera hace calor. Como es habitual en esta época del año, el cielo de California está azul y despejado. Dentro, en el laboratorio, hay una luz tenue. Sentado en una silla, apoyada en equilibrio sobre la pared, reposa un hombre de cara redonda y ojos apagados. Se trata de otro ganador del premio Nobel de Física. Además, es director del Centro del Acelerador Lineal de Stanford (SLAC). Se trata de Burton Richter, un científico que tuvo que compartir su Nobel en 1976 con Sam Ting por el descubrimiento – cada uno por su lado - de unas partículas subatómicas, las J o Psi.
Richter ha arriesgado su brillante carrera en un proyecto que diseñó hace años y en el que actualmente trabaja. Silencioso como una piedra, observa cómo sus colegas hacen el recuento de los pequeños, pero desesperante, problemas del día anterior. Fallos electrónicos, piezas mal colocadas… Errores humanos. La lista sigue y sigue, parece interminable… y la furia de Richter es tan palpable en el ambiente como una niebla espesa. El proyecto empezó hace más de un año. “ Nos estamos acercando – asegura Andrew Hutton, un alto y barbudo inglés que trabaja como subdirector del programa – que tengo la sensación como si realmente fuéramos a empezar”.
“Tal vez sí, tal vez no”, le responde impasible Richter. Su voz es tranquila, aunque un tanto vehemente. “Estamos empezando…Si, es real. Pero no podemos perder más tiempo. A partir de ahora, si algo no funciona, hay que sortearlo. No podemos hacer ciencia esperando que todo funcione bien…Los quiero listos y tomando notas a las cuatro en punto”, ordena a sus colaboradores.
“¿Lo oyen? – comenta Hutton, mientras mira su reloj digital – en ocho horas… ¡Vamos a tratar de entrar en los anales de la historia!”
Al igual que sus colegas del CERN, los científicos de Stanford están construyendo un acelerador de partículas, el SLC (Stanford Linear Collider). Un proyecto que se está llevando en el más escrupuloso secreto. El padre de la idea, Richter, tiene una mano apoyada en el diseño original del LEP europeo, como queriéndolo estrujar inconscientemente. Cuando descubrió que el gobierno americano no aportaría demasiados fondos para dar vida a tan gigantesca máquina, trató de construir un aparato más pequeño y barato que pudiera hacer el mismo trabajo. “El colisionador lineal es el resultado”, pensó Richter.
El SLC es una especie de raqueta de tenis de tres kilómetros de largo enterrado bajo la autopista de San José – San Francisco. Desde dos puntos opuestos, las partículas – los electrones y positrones – corren veloces por el mango de la raqueta hasta chocar silenciosamente en un punto culminante. En el tiempo que dura el viaje, las partículas se mueven en línea recta y no pierden un ápice de energía. Esto es bien importante ya que la máquina puede ser más pequeña, y por lo tanto, más rápida y menos costosa que un acelerador convencional. Este podría ser el punto de arranque del prototipo del acelerador del futuro.
Por otra parte, los dos grupos de partículas deben chocar en el primer cruce. A diferencia de los CERN, los científicos de Stanford, no pueden darse el lujo de esperar a que sus electrones choquen mientras giran miles de veces alrededor del túnel. El reto tecnológico es enorme. Es como hacer que dos canicas del grueso de un cabellos humano, cada una viajando a una fracción menor que la velocidad de la luz, se topen en una estación del metro. “No estoy seguro de que enviar gente a la Luna sea más difícil” – dice Richter.
El SLC cuesta casi 130 millones de dólares. Diez veces más barato que su competidor europeo. Aunque partieron en la carrera con algo de retraso, los americanos quieren llegar primero. Están ansiosos por cazar la Higgs. Si todo va bien, se convertirá en una de las más arriesgadas empresas de la ciencia moderna. Y los físicos estadounidenses subirán al podio por encima de sus amigos y competidores europeos.
El camino hasta llegar al acelerador de Stanford ha estado plagado de obstáculos. “Para este proyecto – explica Richter – fuera aprobado por nuestro gobierno, nos vimos obligados a recortar el presupuesto hasta tal punto que dudábamos de si dispondríamos del dinero suficiente para construir la máquina.”
El resultado es un trabajo manual tecnológico increíble. Un remiendo. Había que construir el aparato valiéndose de las piezas de otro acelerador que fue montado en 1960. Nada ha sido repuesto. Para los científicos de Stanford la mezcla de piezas viejas y nuevas tecnologías es una pesadilla. Algunos lo comparan con coche deportivo de época. En la cochera, aparece a primera vista muy bonito. Pero hay que ver como se comporta en la carretera. Aquí es donde nos dará muchos quebraderos de cabeza.
Son las cuatro de la tarde. Richter aparece en el centro principal de control para vigilar personalmente la primera prueba. El colisionador lineal está listo desde hace meses. Cualquier retraso es un paso atrás. Son unos momentos de tensión. Los técnicos comienzan a pulsar botones. Noventa minutos más tarde siguen presionando teclas y teclas…¡¡ Nada !!
La máquina no funciona. Los únicos sonidos que se perciben proceden de las señales de las computadoras, el resoplar del aire acondicionado y el murmullo ocasional de consternación de los compañeros. Richter, frustrado, abandona el lugar. El equipo continúa trabajando. Desde una silla en el centro de la sala de control, Hutton hace señas. El inglés es de los pocos científicos que trabaja en ambos sitios, en California y en Suiza.
“Hemos hecho lo suficiente como para demostrar que lo que estamos haciendo es importante” – dice Hutton. “Aunque necesitamos – añade – que la máquina funcione por delante de la de nuestros amigos en Europa. Y poder obtener alguna partícula antes que ellos. Ahora mismo sería fantástico que una Higgs saltara en mi pantalla.
Invierno de 1989. Paul Lecop está sonriendo. Este investigador francés permanece de pie en una habitación del CERN. Está rodeado por miles de cristales transparentes. Son más pesados que el plomo y más nítidos que el vidrio. Estos cristales, hechos a base de germaniato de bismuto, son una pieza vital del detector L3. Los BGO, así se llaman, son extremadamente sensibles a la luz.
Cuando sus pulidas superficies apuntan hacia el punto de colisión, las partículas que los atraviesan, pueden medirse con gran precisión. Ting oyó hablar de estos novísimos cristales y decidió colocar 8000 – cada uno de 20 cm de largo - formando un cilindro alrededor del centro del detector. Por desgracia quedaron pequeños. Sólo un puñado llegó a crecer algunos centímetros. Investigadores norteamericanos, chinos y europeos empezaron a buscar la forma de obligar a los BGO a que crecieran lo suficiente. Francia y China obtuvieron el contrato y fabricaron los cristales a la medida en el Instituto de Cerámicas de Shangai. Para Lecop, las cosas van bien.
Lecop no es un teórico. Con frecuencia se pregunta hasta que punto son importantes las partículas Higgs. “No estoy seguro…Pero desde mi punto de vista, creo que no hay nada más fascinante que pueda hacer en Física que dedicarme a buscarlas. Si realmente están ahí, aprenderemos algo más acerca del misterio de la masa…” Se calla. No le apetece filosofar. Un instante más tarde retoma la conversación. “¿Quiere saber algo que algunas personas no entienden? – me comenta medio en broma, medio en serio - . Suelo decir a la gente que, en cierto sentido espero que jamás encontremos la Higgs. Nadie pone en duda que dar con ella sería maravilloso, un gran paso para el saber humano… Ahora bien, no encontrarla – demostrando que la Higgs no está ahí y que los teóricos están completamente equivocados – sería todavía un placer mayor.”
Verano de 1988. Finales de julio. Una gran ola de calor asola a San Francisco. Las temperaturas alcanzan los 40 grados. El acelerador de Stanford, como si se tratara de una criatura viviente, empieza a resentirse. Las bombas de agua se han roto. El sistema de refrigeración no funciona. Los interruptores de electricidad dejaron de funcionar hace dos días. Los microprocesadores se han quemado. Las reuniones de las ocho de la mañana se han convertido en suaves letanías de desastres. Resumiendo: un caos.
Cinco semanas después de que Richter ordenara que la máquina se pusiera en marcha, el laboratorio consiguió acumular datos durante unas 22 horas. En ese tiempo, no se vio ni una Z. Y más aún, los europeos ya se habían adelantado en el programa.
Richter está obsesionado con la sala de control. Se tiene que contener para no morderse las uñas. Cada vez parece más evidente que la máquina se ha construido demasiado de prisa y con los recursos mínimos. Richter empieza a tomar medidas tajantes. A primeros de agosto – tras muchas consultas – cesa a Rae Stieneng, director del proyecto, y asume el control total. “Lo sacaremos adelante”, promete a su gente, algunas semanas más tarde. “Pero no me pregunten cuándo”.
Invierno de 1989. “No conozco sus reglas”, dice Ting a la delegación rusa mientras toman café en su oficina del CERN. “Pero no me preocupa…Lo único que tengo que señalar es que cuando se anuncia el descubrimiento de algo, los que suben al podio son los que reciben los honores. Si ustedes quieren que sus científicos obtengan los honores que se merecen, tendrán que cambiar de política”. Ting se refiere a la manía de las autoridades de Moscú de no permitir a sus científicos trabajar fuera de sus fronteras. “Está claro que la última palabra la tienen ustedes, no yo.” Bromea.
En la pared destaca una fotografía en la que Ting, en una audiencia privada, charla amistosamente con el rey Juan Carlos. “Solo soy un científico, un simple profesor de MIT”, añade Ting. Los representantes rusos se han percatado de la foto, y por primera vez en la reunión, la delegación rusa sonríe.
El grupo soviético del L3 ha situado su centro de operaciones en el Instituto de Físicas Teóricas y Experimentales de Moscú. Ting ha conseguido que los soviéticos colaboren con la Universidad de Michigan. Juntos deben construir una parte del detector, el calorímetro hadrón: un largo túnel de uranio que atrapará casi todas las partículas que se desparramen tras la colisión, para medir su trayectoria y energía.
Yuri Kamyshkov, uno de los responsables del equipo de URSS, teme porque la iniciativa llegue a buen fin. “La razón principal por la que no me siento seguro no es lo complejo que resultará hacer el calorímetro – lo que nadie pone en duda – ni transportar las trescientas toneladas de uranio a través de la frontera este - oeste…El verdadero problema es lo difícil que resulta colaborar con los Estados Unidos para fabricar una pieza de avanzada tecnología. Una situación en la que la mutua desconfianza de ambos gobiernos nos impide a científicos de las dos potencias viajar y comunicarse libremente”.
Al principio, las autoridades soviéticas estaban encantadas de que sus investigadores pudieran trabajar, por fin en proyectos de alta tecnología no disponible en la Unión Soviética. Los ánimos se vinieron abajo cuando Ting sometió a los científicos soviéticos a una prueba de cuatro horas - ¡un examen! - sobre física de partículas. Dos de ellos reprobaron y Ting se negó rotundamente a contratarlos.
Las autoridades americanas pusieron el grito en el cielo, cuando el L3 fue conectado a una de las supercomputadoras – la CRAY X-PM/48 – más potentes del mundo. Temían que una tecnología tan sofisticada cayera en manos de la Unión Soviética. Los norteamericanos rogaron a Ting que pusiera la máquina fuera de se alcance. Ting se negó. Y les previno de que podrían ser ellos los que se quedaran sin los servicios de tan potente ordenador. “Sólo este hombre sabe si la amenaza iba en serio”, comenta de forma irónica un físico belga.
Ting es un líder de verdad. Una persona inagotable en recursos y con una capacidad inusual de trabajo. Pasa los días y las noches en una ferviente lucha por conseguir los fondos necesarios para acabar su tarea. Ting ya no se considera un físico, se ha transformado en un hombre de negocios. “Llevo cinco años sin hacer física - comenta irónicamente con los soviéticos -. Ya ni recuerdo mis últimas conferencias sobre física de partículas…Si este tipo de experimentos empiezan a proliferar, los físicos acabaremos por olvidar toda la ciencia que hemos aprendido cuando hayamos terminado de prepararlos.”
Ting no puede ocultar su temor. Para él todo será un rotundo fracaso si alguien encuentra la Higgs antes que el equipo L3, o si cometen un error técnico que les impida llevar a cabo un descubrimiento capital. “Un hallazgo – dice – de eso se trata…Un gran hallazgo. Nadie ha gastado todo su tiempo y dinero en estos proyectos para hacer física convencional”.
Verano 1989. La inauguración del LEP está próxima. La tensión y rivalidad crece por momentos entre el CERN y Stanford.
El 11 de abril, el equipo de California consigue su primera Z. La señal de esta tímida partícula fue tan compleja que no pudo descifrarse hasta la mañana siguiente. La noticia corrió como pólvora. Todos en Stanford saltaban de alegría. Pero el sentimiento generalizado, como dice uno de los físicos, era más de desahogo que de júbilo. A primeros de septiembre, Stanford había producido 330 partículas Z. A pesar de su mala suerte, todavía es posible que los americanos se adelanten en los descubrimientos.
En Europa, la fiesta de inauguración del SLC fue acogida con recelo. Ting y sus colaboradores no perdieron las esperanzas. Pronto les iba a tocar su turno. El 15 de agosto, un mes después de iniciarse las primeras pruebas con el acelerador LEP, los físicos del CERN lograron atrapar su Z. Ambos contrincantes han dado el primer paso. En la carrera, el LEP se lleva la mayor parte de las apuestas. Cuando la máquina esté totalmente calibrada fabricará millones de estas partículas.
Mientras en Escocia, reina la más absoluta tranquilidad. Sentado en su pequeño despacho de la Universidad, Peter Higgs escucha los adelantos del esfuerzo multimillonario que se está haciendo para encontrar la partícula cuya existencia él mismo intuyó años atrás. La luz del atardecer entra a través de la ventana. “Por supuesto que me gusta que den seminarios y que investiguen la Higgs, y todo lo demás…Y no dudo de la importancia de su búsqueda, pero ¿quiere saber la verdad? Cuando consideré las impresionantes sumas de dinero que se están invirtiendo en ello y la cantidad de científicos que trabajan en la caza de la Higgs, sólo puedo pensar: ¡Dios! ¿Qué he hecho?”
Charles C. Mann
lunes, 8 de junio de 2009
domingo, 7 de junio de 2009
GLOSARIO
GLOSARIO
1. Axioma: hipótesis de una teoría, que tiene independencia lógica del resto de las hipótesis; contiene términos primitivos.
2. Ciencia empírica: ciencia experimental, refiere a objetos espacio-temporales.
3. Ciencia formal: ciencia que refiere a objetos ideales y no dice relación con la experiencia sensible.
4. Contrastación: puede ser teórica o experimental; es un proceso mediante el cual se validan las teorías de la ciencia. Está basado en la coherencia de éstas con el resto de las teorías vigentes en el primer caso o la adecuación de las predicciones de las teorías con las experiencias en el segundo caso.
5. Datos: son descripciones de aspectos de algún hecho. Sintácticamente deben tener un sujeto singular. Cuenta como sujeto singular un número finito de casos individuales o un número indeterminado pero finito (varios, algunos, muchos etc.) de ellos. También los resultados de operaciones estadísticas como promedios, coeficiente de correlación, dispersión etc ).
6. Deducción: conclusión a partir de premisas derivadas utilizando a las reglas de inferencia permitidas en la lógica clásica bivalente. No se pueden violentar la regla o principio de identidad, la del tercero excluido y la de no contradicción. En este proceso se garantiza la conclusión a partir de la verdad de las premisas. Es decir, si las premisas de un argumento válido son verdaderas, la conclusión tiene que ser verdadera.
7. Definición: en una definición real o esencial el término definido es equivalente a lo que define. Esto último constituye las condiciones necesarias y suficientes de lo definido. Por ello son sustituibles el uno por el otro.
8. Generalización: universalización hecha a partir de un número finito de casos o instancias. El sujeto es universal sin restricciones espacio-temporales. Se reclama que lo que se dice en la generalización vale para todo tiempo y lugar. Ejemplo: Se examina un número de gases, los cuales se enfrían al expandirse a presión constante. Se puede generalizar de la manera siguiente: “Todos los gases se enfrían al expandirse a presión constante” Esta es una conclusión inductiva. Si lo que se reclama al decir lo anterior es que la conclusión se refiere a los casos examinados, entonces cualificaría como dato, por ser una conjunción finita de casos.
9. Hecho: este término refiere o hace referencia a todo lo que ocurre en nuestras dimensiones. Se trata de lo que es, en principio, observable. Hay distintas clases de hechos: los objetivos, los fenoménicos, los acaecimientos, los procesos y los sistemas concretos. Los hechos objetivos son los existentes que no han podido ser objeto de observación por un sujeto. Los fenoménicos son aquellos que han estado bajo la observación de un sujeto; los acaecimientos son de duración breve relativa a los procesos y éstos son cadena causales y temporales de acaecimientos. Los sistemas concretos son las cosas. Por existente nos referimos a un sistema que tiene existencia extramental. Es decir, lo que es, en principio, intersubjetivable por la observación controlada por instrumentos.
10. Hipótesis: conjetura explicativa postulada para dar cuenta de fenómenos y sus descripciones (datos) o para justificarlos, si es una hipótesis factual o perteneciente a las ciencias experimentales. Hay diferentes clases de hipótesis según su rango lógico. (Ver axioma, generalización empírica, teorema y rango lógico).
11. Inducción: proceso de razonamiento el cual , a diferencia del razonamiento deductivo, no garantiza la verdad de la conclusión aunque las premisas sean verdaderas. Es más incierto y la conclusión no representa una consecuencia lógica a partir de las premisas. Es el razonamiento utilizado cuando se universaliza o generaliza y se podría alegar que es el utilizado en la contrastación empírica, particularmente en la confirmación de hipótesis.
12. Objeto ideal: objeto que no tiene contrapartida espacio-temporal, se puede decir que tiene una existencia mental. Es el objeto de estudio en las ciencias formales; en matemáticas, las líneas, las esferas, conjuntos, puntos son ejemplos de esto; en la filosofía el ser es otro ejemplo.
13. Objeto concreto: objeto espacio-temporal; las sillas, animales, son ejemplos de esto; los sistemas como los campos magnéticos y eléctricos también lo son.
14. Rango lógico: en un sistema deductivo se dice que los componentes tienen diferente rango lógico porque tienen diferente fuerza lógica. Este término refiere a la cantidad de consecuencias derivables del componente particular de que se trate. Los axiomas son los de mayor rango lógico, son los más fuerte porque de ellos se deduce un número mayor de consecuencias lógicas que de un teorema particular. Están, pues, más arriba en el argumento lógico.
15. Teoría: es un sistema de hipótesis parcialmente ordenadas por la relación de deducibilidad de suerte que se puedan derivar de ellas las consecuencias lógicas en la dirección de lo que es más fuerte a lo que es más débil, lógicamente hablando. Es decir, se puede deducir de los axiomas, que son los que tienen mayor rango lógico, a las previsiones singulares y no al revés. Si las hipótesis son factuales, se tiene una teoría científica que puede ser contrastada experimentalmente; si las hipótesis son formales se tiene una teoría formal de lógica, filosofía o matemática.
16. Teorema: consecuencia lógica en una teoría científica. Si se trata de un teorema de una ciencia fáctica, experimental, se le llama una ley. Los teoremas tienen diferentes rangos lógicos. Los que se deducen de axiomas y definiciones tienen un nivel más alto que los que se deducen de axiomas, definiciones y teoremas. Los que tienen un nivel más alto de generalidad tienen mayor rango (y fuerza) que los que tienen menor grado de generalidad. Así, una ecuación diferencial expresa un teorema de nivel más alto que la integración de ese diferencial. A su vez, si se fijan uno o más parámetros en la ecuación integrada se tienen diferentes grados de generalidad.
1. Axioma: hipótesis de una teoría, que tiene independencia lógica del resto de las hipótesis; contiene términos primitivos.
2. Ciencia empírica: ciencia experimental, refiere a objetos espacio-temporales.
3. Ciencia formal: ciencia que refiere a objetos ideales y no dice relación con la experiencia sensible.
4. Contrastación: puede ser teórica o experimental; es un proceso mediante el cual se validan las teorías de la ciencia. Está basado en la coherencia de éstas con el resto de las teorías vigentes en el primer caso o la adecuación de las predicciones de las teorías con las experiencias en el segundo caso.
5. Datos: son descripciones de aspectos de algún hecho. Sintácticamente deben tener un sujeto singular. Cuenta como sujeto singular un número finito de casos individuales o un número indeterminado pero finito (varios, algunos, muchos etc.) de ellos. También los resultados de operaciones estadísticas como promedios, coeficiente de correlación, dispersión etc ).
6. Deducción: conclusión a partir de premisas derivadas utilizando a las reglas de inferencia permitidas en la lógica clásica bivalente. No se pueden violentar la regla o principio de identidad, la del tercero excluido y la de no contradicción. En este proceso se garantiza la conclusión a partir de la verdad de las premisas. Es decir, si las premisas de un argumento válido son verdaderas, la conclusión tiene que ser verdadera.
7. Definición: en una definición real o esencial el término definido es equivalente a lo que define. Esto último constituye las condiciones necesarias y suficientes de lo definido. Por ello son sustituibles el uno por el otro.
8. Generalización: universalización hecha a partir de un número finito de casos o instancias. El sujeto es universal sin restricciones espacio-temporales. Se reclama que lo que se dice en la generalización vale para todo tiempo y lugar. Ejemplo: Se examina un número de gases, los cuales se enfrían al expandirse a presión constante. Se puede generalizar de la manera siguiente: “Todos los gases se enfrían al expandirse a presión constante” Esta es una conclusión inductiva. Si lo que se reclama al decir lo anterior es que la conclusión se refiere a los casos examinados, entonces cualificaría como dato, por ser una conjunción finita de casos.
9. Hecho: este término refiere o hace referencia a todo lo que ocurre en nuestras dimensiones. Se trata de lo que es, en principio, observable. Hay distintas clases de hechos: los objetivos, los fenoménicos, los acaecimientos, los procesos y los sistemas concretos. Los hechos objetivos son los existentes que no han podido ser objeto de observación por un sujeto. Los fenoménicos son aquellos que han estado bajo la observación de un sujeto; los acaecimientos son de duración breve relativa a los procesos y éstos son cadena causales y temporales de acaecimientos. Los sistemas concretos son las cosas. Por existente nos referimos a un sistema que tiene existencia extramental. Es decir, lo que es, en principio, intersubjetivable por la observación controlada por instrumentos.
10. Hipótesis: conjetura explicativa postulada para dar cuenta de fenómenos y sus descripciones (datos) o para justificarlos, si es una hipótesis factual o perteneciente a las ciencias experimentales. Hay diferentes clases de hipótesis según su rango lógico. (Ver axioma, generalización empírica, teorema y rango lógico).
11. Inducción: proceso de razonamiento el cual , a diferencia del razonamiento deductivo, no garantiza la verdad de la conclusión aunque las premisas sean verdaderas. Es más incierto y la conclusión no representa una consecuencia lógica a partir de las premisas. Es el razonamiento utilizado cuando se universaliza o generaliza y se podría alegar que es el utilizado en la contrastación empírica, particularmente en la confirmación de hipótesis.
12. Objeto ideal: objeto que no tiene contrapartida espacio-temporal, se puede decir que tiene una existencia mental. Es el objeto de estudio en las ciencias formales; en matemáticas, las líneas, las esferas, conjuntos, puntos son ejemplos de esto; en la filosofía el ser es otro ejemplo.
13. Objeto concreto: objeto espacio-temporal; las sillas, animales, son ejemplos de esto; los sistemas como los campos magnéticos y eléctricos también lo son.
14. Rango lógico: en un sistema deductivo se dice que los componentes tienen diferente rango lógico porque tienen diferente fuerza lógica. Este término refiere a la cantidad de consecuencias derivables del componente particular de que se trate. Los axiomas son los de mayor rango lógico, son los más fuerte porque de ellos se deduce un número mayor de consecuencias lógicas que de un teorema particular. Están, pues, más arriba en el argumento lógico.
15. Teoría: es un sistema de hipótesis parcialmente ordenadas por la relación de deducibilidad de suerte que se puedan derivar de ellas las consecuencias lógicas en la dirección de lo que es más fuerte a lo que es más débil, lógicamente hablando. Es decir, se puede deducir de los axiomas, que son los que tienen mayor rango lógico, a las previsiones singulares y no al revés. Si las hipótesis son factuales, se tiene una teoría científica que puede ser contrastada experimentalmente; si las hipótesis son formales se tiene una teoría formal de lógica, filosofía o matemática.
16. Teorema: consecuencia lógica en una teoría científica. Si se trata de un teorema de una ciencia fáctica, experimental, se le llama una ley. Los teoremas tienen diferentes rangos lógicos. Los que se deducen de axiomas y definiciones tienen un nivel más alto que los que se deducen de axiomas, definiciones y teoremas. Los que tienen un nivel más alto de generalidad tienen mayor rango (y fuerza) que los que tienen menor grado de generalidad. Así, una ecuación diferencial expresa un teorema de nivel más alto que la integración de ese diferencial. A su vez, si se fijan uno o más parámetros en la ecuación integrada se tienen diferentes grados de generalidad.
El concepto átomo y la Química
El concepto átomo y la Química
Intentar establecer los verdaderos orígenes de algún suceso de relativa antigüedad es una tarea colosal, y podríamos decir que casi imposible si el caso fuera conocer los orígenes que propiciaron las primeras ideas desde las cuales emanó el concepto átomo. Algo similar es cierto cuando se trata un asunto tan íntimamente enlazado a dicho concepto, como lo es el de esta breve exposición. Sin embargo, se puede acometer tan tamaña empresa de forma aproximada basándonos en indicadores confiables como lo serían los conocimientos acumulados a lo largo de los siglos, antiguos escritos, hallazgos antropológicos y otros. No es imposible, entonces, obtener logros significativos y trascendentales. Prueba de ello, lo son los logros alcanzados en la tarea de descifrar los orígenes del “homo sapiens”.
A continuación se presentará, aunque brevemente, lo que pretende ser lo más fundamental de lo que probablemente se hilvanó para que surgiera la Química. EL advenimiento de ésta queda hermanado (indisoluble y paralelamente) al concepto átomo.
Según Isaac Asimov: “Cuando los primeros seres humanos comenzaron a utilizar herramientas, las tomaban tal y como las encontraban en la naturaleza. Un pedazo de hueso de algún animal grande se podía usar como un garrote; así como también una rama larga de un árbol. Una piedra era un proyectil conveniente.
Según los milenios pasaron, los seres humanos aprendieron darle filo a las rocas o a hacerles un extremo puntiagudo. Aprendieron a darle forma a las rocas para utilizarlas como mangos de madera. Sin embargo, las rocas permanecieron siendo rocas y la madera siendo madera.
Aún así, a veces ocurrían cambios en la naturaleza de las substancias. Un rayo podía iniciar un fuego en algún bosque y las negruzcas o polvorientas cenizas dejaban de ser la madera que una vez fueron. La carne putrefacta olía mal y antes no; los jugos de frutas se tornaban agrios con el tiempo.
Son tales cambios en la naturaleza de las substancias (acompañados por los cambios fundamentales de la estructura de las substancias, como eventualmente la raza humana descubrió) los que forman el objeto de estudio de la rama de las ciencias que se llama Química. Las alteraciones fundamentales en la naturaleza y la estructura de las substancias son los cambios químicos.
La oportunidad de utilizar los cambios químicos deliberadamente para su propio beneficio surgió cuando el ser humano dominó el arte de iniciar y mantener el fuego. De esta manera, la raza humana aprendió a usar materiales relativamente raros. En la búsqueda de las propiedades más útiles de los nuevos materiales, aprendió a involucrarse en todos los inconvenientes de la tediosa investigación y los procesos. Estos materiales se conocen como metales, una palabra que expresa en sí misma estos cambios tempranos ya que se deriva, posiblemente, de un término griego que significa “investigar por”.
Los primeros metales encontrados deben haberse detectado en forma de “pepitas”. Ellos debieron contar con el oro y el cobre por ser éstos de los pocos metales que se encuentran libres en la naturaleza. El color rojizo del cobre y el amarillento del oro debieron capturar su mirada, su atención.
El cobre y el oro son maleables; esto es se pueden hacer anchas láminas de ellos sin que se rompan. Indudablemente, esta propiedad se descubrió por accidente, pero poco después de este descubrimiento, el sentido artístico de los humanos les permitió usar las “pepitas” de oro y cobre para formar objetos más filosos y puntiagudos con mayor facilidad que con las piedras y darles formas más intrincadas realzando su belleza.
El cobre era el más raro de los dos metales, hasta que se descubrió que no era necesario hallarlo en forma de cobre como tal. Podía obtenerse a partir de una piedra. Se podría asegurar que este descubrimiento se realizó en un fuego con madera entre unas rocas que incluyera entre ellas algunas de un color azulado. Entre las cenizas, tal vez se encontraron más tarde algunos glóbulos de cobre. Tal vez, esto había ocurrido muchas veces antes hasta que eventualmente alguien se diera cuenta de que si las rocas apropiadas se encontraran, entonces mediante su calentamiento en el fuego de madera, se encontraría como producto cobre cada vez. Esto pudo haber sucedido 4000 años a.C. en la península del Sinaí al este de Egipto o en áreas montañosas al este de Sumeria , hoy Irán. De este modo, el cobre se volvió común. Su calentamiento, en unión a otros metales, produjo lo que se conoce como aleaciones, obteniéndose así metales más duros o fuertes que el cobre, como lo es el bronce, la aleación del cobre con el estaño. El bronce se usó para armas y armaduras. Surgió la Edad de Bronce, sustituyendo a la Edad de Piedra. El evento más famoso de la Edad de Bronce lo fue la Guerra de Troya en la cual guerreros escudados con bronce se arrojaban lanzas con puntas del mismo metal.
Los trabajadores de los metales ( forjadores ) obtuvieron prestigio comparable al de los físicos nucleares de hoy. Hephaestus, el dios lisiado de la forja fue el “smith” (forjador) divino de la mitología griega. No es por accidente que el apellido Smith sea hoy en día uno de los más comunes en Europa.
Los humanos de la Edad de Bronce descubrieron un metal aún más fuerte que el bronce: el hierro. Su rareza se debió a que sólo se encontraba en los restos de meteoritos, los cuales no son comunes. De las rocas no lo pudieron obtener. Se necesitaba un calor más intenso que el que ellos podían conseguir con la madera. Este calor para lograr fundir las rocas que contenían hierro, no se consiguió hasta el 1500 a.C cuando el carbón y la ventilación estuvo a su alcance. Con la aleación del hierro con parte del carbono presente en el carbón se obtuvo el acero, lo que propició la Edad de Hierro.
Para esa época, algunos griegos penetraron a Canaan y trajeron consigo armas de hierro, lo cual les ayudó a desarrollar su gran civilización. Antes de su debacle, el arte práctico de estas transformaciones había alcanzado un desarrollo extraordinario, particularmente en la civilización egipcia. Estos dominaban, además, el arte de la pigmentación a partir de minerales y de los jugos e infusiones de las plantas. De acuerdo con algunos historiadores, la palabra khemeia se deriva de la palabra kham, nombre egipcio de su tierra. Khemeia quiere decir entonces, “el arte egipcio” .
Otros favorecen la idea de que la palabra khemeia se deriva del griego khumus que significa el jugo de una planta, queriendo decir entonces, “el arte de la extracción de jugo”. Si el jugo se refiere al metal fundido, khemeia querría decir “el arte de la metalurgia”. Khemeia es pues, el ancestro para la palabra Química.”
Las distintas sustancias que se entremezclaban, que se trabajaban hasta lograr obtener otras nuevas, fueron objeto de estudio. La composición de estos cuerpos vino a ser parte del inquirir filosófico. Los filósofos griegos contribuyeron significativamente a la concepción de la materia cuyo conocimiento conduciría, quizás no intencionadamente, a explicar los cambios que se observaban en las diferentes sustancias. Seguidamente, se exponen las ideas principales sobre la constitución de los cuerpos, sugeridas por algunos de los más renombrados filósofos griegos.
Los elementos griegos
Existe un cúmulo de opiniones sobre la constitución de los cuerpos que representa nuestra herencia de la antigüedad. Los filósofos griegos consideraban que los cuerpos consistían de ciertas substancias fundamentales llamadas « elementos », en los cuales se podía descomponer. En su búsqueda de la « realidad », los filósofos naturalistas desarrollaron la teoría de que todas las cosas estaban formadas por un elemento primario. Tales de Mileto (aproximadamente 640-548 a.C. ) consideró como elemento primario al agua ; Anaxímenes (aproximadamente 560-500 a.C.), al aire, y Heráclito (aprox. 536-470 a. C.), al fuego. Los elementos en sí eran considerados invariables. Empédocles (aproximadamente 490-430 a.C.) admitía como fundamento del mundo cuatro raíces de las cosas: fuego, aire, agua y tierra; y dos fuerzas: la de atracción, que las unía, y la de repulsión que las separaba.
Un paso hacia la concepción de la idea de átomos aparece con Anaxágoras (aprox. 498-428 a.C.). Creía que los cuerpos eran divisibles y que su divisibilidad tenía límites si habían de conservarse siempre las características del cuerpo. El oro, por ejemplo, estaba compuesto de pequeños “gérmenes” de oro. Según Aristóteles, el fundador de la Teoría Atómica fue Leucipo, quién vivió alrededor del año 500 a. de C. Esta teoría fue adoptada y propagada por Demócrito (468-370 a.C.) y, según ella, los átomos tenían forma, eran duros, invisibles y estaban en constante movimiento. El universo, según Demócrito, era un inmenso vacío, en el cual se movía un enorme conjunto de átomos.
Fueran átomos o gérmenes los constituyentes de la materia, la idea del discontinuo de los cuerpos no prosperó. Fue la concepción aristotélica la que prevaleció. De acuerdo con Asimov, de la misma fuente anterior:
“Aristóteles creía en los elementos como la combinación de dos pares de fuerzas opuestas: caliente y frío; seco y mojado. Pensaba que una propiedad no se podía combinar con su opuesto Tampoco pensaba que los nombres así señalados se refirieran literalmente a la sustancia que nombraban, Esto es, por ejemplo, que el agua que se puede tocar y sentir no era el elemento “agua”, sino que era lo más cercano a ese elemento. Así, podían existir cuatro posibles combinaciones, cada una de las cuales representaba a un elemento: caliente-seco era fuego, caliente-húmedo era aire, fría- seca era tierra y fría-húmeda era agua.
Aristóteles asignó a cada elemento unas propiedades particulares. La naturaleza de la tierra era caer y la del fuego, subir. Los cuerpos celestes poseían características que diferían de los cuerpos terrestres. En vez de caer o subir, los cuerpos celestes parecían moverse en círculos inmutables alrededor de la Tierra. Por lo tanto, Aristóteles razonó que los cielos deben componerse de un quinto elemento que llamó éter (de la palabra que significa “brillar” ), la “quinta esencia”. Como los cielos parecían inmutables, consideró al éter como perfecto, eterno e incorruptible, bastante diferente a los cuatro (4) elementos imperfectos de la Tierra”
Alquimia
A pesar de la sujeción a la autoridad aristotélica por gran parte de los filósofos y posteriormente de científicos, la hipótesis atómica quedó latente, en espera de un despertar. En este aspecto, Asimov narra:
“El atomismo no murió del todo. Uno de sus seguidores lo fue el poeta Tito Lucrecio Caro (95-55 a.C). Escribió un largo poema en donde exponía el punto de vista del atomismo. Este poema se considera como el más fino poema didáctico jamás escrito.
El dominio de lo que hoy podríamos llamar química aplicada que poseían los egipcios se fusionó con los conocimientos griegos, pero la fusión no resultó ser enteramente buena. El conocimiento de la química de los egipcios estaba íntimamente ligado con el proceso de embalsamamiento de los muertos y con rituales religiosos. El dios Thoth era la fuente de todo conocimiento químico. Los griegos identificaron a Thoth con Hermes y aceptaron mucho del misticismo egipcio. Como la khemeia parecía estar relacionada con la religión, la gente común más bien temía que sus practicantes eran adeptos y portadores de conocimiento peligroso. El astrólogo con su temeroso conocimiento acerca del futuro, el químico con su arte de transformar las substancias, los sacerdotes con sus secretos concernientes a la propiciación de los dioses y con la habilidad de cambiar los cursos del destino, sirvieron de modelos para los cuentos del folklor, magos, sabios y hechiceros.
El respeto o el miedo motivó a los trabajadores de la khemeia a mantener sus escritos en misteriosos y obscuros simbolismos. Como ejemplo, se relacionó a los siete planetas con los siete metales (oro,plata,cobre, hierro, estaño, plomo y mercurio) .
El más importante trabajador de la khemeia griega-egipcia lo fue Bolos de Mendes (200 a.C). Adoptó el nombre de Demócrito como su pseudónimo. Pretendió cambiar el plomo o el hierro en oro: la transmutación de los elementos. Más tarde y con la crisis del Imperio Romano, la práctica de la khemeia fue declinando a tal punto que fue prohibida. Con la llegada del cristianismo, el aprendizaje pagano quedó desfavorecido. La cristianidad quedó rota en sectas y una de ellas, los Nestorianos, llevaron el conocimiento griego- romano a Persia.
En Persia, los árabes encontraron lo que restaba de la tradición de la ciencia griega quedando fascinados. En árabe, la khemeia vino a ser al-kimiya, palabra adoptada por los europeos como alchemy (alquimia). Sus practicantes pasaron a ser los alquimistas . Entre los años 300 y 1100 d.C. la historia de la Química en Europa está prácticamente en blanco, aunque varias de sus preparaciones de sustancias nuevas conservan sus raíces árabes : alcohol, alkali , nafta , zirconio y otros. Ibn-Sina (979-1037 d.C.) y mejor conocido como Avicena, fue un importante médico en el tiempo que comprende entre el Imperio Romano y el nacimiento de la ciencia moderna. A pesar de ser un alquimista, no creía en la transmutación de los elementos. Después de él, la ciencia arábiga declinó. Con la llegada de los turcos y los mongoles, el liderato científico de los árabes pasó a la Europa Occidental. Las Cruzadas (la primera en 1096 d .C.) propiciaron los primeros contactos de estas sociedades con el mundo islámico. Jerusalem fue conquistada en 1099, y dos siglos después, varios europeos regresaron a la Europa Occidental llevando consigo el conocimiento acumulado por los árabes que a su vez había sido aprendido de los griegos.
Los europeos aprendieron de los griegos y poco a poco se dieron cuenta de que éstos, después de todo no eran superhombres. Aunque aprendieron de ellos, pronto alcanzaron importantes logros en todos los aspectos del quehacer humano. Después de un comienzo prometedor, la alquimia comenzó a degenerar otra vez. La transmutación de los metales era una empresa tentadora a la que muchos sucumbieron, incluyendo grandes figuras de la talla de Newton y Boyle. El Papa Juan Pío XII la había condenado en 1317. Los alquimistas honestos, otra vez tuvieron que trabajar rodeados del misterio de otros tiempos.
Las Cruzadas generaron una ola de violencia extraordinaria en Europa. Constantinopla, capital del Imperio Bizantino, fue saqueada por las huestes europeas y mucho del conocimiento griego que aún quedaba, se perdió. Sin embargo, los griegos recuperaron la ciudad y llevaron consigo todo lo que pudieron salvar hasta Europa Occidental. Era la época de las grandes exploraciones alrededor del mundo que revelaron su otra mitad a los sabios de entonces. Los grandes descubrimientos e invenciones se sucedían. Entre estos, se destacó la invención de la imprenta por Johan Gutemberg. Permitió reproducir en masa, rápida y económicamente la información que se iba multiplicando. Se publicaba de todo, aún los temas impopulares. Se publicó el poema de Lucrecio que exponía el punto de vista del atomismo, difundiéndose por toda Europa. Otros libros que se publicaron y que por la gran cantidad que circulaban no pudieron ser ignorados, lo fueron el de Nicolás Copérnico en donde se expuso la Teoría Heliocéntrica y el de Andreas Versalius, en donde se explicaba, como nunca antes, la anatomía del cuerpo humano.
El nuevo espíritu se propagó. Georg Bauer, cuyo pseudónimo fue Agrícola, comenzó a trabajar con la idea de obtener medicinas a partir de los minerales. Esta combinación de medicina con mineralogía impulsó la Química por los próximos dos siglos. Theophrastus Bombastus von Hohenheim ( Paracelso) impulsó la idea de que la alquimia se debía utilizar para la producción y desarrollo de medicinas y no para conseguir la piedra filosofal y con ella la transmutación de los metales. Así, el desarrollo en la preparación de estas nuevas sustancias para el beneficio de los seres humanos, fue ganando adeptos.”
En el párrafo anterior, por un lado, se evidencia una de las más grandes frustraciones que ha tenido que aceptar el mundo científico, particularmente de aquellos que se lanzaron en pos del sueño de la transmutación de los elementos. Por otro lado, se manifiesta una de las más importantes contribuciones del conocimiento científico acerca de la constitución y el comportamiento de la materia: la aplicación de la química en pro del bienestar físico de los seres humanos; es decir el desarrollo de la Medicina. En palabras de Eugene Hecht
“Poco a poco, los alquimistas se percataron de que habían trabajado en vano buscando la piedra filosofal, el catalizador provisorio con el cual la materia común podría alcanzar la perfección, el instrumento definitivo de la transmutación. La piedra también perfeccionadora del cuerpo, que con toda seguridad podría curar todas las enfermedades, sería el bálsamo de la eterna juventud, el elixir de la vida; Química y Medicina mano a mano en un crisol.”
Cuando esos pensadores e investigadores advirtieron y acataron la imposibilidad de la transmutación de los elementos y del descubrimiento de la piedra filosofal, el desarrollo de la química, particularmente en el campo de la medicina, se tornó espectacular. Como escribió Hecht en la fuente ya aludida:
“Esta búsqueda no permitía ningún elemento de experimentación ni desviación alguna del místico y nebuloso camino. En contraste, los aficionados, los chapuceros, los devotos ocasionales, los devotos indisciplinados; todos seguían cualquier camino que les inspirara su fantasía. Estos eran los desdeñados “sopladores” cuyo nombre burlón se derivó del sonido interminable de los fuelles que avivaban el fuego. Estuvieron ellos tan interesados en los descubrimientos como en la piedra, fueron ellos quienes aislaron el arsénico, el bismuto, el cinc, el fósforo; quienes prepararon el ácido muriático(ácido hidroclórico), el agua regia (mezcla de los ácido nítrico y clorídrico que disolvía al oro), y el aceite de vitriolo (ácido sulfúrico), quienes fabricaron sustancias tales como potasa, carbonato sódico y sulfato amónico; quienes fabricaron laxantes (sulfato sódico) y vendieron drogas milagrosas. Fueron ellos quienes, a finales del siglo XVIII, libres del peso de la piedra filosofal, se convirtieron en químicos
Intentar establecer los verdaderos orígenes de algún suceso de relativa antigüedad es una tarea colosal, y podríamos decir que casi imposible si el caso fuera conocer los orígenes que propiciaron las primeras ideas desde las cuales emanó el concepto átomo. Algo similar es cierto cuando se trata un asunto tan íntimamente enlazado a dicho concepto, como lo es el de esta breve exposición. Sin embargo, se puede acometer tan tamaña empresa de forma aproximada basándonos en indicadores confiables como lo serían los conocimientos acumulados a lo largo de los siglos, antiguos escritos, hallazgos antropológicos y otros. No es imposible, entonces, obtener logros significativos y trascendentales. Prueba de ello, lo son los logros alcanzados en la tarea de descifrar los orígenes del “homo sapiens”.
A continuación se presentará, aunque brevemente, lo que pretende ser lo más fundamental de lo que probablemente se hilvanó para que surgiera la Química. EL advenimiento de ésta queda hermanado (indisoluble y paralelamente) al concepto átomo.
Según Isaac Asimov: “Cuando los primeros seres humanos comenzaron a utilizar herramientas, las tomaban tal y como las encontraban en la naturaleza. Un pedazo de hueso de algún animal grande se podía usar como un garrote; así como también una rama larga de un árbol. Una piedra era un proyectil conveniente.
Según los milenios pasaron, los seres humanos aprendieron darle filo a las rocas o a hacerles un extremo puntiagudo. Aprendieron a darle forma a las rocas para utilizarlas como mangos de madera. Sin embargo, las rocas permanecieron siendo rocas y la madera siendo madera.
Aún así, a veces ocurrían cambios en la naturaleza de las substancias. Un rayo podía iniciar un fuego en algún bosque y las negruzcas o polvorientas cenizas dejaban de ser la madera que una vez fueron. La carne putrefacta olía mal y antes no; los jugos de frutas se tornaban agrios con el tiempo.
Son tales cambios en la naturaleza de las substancias (acompañados por los cambios fundamentales de la estructura de las substancias, como eventualmente la raza humana descubrió) los que forman el objeto de estudio de la rama de las ciencias que se llama Química. Las alteraciones fundamentales en la naturaleza y la estructura de las substancias son los cambios químicos.
La oportunidad de utilizar los cambios químicos deliberadamente para su propio beneficio surgió cuando el ser humano dominó el arte de iniciar y mantener el fuego. De esta manera, la raza humana aprendió a usar materiales relativamente raros. En la búsqueda de las propiedades más útiles de los nuevos materiales, aprendió a involucrarse en todos los inconvenientes de la tediosa investigación y los procesos. Estos materiales se conocen como metales, una palabra que expresa en sí misma estos cambios tempranos ya que se deriva, posiblemente, de un término griego que significa “investigar por”.
Los primeros metales encontrados deben haberse detectado en forma de “pepitas”. Ellos debieron contar con el oro y el cobre por ser éstos de los pocos metales que se encuentran libres en la naturaleza. El color rojizo del cobre y el amarillento del oro debieron capturar su mirada, su atención.
El cobre y el oro son maleables; esto es se pueden hacer anchas láminas de ellos sin que se rompan. Indudablemente, esta propiedad se descubrió por accidente, pero poco después de este descubrimiento, el sentido artístico de los humanos les permitió usar las “pepitas” de oro y cobre para formar objetos más filosos y puntiagudos con mayor facilidad que con las piedras y darles formas más intrincadas realzando su belleza.
El cobre era el más raro de los dos metales, hasta que se descubrió que no era necesario hallarlo en forma de cobre como tal. Podía obtenerse a partir de una piedra. Se podría asegurar que este descubrimiento se realizó en un fuego con madera entre unas rocas que incluyera entre ellas algunas de un color azulado. Entre las cenizas, tal vez se encontraron más tarde algunos glóbulos de cobre. Tal vez, esto había ocurrido muchas veces antes hasta que eventualmente alguien se diera cuenta de que si las rocas apropiadas se encontraran, entonces mediante su calentamiento en el fuego de madera, se encontraría como producto cobre cada vez. Esto pudo haber sucedido 4000 años a.C. en la península del Sinaí al este de Egipto o en áreas montañosas al este de Sumeria , hoy Irán. De este modo, el cobre se volvió común. Su calentamiento, en unión a otros metales, produjo lo que se conoce como aleaciones, obteniéndose así metales más duros o fuertes que el cobre, como lo es el bronce, la aleación del cobre con el estaño. El bronce se usó para armas y armaduras. Surgió la Edad de Bronce, sustituyendo a la Edad de Piedra. El evento más famoso de la Edad de Bronce lo fue la Guerra de Troya en la cual guerreros escudados con bronce se arrojaban lanzas con puntas del mismo metal.
Los trabajadores de los metales ( forjadores ) obtuvieron prestigio comparable al de los físicos nucleares de hoy. Hephaestus, el dios lisiado de la forja fue el “smith” (forjador) divino de la mitología griega. No es por accidente que el apellido Smith sea hoy en día uno de los más comunes en Europa.
Los humanos de la Edad de Bronce descubrieron un metal aún más fuerte que el bronce: el hierro. Su rareza se debió a que sólo se encontraba en los restos de meteoritos, los cuales no son comunes. De las rocas no lo pudieron obtener. Se necesitaba un calor más intenso que el que ellos podían conseguir con la madera. Este calor para lograr fundir las rocas que contenían hierro, no se consiguió hasta el 1500 a.C cuando el carbón y la ventilación estuvo a su alcance. Con la aleación del hierro con parte del carbono presente en el carbón se obtuvo el acero, lo que propició la Edad de Hierro.
Para esa época, algunos griegos penetraron a Canaan y trajeron consigo armas de hierro, lo cual les ayudó a desarrollar su gran civilización. Antes de su debacle, el arte práctico de estas transformaciones había alcanzado un desarrollo extraordinario, particularmente en la civilización egipcia. Estos dominaban, además, el arte de la pigmentación a partir de minerales y de los jugos e infusiones de las plantas. De acuerdo con algunos historiadores, la palabra khemeia se deriva de la palabra kham, nombre egipcio de su tierra. Khemeia quiere decir entonces, “el arte egipcio” .
Otros favorecen la idea de que la palabra khemeia se deriva del griego khumus que significa el jugo de una planta, queriendo decir entonces, “el arte de la extracción de jugo”. Si el jugo se refiere al metal fundido, khemeia querría decir “el arte de la metalurgia”. Khemeia es pues, el ancestro para la palabra Química.”
Las distintas sustancias que se entremezclaban, que se trabajaban hasta lograr obtener otras nuevas, fueron objeto de estudio. La composición de estos cuerpos vino a ser parte del inquirir filosófico. Los filósofos griegos contribuyeron significativamente a la concepción de la materia cuyo conocimiento conduciría, quizás no intencionadamente, a explicar los cambios que se observaban en las diferentes sustancias. Seguidamente, se exponen las ideas principales sobre la constitución de los cuerpos, sugeridas por algunos de los más renombrados filósofos griegos.
Los elementos griegos
Existe un cúmulo de opiniones sobre la constitución de los cuerpos que representa nuestra herencia de la antigüedad. Los filósofos griegos consideraban que los cuerpos consistían de ciertas substancias fundamentales llamadas « elementos », en los cuales se podía descomponer. En su búsqueda de la « realidad », los filósofos naturalistas desarrollaron la teoría de que todas las cosas estaban formadas por un elemento primario. Tales de Mileto (aproximadamente 640-548 a.C. ) consideró como elemento primario al agua ; Anaxímenes (aproximadamente 560-500 a.C.), al aire, y Heráclito (aprox. 536-470 a. C.), al fuego. Los elementos en sí eran considerados invariables. Empédocles (aproximadamente 490-430 a.C.) admitía como fundamento del mundo cuatro raíces de las cosas: fuego, aire, agua y tierra; y dos fuerzas: la de atracción, que las unía, y la de repulsión que las separaba.
Un paso hacia la concepción de la idea de átomos aparece con Anaxágoras (aprox. 498-428 a.C.). Creía que los cuerpos eran divisibles y que su divisibilidad tenía límites si habían de conservarse siempre las características del cuerpo. El oro, por ejemplo, estaba compuesto de pequeños “gérmenes” de oro. Según Aristóteles, el fundador de la Teoría Atómica fue Leucipo, quién vivió alrededor del año 500 a. de C. Esta teoría fue adoptada y propagada por Demócrito (468-370 a.C.) y, según ella, los átomos tenían forma, eran duros, invisibles y estaban en constante movimiento. El universo, según Demócrito, era un inmenso vacío, en el cual se movía un enorme conjunto de átomos.
Fueran átomos o gérmenes los constituyentes de la materia, la idea del discontinuo de los cuerpos no prosperó. Fue la concepción aristotélica la que prevaleció. De acuerdo con Asimov, de la misma fuente anterior:
“Aristóteles creía en los elementos como la combinación de dos pares de fuerzas opuestas: caliente y frío; seco y mojado. Pensaba que una propiedad no se podía combinar con su opuesto Tampoco pensaba que los nombres así señalados se refirieran literalmente a la sustancia que nombraban, Esto es, por ejemplo, que el agua que se puede tocar y sentir no era el elemento “agua”, sino que era lo más cercano a ese elemento. Así, podían existir cuatro posibles combinaciones, cada una de las cuales representaba a un elemento: caliente-seco era fuego, caliente-húmedo era aire, fría- seca era tierra y fría-húmeda era agua.
Aristóteles asignó a cada elemento unas propiedades particulares. La naturaleza de la tierra era caer y la del fuego, subir. Los cuerpos celestes poseían características que diferían de los cuerpos terrestres. En vez de caer o subir, los cuerpos celestes parecían moverse en círculos inmutables alrededor de la Tierra. Por lo tanto, Aristóteles razonó que los cielos deben componerse de un quinto elemento que llamó éter (de la palabra que significa “brillar” ), la “quinta esencia”. Como los cielos parecían inmutables, consideró al éter como perfecto, eterno e incorruptible, bastante diferente a los cuatro (4) elementos imperfectos de la Tierra”
Alquimia
A pesar de la sujeción a la autoridad aristotélica por gran parte de los filósofos y posteriormente de científicos, la hipótesis atómica quedó latente, en espera de un despertar. En este aspecto, Asimov narra:
“El atomismo no murió del todo. Uno de sus seguidores lo fue el poeta Tito Lucrecio Caro (95-55 a.C). Escribió un largo poema en donde exponía el punto de vista del atomismo. Este poema se considera como el más fino poema didáctico jamás escrito.
El dominio de lo que hoy podríamos llamar química aplicada que poseían los egipcios se fusionó con los conocimientos griegos, pero la fusión no resultó ser enteramente buena. El conocimiento de la química de los egipcios estaba íntimamente ligado con el proceso de embalsamamiento de los muertos y con rituales religiosos. El dios Thoth era la fuente de todo conocimiento químico. Los griegos identificaron a Thoth con Hermes y aceptaron mucho del misticismo egipcio. Como la khemeia parecía estar relacionada con la religión, la gente común más bien temía que sus practicantes eran adeptos y portadores de conocimiento peligroso. El astrólogo con su temeroso conocimiento acerca del futuro, el químico con su arte de transformar las substancias, los sacerdotes con sus secretos concernientes a la propiciación de los dioses y con la habilidad de cambiar los cursos del destino, sirvieron de modelos para los cuentos del folklor, magos, sabios y hechiceros.
El respeto o el miedo motivó a los trabajadores de la khemeia a mantener sus escritos en misteriosos y obscuros simbolismos. Como ejemplo, se relacionó a los siete planetas con los siete metales (oro,plata,cobre, hierro, estaño, plomo y mercurio) .
El más importante trabajador de la khemeia griega-egipcia lo fue Bolos de Mendes (200 a.C). Adoptó el nombre de Demócrito como su pseudónimo. Pretendió cambiar el plomo o el hierro en oro: la transmutación de los elementos. Más tarde y con la crisis del Imperio Romano, la práctica de la khemeia fue declinando a tal punto que fue prohibida. Con la llegada del cristianismo, el aprendizaje pagano quedó desfavorecido. La cristianidad quedó rota en sectas y una de ellas, los Nestorianos, llevaron el conocimiento griego- romano a Persia.
En Persia, los árabes encontraron lo que restaba de la tradición de la ciencia griega quedando fascinados. En árabe, la khemeia vino a ser al-kimiya, palabra adoptada por los europeos como alchemy (alquimia). Sus practicantes pasaron a ser los alquimistas . Entre los años 300 y 1100 d.C. la historia de la Química en Europa está prácticamente en blanco, aunque varias de sus preparaciones de sustancias nuevas conservan sus raíces árabes : alcohol, alkali , nafta , zirconio y otros. Ibn-Sina (979-1037 d.C.) y mejor conocido como Avicena, fue un importante médico en el tiempo que comprende entre el Imperio Romano y el nacimiento de la ciencia moderna. A pesar de ser un alquimista, no creía en la transmutación de los elementos. Después de él, la ciencia arábiga declinó. Con la llegada de los turcos y los mongoles, el liderato científico de los árabes pasó a la Europa Occidental. Las Cruzadas (la primera en 1096 d .C.) propiciaron los primeros contactos de estas sociedades con el mundo islámico. Jerusalem fue conquistada en 1099, y dos siglos después, varios europeos regresaron a la Europa Occidental llevando consigo el conocimiento acumulado por los árabes que a su vez había sido aprendido de los griegos.
Los europeos aprendieron de los griegos y poco a poco se dieron cuenta de que éstos, después de todo no eran superhombres. Aunque aprendieron de ellos, pronto alcanzaron importantes logros en todos los aspectos del quehacer humano. Después de un comienzo prometedor, la alquimia comenzó a degenerar otra vez. La transmutación de los metales era una empresa tentadora a la que muchos sucumbieron, incluyendo grandes figuras de la talla de Newton y Boyle. El Papa Juan Pío XII la había condenado en 1317. Los alquimistas honestos, otra vez tuvieron que trabajar rodeados del misterio de otros tiempos.
Las Cruzadas generaron una ola de violencia extraordinaria en Europa. Constantinopla, capital del Imperio Bizantino, fue saqueada por las huestes europeas y mucho del conocimiento griego que aún quedaba, se perdió. Sin embargo, los griegos recuperaron la ciudad y llevaron consigo todo lo que pudieron salvar hasta Europa Occidental. Era la época de las grandes exploraciones alrededor del mundo que revelaron su otra mitad a los sabios de entonces. Los grandes descubrimientos e invenciones se sucedían. Entre estos, se destacó la invención de la imprenta por Johan Gutemberg. Permitió reproducir en masa, rápida y económicamente la información que se iba multiplicando. Se publicaba de todo, aún los temas impopulares. Se publicó el poema de Lucrecio que exponía el punto de vista del atomismo, difundiéndose por toda Europa. Otros libros que se publicaron y que por la gran cantidad que circulaban no pudieron ser ignorados, lo fueron el de Nicolás Copérnico en donde se expuso la Teoría Heliocéntrica y el de Andreas Versalius, en donde se explicaba, como nunca antes, la anatomía del cuerpo humano.
El nuevo espíritu se propagó. Georg Bauer, cuyo pseudónimo fue Agrícola, comenzó a trabajar con la idea de obtener medicinas a partir de los minerales. Esta combinación de medicina con mineralogía impulsó la Química por los próximos dos siglos. Theophrastus Bombastus von Hohenheim ( Paracelso) impulsó la idea de que la alquimia se debía utilizar para la producción y desarrollo de medicinas y no para conseguir la piedra filosofal y con ella la transmutación de los metales. Así, el desarrollo en la preparación de estas nuevas sustancias para el beneficio de los seres humanos, fue ganando adeptos.”
En el párrafo anterior, por un lado, se evidencia una de las más grandes frustraciones que ha tenido que aceptar el mundo científico, particularmente de aquellos que se lanzaron en pos del sueño de la transmutación de los elementos. Por otro lado, se manifiesta una de las más importantes contribuciones del conocimiento científico acerca de la constitución y el comportamiento de la materia: la aplicación de la química en pro del bienestar físico de los seres humanos; es decir el desarrollo de la Medicina. En palabras de Eugene Hecht
“Poco a poco, los alquimistas se percataron de que habían trabajado en vano buscando la piedra filosofal, el catalizador provisorio con el cual la materia común podría alcanzar la perfección, el instrumento definitivo de la transmutación. La piedra también perfeccionadora del cuerpo, que con toda seguridad podría curar todas las enfermedades, sería el bálsamo de la eterna juventud, el elixir de la vida; Química y Medicina mano a mano en un crisol.”
Cuando esos pensadores e investigadores advirtieron y acataron la imposibilidad de la transmutación de los elementos y del descubrimiento de la piedra filosofal, el desarrollo de la química, particularmente en el campo de la medicina, se tornó espectacular. Como escribió Hecht en la fuente ya aludida:
“Esta búsqueda no permitía ningún elemento de experimentación ni desviación alguna del místico y nebuloso camino. En contraste, los aficionados, los chapuceros, los devotos ocasionales, los devotos indisciplinados; todos seguían cualquier camino que les inspirara su fantasía. Estos eran los desdeñados “sopladores” cuyo nombre burlón se derivó del sonido interminable de los fuelles que avivaban el fuego. Estuvieron ellos tan interesados en los descubrimientos como en la piedra, fueron ellos quienes aislaron el arsénico, el bismuto, el cinc, el fósforo; quienes prepararon el ácido muriático(ácido hidroclórico), el agua regia (mezcla de los ácido nítrico y clorídrico que disolvía al oro), y el aceite de vitriolo (ácido sulfúrico), quienes fabricaron sustancias tales como potasa, carbonato sódico y sulfato amónico; quienes fabricaron laxantes (sulfato sódico) y vendieron drogas milagrosas. Fueron ellos quienes, a finales del siglo XVIII, libres del peso de la piedra filosofal, se convirtieron en químicos
Notas introductorias a la Teoría Atómica
Notas introductorias a la Teoría Atómica
La Teoría Atómica se considera uno de los logros más significativos del intelecto humano. Aproximadamente en el 1808, el químico y meteorólogo inglés John Dalton, publicó un tratado sobre química. Debido a que su contenido resultó ser parcialmente contrastable experimentalmente, se le considera el primero en exponer una teoría atómica científica. Como la mayoría de las aportaciones valuables, esta teoría surgió sobre la base de afirmación o negación de hipótesis previas. De modo que para lograr alguna comprensión acerca del surgimiento de la Teoría Atómica que nos ocupa, resulta necesario destacar algunas de las aportaciones más significativas, las que permitieron la invención de su configuración intelectual.
Es posible identificar siete aportaciones empíricas y otras teóricas que proveyeron las ideas fundamentales de la Teoría Atómica formulada por Dalton. Estos son: 1) el surgimiento de los conceptos elemento y átomo, 2) la aportación de los alquimistas, 3) las sugerencias de los iniciadores de la ciencia moderna, 4) las investigaciones en torno a la naturaleza del calor, 5) la teoría del flogisto, 6) la hipótesis de la conservación de la materia y, 7) la hipótesis de proporciones definidas en la formación de compuestos. En lo que sigue se provee información fundamental de cada una de ellas.
1. Surgimiento del concepto de elemento y la teoría atómica griega.
Empédocles, acuñó el término elemento, quizás previo al surgimiento de la hipótesis atómica. Es un fenómeno notable, que 2000 años más tarde, en la época moderna, aún se sostenía la hipótesis de que existían cuatro entidades fundamentales de las cuales, por la mezcla de las mismas en proporciones diversas, se originan todas las cosas o cuerpos. Postuló estas sustancias elementales y de naturaleza material, como agua, tierra, aire y fuego. De esta manera intentó explicar el origen o causa material del Universo.
Uno de los postulados de la teoría atómica de Dalton sugiere que la materia está constituida por partículas extremadamente pequeñas e indivisibles. Los griegos, durante la época preclásica (650 al 450 antes de J.C.), llamaron a dichas partículas átomos, que en el idioma griego significa indivisible. Probablemente esta idea fue inicialmente enunciada por Anaxágoras (498 al 428 a. de J.C.). Según Aristóteles (384-322 a. de J.C.), la misma idea fue expresada por Leucipo (aprox. 500 a. de J.C.) y Demócrito (468 a 370 a. de J.C.), filósofos, que al igual que Empédocles, postulaban que la causa fundamental de todas las cosas era material. Es probable que estos pensadores antiguos lograsen desarrollar alguna explicación o teoría mas o menos compleja que diese cuenta de la materia, de sus distintos estados y de sus cambios en general, quizás hasta con potencial para la verificación experimental. De haber sido así, tendría que considerarse como la primera Teoría Atómica científica, sin embargo, no se cuenta con suficientes registros que lo evidencien.
Para Aristóteles, estos elementos determinaban las propiedades fundamentales de la materia. En sus escritos posteriores este admitió un quinto elemento: “la quintaesencia” o éter, la cual daba cuenta de la “materia celestial.”, la otra parte del universo.
2. Surgimiento de los alquimistas
Una trayectoria histórica breve aparece en la lectura Orígenes de la química. Aquí sólo repetiremos el interés primordial de esta actividad humana: la transmutación (transformación) de metales ordinarios en metales preciosos.
3. Sugerencias de los iniciadores de la ciencia moderna
Aproximadamente, dos siglos previos a la teoría de Dalton, al tratar de explicar el calor, Galileo sugirió la hipótesis de que el mismo es generado debido a partículas que se encuentran en movimiento constante, y algunos años mas tarde, Pierre Gassendi hizo referencia en sus escritos a la antigua hipótesis griega acerca de la existencia de los átomos. En el mismo siglo, específicamente en 1661, se publicó un tratado titulado: El Químico Escéptico. A su autor Robert Boyle se le considera, no por pocos, como el fundador de la ciencia química moderna. Boyle sostuvo que si los elementos fuesen como decía Paracelso, tales entidades nunca podrían conocerse a satisfacción razonable. En una serie de famosos experimentos, Boyle encontró que era imposible combinar los cuatro elementos griegos para transformarlos en sustancias nuevas; o que, por el contrario, de alguna substancia en particular, no se podían obtener los mismos. Propuso, en su obra, que la mejor forma de lidiar con este problema era redefinir el concepto elemento, pero partiendo de la observación cuidadosa. De este modo, toda aquella substancia que aún con los mayores esfuezos humanos disponibles no pudiese descomponerse, se consideraría elemento. Es obvio que si alguna substancia no resistiese los rigores de los intentos de descomposición o separación, entonces se clasificaría como compuesto.
En 1704 Issac Newton escribió en su obra Óptica lo siguiente:
“… parece probable que Dios al Principio formó la materia sólida, masiva, dura, impenetrable, con partículas móviles, de tales dimensiones y forma, con tales propiedades y en tal proporción que mejor se ajustara al fin para el cual las había formado; y estas partículas primitivas siendo sólidas son incomparablemente más pesadas que cualquier cuerpo poroso compuesto de ellas. Y tan sumamente duras, que nunca pueden romperse en trozos…”
“...los cambios de las cosas corporales tienen lugar solamente cuando se dan distintas separaciones, asociaciones y movimientos de estas partículas permanentes.”
Dada la trascendencia de las obras de Galileo y Newton, y de trabajos como el de Boyle, la hipótesis acerca de la naturaleza discreta de la materia tomaría auge nuevamente teniendo influencia en las mentes más privilegiadas del siglo XVIII. Así por ejemplo, alrededor de 1738, el matemático suizo Daniel Bernoulli desarrolló una teoría en la cual su postulado fundamental era que los gases estaban constituidos por partículas en movimiento constante y azaroso (idea de los antiguos atomistas griegos) de donde dedujo una generalización empírica que se atribuye (quizás erróneamente) a Boyle: La presión de un gas es inversamente proporcional a su volumen.
4. la investigaciones en torno a la naturaleza del calor y el calórico.
Por otro lado, los descubrimientos de la primera mitad del siglo XVIII, de una serie de fenómenos naturales asociados al calor han jugado un papel protagónico en el desarrollo de la teoría atómica. Aunque en este tiempo no se diferenciaba este concepto del de temperatura, las investigaciones de Joseph Black condujeron a hallazgos significativos. Por ejemplo, encontró que la resistencia al calor no era la misma para las diferentes substancias. Así, el agua presentaba una alta resistencia en comparación a otras substancias comunes. Al mezclar cantidades iguales de agua a diferentes temperaturas, 100 oF y 150 oF, la mezcla resultante alcanzaba una temperatura intermedia: 125 oF. Sin embargo, cuando se mezclaban volúmenes iguales de agua y mercurio, mientras que el éste descendía en su temperatura dramáticamente, al agua no le correspondía un incremento comparable, sino mucho menor. Es cuando se comienza a explicar este fenómeno utilizando el concepto de conservación del calor y con el concepto de capacidad calórica de una substancia: La cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una substancia en un grado de temperatura. Se definió, además el concepto de calor específico: “La cantidad de calor necesaria para que la temperatura de un gramo de una substancia se eleve por 1oC”.
En esta época al descubrirse la conservación del calor el supuesto de que el calor es un fluido material cobró fuerza. Por esta razón fueron numerosos los intentos por separarlo o aislarlo. A la clase de materia que se pensaba constituía el calor se le llamó calórico, nombre sugerido por otro gran investigador: Antoine Laurent Lavoisier, francés. Fue él quien introdujo el uso de la balanza en el estudio de la materia. Esto y otras aportaciones significativas ameritan para que se le considere como el iniciador de la química moderna.
5. La teoría del flogisto
Las causas del fuego y el calor se relacionaron en un principio con el misticismo. Un sinnúmero de ritos todavía hoy en día, usan al fuego como parte importante de los mismos. El fluido del calor o calórico fue muy importante para la empresa del inquirir, dado el hecho que desde que el ser humano descubrió el fuego algunas preguntas continuaban sin contestación, como por ejemplo: ¿Porqué los materiales se queman o sufren combustión? ¿Por qué ocurren cambios de temperatura durante las reacciones químicas?
En el caso de los metales, se observó que, con excepción del oro, al calen¬tarse al aire dejaban un residuo que al cual se le llamó cal. A esta observación se ofrecieron diversas explicaciones. Se tenía la idea de que la combustión lograba la destrucción de la ma¬teria, separándose del cuerpo combustible algo en forma de llama, mientras que el residuo correspondía a otro componente de la materia. Entre éstas, hubo otras ideas místicas, tal corno la de liberación de ciertos espíritus que hay en la materia, etc. También se pensó en términos de variación de la masa por uni¬dad de volumen, o sea, la densidad de la materia cambiada en el proceso de la combustión.
Las hipótesis del flogisto se concibió durante la primera mitad del siglo XVIII para contestar las preguntas formuladas sobre el problema de la combustión. Se supuso que las substancias combustibles tienen en ellas “el principio” de la combustión que Ernst Stähl llamó flogisto. De acuerdo con esta teoría, todas las substancias combustibles tienen algo en común en su constitución, el flogisto, que se transforma en fuego a elevadas temperaturas. En palabras de Stähl:
“De todas estas variadas condiciones, por lo tanto, creo que se debe nombrar como el primero, el único, básico, principio inflamable. Pero como no se puede, hasta ahora, encontrarse por sí mismo fuera de todos los compuestos y uniones con otros materiales y como no hay fundamentos o base para darle un nombre descriptivo basado en sus propiedades, creo que lo debemos nombrar de acuerdo con su comportamiento más general, el cual exhibe en todos sus compuestos. Y por lo tanto, he seleccionado el nombre griego flogisto, en alemán brennlich.“
Si se considera el caso de la combustión de los metales como un caso representativo, el proceso se puede describir en la siguiente forma:
metal en combustión = cal metálica + flogisto,
donde se infiere que la teoría del flogisto implica que en el proceso de combustión una sustancia se escapa al aire y que las cales metálicas son substancias libres de flogisto.
Esta teoría también ofreció una explicación de la naturaleza reversible del proceso de la combustión. Tomando el caso de los metales otra vez:
una cal metálica + carbón = metal,
de donde podemos concluir que el flogisto es una sustancia que puede pasar de un cuerpo a otro. El propio Stähl lo había establecido:
“Si esta nueva sal del ácido de azufre y sales alcalinas formada como se indica,, cuando el flogisto ha sido usado en su totalidad, se trata con carbón, un cuarto de hora el liver de azufre original reaparece; y esto se puede hacer cientos de veces.......”.
También puedo demostrar por varios experimentos como el flogisto de substancias grasas y carbón puede entrar rápidamente en los metales mismos y regenerarlos desde las cales quemadas a sus propios estados fundibles, maleables y amalgamables.............1
Así, mediante la Teoría de Flogisto se logró vincular un número de hechos que antes parecían independientes entre ellos. Sin embargo, se fue acumulando una serie de hechos que no eran fáciles de explicar mediante esta teoría. Lavoisier escribió en una de sus Memorias:
“Este no es el sitio para demostrar la analogía que existe entre la respiración de animales y la calcinación. Regresaré a ella en la continuación de esta memoria. Estos diferentes problemas de la calcinación de los metales y la combustión son explicados de una manera muy buena por la hipótesis de Stahl, pero es necesario suponer con Stähl, que la materia del fuego, de flogisto es fijada en metales, en los sulfuros y en todos los cuerpos que se conocen como combustibles. Ahora, si nosotros demandáramos de los seguidores de la doctrina de Stahl que probaran la existencia de la materia del fuego en los cuerpos combustibles, caerían en un círculo vicioso y tendrían que alegar que los cuerpos combustibles contienen la materia del fuego porque se queman y que se queman porque contienen la materia del fuego. Es fácil ver en el último análisis que esto es explicar la combustión por la combustión.”
La existencia de la materia del fuego, de flogisto en metales, sulfuros, etc., es verdaderamente nada más que una hipótesis, una suposición la cual, una vez admitida explica, es cierto, algunos de los problemas de la calcinación y la combustión; pero si pudiera ser capaz de demostrar que estos fenómenos pueden ser explicados justamente de una manera natural por una hipótesis opuesta, es decir sin suponer que la materia del fuego o flogisto existe en los materiales combustibles, el sistema de Stahl se estremecería en sus fundamentos.1
Ya para esa época se dejaba ver en el campo de la química un movimiento hacia lo cuantitativo en contraste con el pasado. Lavoisier, al hacer uso sistemático de la balanza, observó que los metales aumentaban de peso al calentarse. Si la naturaleza del flogisto fuera como la de cualquier otra sus¬tancia material, al escaparse éste de un cuerpo debiera dejarlo menos pesado. Se pensó que la naturaleza del flogisto era tal que tenía peso negativo, de modo que la pérdida de flogisto su¬ponía un aumento en peso del cuerpo. Así para la primera mitad del siglo XVIII, ésta fue la explicación más aceptable ofrecida.
En 1774, en un trabajo titulado “El aumento en el peso de los metales al calcinarse”, Lavoisier encontró evidencia a favor de que la combustión se debía a la combinación del cuerpo combustible con al¬guna porción o constituyente del aire, ya que el sistema cons¬tituido por el aparato usado en el experimento y los reactivos pesó lo mismo después de la calcinación cuando el sistema era cerrado. Lavoisier repitió un experimento echo por Boyle sobre la calcinación de estaño en presencia de aire en un recipiente herméticamente cerrado. De aquí ideó la explicación de que al mantenerse el mismo peso del sistema, el aumento en peso del metal cal¬cinado debía ser igual a la pérdida en peso que había experimentado el aire. Postuló entonces que la calcinación se debía a la absorción de un constituyente del aire y no a la pér¬dida del flogisto. En experimentos independientes, Joseph Priestley aisló el constituyente que se combinaba con los materiales en combustión, al cual llamaron “aire desflogisticado”. Más tarde Lavoisier lo bautizó con el nombre de oxígeno (formador de ácidos). Continúa Lavoisier:
El aire puro, el aire desflogisticado de el Sr. Pristley, es entonces, desde este punto de vista el cuerpo combustible verdadero y quizás el único en la naturaleza, vemos que ya no necesitamos, para explicar el fenómeno de la combustión, suponer que existe una inmensa cantidad fija de fuego en todos los cuerpos que llamamos combustibles, que por el contrario es muy probable que poco de este fuego exista en los metales, azufre y fósforo y en la mayoría de los cuerpos bien sólidos, pesados y compactos2.
Muchos investigadores de la época modificaron sus posiciones ante los trabajos experimentales de Lavoisier y la Teoría del Flogisto comenzó a perder adeptos y a desaparecer.
6. La hipótesis acerca de la conservación de la materia Fue Lavoisier el primero en utilizar cabalmente la técnica de pesar en la experimentación. Como consecuencia del uso sistemático de la balanza, estableció formalmente la hipótesis acerca de la conservación de la materia, la cual expresó así : “ Nada es creado, ni en las operaciones del arte ni en esas de la naturaleza, y se puede considerar como un prin¬cipio general que en toda reacción existe una cantidad igual de materia antes y después de la reacción”. Esta hipótesis fue ve¬rificada en casos particulares, como en la calcinación del estaño, la descomposición del óxido mercúrico y otros. La evidencia acumulada a favor de la hipótesis se logró mediante análisis cuantitativo, y por razonamiento inductivo se dice que el peso total de las substancias que se combi¬nan y el producto total de la reacción contiene igual masa hasta los límites de precisión de análisis. Se han identificado otras contribuciones de este gran científico que escapan al propósito de este trabajo. Debido a sus múltiples aportaciones al desarrollo de la ciencia, especialmente en la química, tiene méritos suficientes para que se le considere como el fundador de la química moderna. Insólitamente y en uno de los procesos más infames que registra la historia científica, Lavoisier fue guillotinado en una plaza pública y ante una numerosa concurrencia durante la Revolución Francesa en 1794 (Favor leer más detalles en la Guía de Estudio).
7. La hipótesis de proporciones constantes
La hipótesis de las Proporciones Constantes es una de las que se consideran fundamentales en las ciencias químicas. No fue aceptada sin antes encontrar bastante oposición. Esta hipótesis fue expresada en 1797 por Joseph Louis Proust exponiendo que al formarse un compuesto siempre se combinarán las mismas substancias en la misma proporción por peso. Proust concluyó que la razón de combinación de los constituyentes de un compuesto está determinada por la ley natural, y no por la libertad del químico de mezclar cualesquiera cantidades de los constituyentes.
En 1801, Claude Berthollet publicó un tratado titulado Investigaciones sobre las leyes de la Afinidad Química, donde concluye que la composición de los compuestos puede variar dentro de ciertos límites. Las razones presentadas por Berthollet, contra la hipótesis de Proporciones Constantes o Definidas fueron las siguientes:
1. Los metales, como cobre, estaño y plomo, al ser calentados al aire pueden absorber oxígeno continuamente en pro¬porciones que van aumentando hasta cierto límite superior fijo.
Se consigue de este modo una serie continua de óxidos, como es evidente en el caso del cobre, por las variaciones en el color.
2. El mercurio se disuelve en ácido nítrico absorbiendo oxígeno y formando una serie de sales de composiciones que varían en forma continua.
3. Las soluciones, las aleaciones y los vidrios son compuestos formados en proporciones indefinidas.
Berthollet tuvo que reconocer que en muchas de las transformaciones químicas se formaban substancias de composiciones definidas, pero consideraba esos casos como excepciones.
Ante tal situación, Proust presentó su defensa y argumentó:
Si 100 partes del carbonato natural de cobre producen 100 partes de carbonato artificial, debemos reconocer una mano invisible que maneja la balanza en la formación de los compuestos y les asigna propiedades de acuerdo con su voluntad. Debemos concluir que la naturaleza no actúa de modo distinto en las profundidades de la Tierra que en su superficie o en las manos del hombre. Estas proporciones fijas, esas propiedades constantes que caracterizan los verdaderos compuestos, ya sean éstos productos de la naturaleza o del hombre; la modificación de todo esto, digo, está tan fuera del alcance de los químicos como lo están las leyes que rigen todas las combinaciones químicas.
De estas consideraciones, ¿no estamos en lo cierto al creer que el carbonato natural de cobre no diferirá nunca de aquel que es producto de la imitación de la naturaleza por el hombre? ¿Hay alguna diferencia entre el carbonato de soda de origen natural y el artificial que se obtiene en el laboratorio? No. ¿Por qué entonces deberá haber dife¬rencia entre aquellos de cobre o de otros metales?
Pero, ¿qué diferencia reconoce usted entre las combinaciones químicas y esa colección de combinaciones que la naturaleza no ha unido en ninguna proporción fija, de acuerdo con su criterio? ¿Es acaso que son diferentes entre sí el poder que hace que un metal se disuelva en azufre y el que hace que un sulfuro metálico se disuelva en otro? No me apresuro a contestar esta pregunta, por pertinente que ella sea, pues temo extraviarme en una región aún no suficientemente iluminada por hechos científicos. Pero, de todos modos, creo que la distinción que hago entre esos dos poderes podrá apreciarse bien cuando dice: ¿Es la atracción que hace que el azúcar se disuelva en agua la misma o diferente de la que hace que cantidades determinadas de carbono e hidrógeno se disuelvan en otra cantidad determinada de oxígeno para formar el azúcar en las plantas? Pero de lo que nos damos cuenta perfectamente es de que esas dos atracciones son tan diferentes en sus resultados, que es imposible confundirlas entre sí.
Prost concluyó que:
1. Las substancias formadas al calentar los metales al aire eran mezclas de un número pequeño de óxidos definidos.
2. Las sales de mercurio eran mezclas de dos compuestos definidos.
Proust distinguió cuidadosamente entre mezclas y compues¬tos, pero dejó el asunto de las soluciones en manos de futuros investigadores. Esta controversia entre los dos famosos químicos propició el desarrollo de la química porque contribuyó a:
1. definir en forma clara y precisa un compuesto quí¬mico distinguiéndolo de una mezcla.
2. obtener una gran cantidad de información analítica de compuestos químicos para justificar posiciones en la controversia.
La Teoría Atómica se considera uno de los logros más significativos del intelecto humano. Aproximadamente en el 1808, el químico y meteorólogo inglés John Dalton, publicó un tratado sobre química. Debido a que su contenido resultó ser parcialmente contrastable experimentalmente, se le considera el primero en exponer una teoría atómica científica. Como la mayoría de las aportaciones valuables, esta teoría surgió sobre la base de afirmación o negación de hipótesis previas. De modo que para lograr alguna comprensión acerca del surgimiento de la Teoría Atómica que nos ocupa, resulta necesario destacar algunas de las aportaciones más significativas, las que permitieron la invención de su configuración intelectual.
Es posible identificar siete aportaciones empíricas y otras teóricas que proveyeron las ideas fundamentales de la Teoría Atómica formulada por Dalton. Estos son: 1) el surgimiento de los conceptos elemento y átomo, 2) la aportación de los alquimistas, 3) las sugerencias de los iniciadores de la ciencia moderna, 4) las investigaciones en torno a la naturaleza del calor, 5) la teoría del flogisto, 6) la hipótesis de la conservación de la materia y, 7) la hipótesis de proporciones definidas en la formación de compuestos. En lo que sigue se provee información fundamental de cada una de ellas.
1. Surgimiento del concepto de elemento y la teoría atómica griega.
Empédocles, acuñó el término elemento, quizás previo al surgimiento de la hipótesis atómica. Es un fenómeno notable, que 2000 años más tarde, en la época moderna, aún se sostenía la hipótesis de que existían cuatro entidades fundamentales de las cuales, por la mezcla de las mismas en proporciones diversas, se originan todas las cosas o cuerpos. Postuló estas sustancias elementales y de naturaleza material, como agua, tierra, aire y fuego. De esta manera intentó explicar el origen o causa material del Universo.
Uno de los postulados de la teoría atómica de Dalton sugiere que la materia está constituida por partículas extremadamente pequeñas e indivisibles. Los griegos, durante la época preclásica (650 al 450 antes de J.C.), llamaron a dichas partículas átomos, que en el idioma griego significa indivisible. Probablemente esta idea fue inicialmente enunciada por Anaxágoras (498 al 428 a. de J.C.). Según Aristóteles (384-322 a. de J.C.), la misma idea fue expresada por Leucipo (aprox. 500 a. de J.C.) y Demócrito (468 a 370 a. de J.C.), filósofos, que al igual que Empédocles, postulaban que la causa fundamental de todas las cosas era material. Es probable que estos pensadores antiguos lograsen desarrollar alguna explicación o teoría mas o menos compleja que diese cuenta de la materia, de sus distintos estados y de sus cambios en general, quizás hasta con potencial para la verificación experimental. De haber sido así, tendría que considerarse como la primera Teoría Atómica científica, sin embargo, no se cuenta con suficientes registros que lo evidencien.
Para Aristóteles, estos elementos determinaban las propiedades fundamentales de la materia. En sus escritos posteriores este admitió un quinto elemento: “la quintaesencia” o éter, la cual daba cuenta de la “materia celestial.”, la otra parte del universo.
2. Surgimiento de los alquimistas
Una trayectoria histórica breve aparece en la lectura Orígenes de la química. Aquí sólo repetiremos el interés primordial de esta actividad humana: la transmutación (transformación) de metales ordinarios en metales preciosos.
3. Sugerencias de los iniciadores de la ciencia moderna
Aproximadamente, dos siglos previos a la teoría de Dalton, al tratar de explicar el calor, Galileo sugirió la hipótesis de que el mismo es generado debido a partículas que se encuentran en movimiento constante, y algunos años mas tarde, Pierre Gassendi hizo referencia en sus escritos a la antigua hipótesis griega acerca de la existencia de los átomos. En el mismo siglo, específicamente en 1661, se publicó un tratado titulado: El Químico Escéptico. A su autor Robert Boyle se le considera, no por pocos, como el fundador de la ciencia química moderna. Boyle sostuvo que si los elementos fuesen como decía Paracelso, tales entidades nunca podrían conocerse a satisfacción razonable. En una serie de famosos experimentos, Boyle encontró que era imposible combinar los cuatro elementos griegos para transformarlos en sustancias nuevas; o que, por el contrario, de alguna substancia en particular, no se podían obtener los mismos. Propuso, en su obra, que la mejor forma de lidiar con este problema era redefinir el concepto elemento, pero partiendo de la observación cuidadosa. De este modo, toda aquella substancia que aún con los mayores esfuezos humanos disponibles no pudiese descomponerse, se consideraría elemento. Es obvio que si alguna substancia no resistiese los rigores de los intentos de descomposición o separación, entonces se clasificaría como compuesto.
En 1704 Issac Newton escribió en su obra Óptica lo siguiente:
“… parece probable que Dios al Principio formó la materia sólida, masiva, dura, impenetrable, con partículas móviles, de tales dimensiones y forma, con tales propiedades y en tal proporción que mejor se ajustara al fin para el cual las había formado; y estas partículas primitivas siendo sólidas son incomparablemente más pesadas que cualquier cuerpo poroso compuesto de ellas. Y tan sumamente duras, que nunca pueden romperse en trozos…”
“...los cambios de las cosas corporales tienen lugar solamente cuando se dan distintas separaciones, asociaciones y movimientos de estas partículas permanentes.”
Dada la trascendencia de las obras de Galileo y Newton, y de trabajos como el de Boyle, la hipótesis acerca de la naturaleza discreta de la materia tomaría auge nuevamente teniendo influencia en las mentes más privilegiadas del siglo XVIII. Así por ejemplo, alrededor de 1738, el matemático suizo Daniel Bernoulli desarrolló una teoría en la cual su postulado fundamental era que los gases estaban constituidos por partículas en movimiento constante y azaroso (idea de los antiguos atomistas griegos) de donde dedujo una generalización empírica que se atribuye (quizás erróneamente) a Boyle: La presión de un gas es inversamente proporcional a su volumen.
4. la investigaciones en torno a la naturaleza del calor y el calórico.
Por otro lado, los descubrimientos de la primera mitad del siglo XVIII, de una serie de fenómenos naturales asociados al calor han jugado un papel protagónico en el desarrollo de la teoría atómica. Aunque en este tiempo no se diferenciaba este concepto del de temperatura, las investigaciones de Joseph Black condujeron a hallazgos significativos. Por ejemplo, encontró que la resistencia al calor no era la misma para las diferentes substancias. Así, el agua presentaba una alta resistencia en comparación a otras substancias comunes. Al mezclar cantidades iguales de agua a diferentes temperaturas, 100 oF y 150 oF, la mezcla resultante alcanzaba una temperatura intermedia: 125 oF. Sin embargo, cuando se mezclaban volúmenes iguales de agua y mercurio, mientras que el éste descendía en su temperatura dramáticamente, al agua no le correspondía un incremento comparable, sino mucho menor. Es cuando se comienza a explicar este fenómeno utilizando el concepto de conservación del calor y con el concepto de capacidad calórica de una substancia: La cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una substancia en un grado de temperatura. Se definió, además el concepto de calor específico: “La cantidad de calor necesaria para que la temperatura de un gramo de una substancia se eleve por 1oC”.
En esta época al descubrirse la conservación del calor el supuesto de que el calor es un fluido material cobró fuerza. Por esta razón fueron numerosos los intentos por separarlo o aislarlo. A la clase de materia que se pensaba constituía el calor se le llamó calórico, nombre sugerido por otro gran investigador: Antoine Laurent Lavoisier, francés. Fue él quien introdujo el uso de la balanza en el estudio de la materia. Esto y otras aportaciones significativas ameritan para que se le considere como el iniciador de la química moderna.
5. La teoría del flogisto
Las causas del fuego y el calor se relacionaron en un principio con el misticismo. Un sinnúmero de ritos todavía hoy en día, usan al fuego como parte importante de los mismos. El fluido del calor o calórico fue muy importante para la empresa del inquirir, dado el hecho que desde que el ser humano descubrió el fuego algunas preguntas continuaban sin contestación, como por ejemplo: ¿Porqué los materiales se queman o sufren combustión? ¿Por qué ocurren cambios de temperatura durante las reacciones químicas?
En el caso de los metales, se observó que, con excepción del oro, al calen¬tarse al aire dejaban un residuo que al cual se le llamó cal. A esta observación se ofrecieron diversas explicaciones. Se tenía la idea de que la combustión lograba la destrucción de la ma¬teria, separándose del cuerpo combustible algo en forma de llama, mientras que el residuo correspondía a otro componente de la materia. Entre éstas, hubo otras ideas místicas, tal corno la de liberación de ciertos espíritus que hay en la materia, etc. También se pensó en términos de variación de la masa por uni¬dad de volumen, o sea, la densidad de la materia cambiada en el proceso de la combustión.
Las hipótesis del flogisto se concibió durante la primera mitad del siglo XVIII para contestar las preguntas formuladas sobre el problema de la combustión. Se supuso que las substancias combustibles tienen en ellas “el principio” de la combustión que Ernst Stähl llamó flogisto. De acuerdo con esta teoría, todas las substancias combustibles tienen algo en común en su constitución, el flogisto, que se transforma en fuego a elevadas temperaturas. En palabras de Stähl:
“De todas estas variadas condiciones, por lo tanto, creo que se debe nombrar como el primero, el único, básico, principio inflamable. Pero como no se puede, hasta ahora, encontrarse por sí mismo fuera de todos los compuestos y uniones con otros materiales y como no hay fundamentos o base para darle un nombre descriptivo basado en sus propiedades, creo que lo debemos nombrar de acuerdo con su comportamiento más general, el cual exhibe en todos sus compuestos. Y por lo tanto, he seleccionado el nombre griego flogisto, en alemán brennlich.“
Si se considera el caso de la combustión de los metales como un caso representativo, el proceso se puede describir en la siguiente forma:
metal en combustión = cal metálica + flogisto,
donde se infiere que la teoría del flogisto implica que en el proceso de combustión una sustancia se escapa al aire y que las cales metálicas son substancias libres de flogisto.
Esta teoría también ofreció una explicación de la naturaleza reversible del proceso de la combustión. Tomando el caso de los metales otra vez:
una cal metálica + carbón = metal,
de donde podemos concluir que el flogisto es una sustancia que puede pasar de un cuerpo a otro. El propio Stähl lo había establecido:
“Si esta nueva sal del ácido de azufre y sales alcalinas formada como se indica,, cuando el flogisto ha sido usado en su totalidad, se trata con carbón, un cuarto de hora el liver de azufre original reaparece; y esto se puede hacer cientos de veces.......”.
También puedo demostrar por varios experimentos como el flogisto de substancias grasas y carbón puede entrar rápidamente en los metales mismos y regenerarlos desde las cales quemadas a sus propios estados fundibles, maleables y amalgamables.............1
Así, mediante la Teoría de Flogisto se logró vincular un número de hechos que antes parecían independientes entre ellos. Sin embargo, se fue acumulando una serie de hechos que no eran fáciles de explicar mediante esta teoría. Lavoisier escribió en una de sus Memorias:
“Este no es el sitio para demostrar la analogía que existe entre la respiración de animales y la calcinación. Regresaré a ella en la continuación de esta memoria. Estos diferentes problemas de la calcinación de los metales y la combustión son explicados de una manera muy buena por la hipótesis de Stahl, pero es necesario suponer con Stähl, que la materia del fuego, de flogisto es fijada en metales, en los sulfuros y en todos los cuerpos que se conocen como combustibles. Ahora, si nosotros demandáramos de los seguidores de la doctrina de Stahl que probaran la existencia de la materia del fuego en los cuerpos combustibles, caerían en un círculo vicioso y tendrían que alegar que los cuerpos combustibles contienen la materia del fuego porque se queman y que se queman porque contienen la materia del fuego. Es fácil ver en el último análisis que esto es explicar la combustión por la combustión.”
La existencia de la materia del fuego, de flogisto en metales, sulfuros, etc., es verdaderamente nada más que una hipótesis, una suposición la cual, una vez admitida explica, es cierto, algunos de los problemas de la calcinación y la combustión; pero si pudiera ser capaz de demostrar que estos fenómenos pueden ser explicados justamente de una manera natural por una hipótesis opuesta, es decir sin suponer que la materia del fuego o flogisto existe en los materiales combustibles, el sistema de Stahl se estremecería en sus fundamentos.1
Ya para esa época se dejaba ver en el campo de la química un movimiento hacia lo cuantitativo en contraste con el pasado. Lavoisier, al hacer uso sistemático de la balanza, observó que los metales aumentaban de peso al calentarse. Si la naturaleza del flogisto fuera como la de cualquier otra sus¬tancia material, al escaparse éste de un cuerpo debiera dejarlo menos pesado. Se pensó que la naturaleza del flogisto era tal que tenía peso negativo, de modo que la pérdida de flogisto su¬ponía un aumento en peso del cuerpo. Así para la primera mitad del siglo XVIII, ésta fue la explicación más aceptable ofrecida.
En 1774, en un trabajo titulado “El aumento en el peso de los metales al calcinarse”, Lavoisier encontró evidencia a favor de que la combustión se debía a la combinación del cuerpo combustible con al¬guna porción o constituyente del aire, ya que el sistema cons¬tituido por el aparato usado en el experimento y los reactivos pesó lo mismo después de la calcinación cuando el sistema era cerrado. Lavoisier repitió un experimento echo por Boyle sobre la calcinación de estaño en presencia de aire en un recipiente herméticamente cerrado. De aquí ideó la explicación de que al mantenerse el mismo peso del sistema, el aumento en peso del metal cal¬cinado debía ser igual a la pérdida en peso que había experimentado el aire. Postuló entonces que la calcinación se debía a la absorción de un constituyente del aire y no a la pér¬dida del flogisto. En experimentos independientes, Joseph Priestley aisló el constituyente que se combinaba con los materiales en combustión, al cual llamaron “aire desflogisticado”. Más tarde Lavoisier lo bautizó con el nombre de oxígeno (formador de ácidos). Continúa Lavoisier:
El aire puro, el aire desflogisticado de el Sr. Pristley, es entonces, desde este punto de vista el cuerpo combustible verdadero y quizás el único en la naturaleza, vemos que ya no necesitamos, para explicar el fenómeno de la combustión, suponer que existe una inmensa cantidad fija de fuego en todos los cuerpos que llamamos combustibles, que por el contrario es muy probable que poco de este fuego exista en los metales, azufre y fósforo y en la mayoría de los cuerpos bien sólidos, pesados y compactos2.
Muchos investigadores de la época modificaron sus posiciones ante los trabajos experimentales de Lavoisier y la Teoría del Flogisto comenzó a perder adeptos y a desaparecer.
6. La hipótesis acerca de la conservación de la materia Fue Lavoisier el primero en utilizar cabalmente la técnica de pesar en la experimentación. Como consecuencia del uso sistemático de la balanza, estableció formalmente la hipótesis acerca de la conservación de la materia, la cual expresó así : “ Nada es creado, ni en las operaciones del arte ni en esas de la naturaleza, y se puede considerar como un prin¬cipio general que en toda reacción existe una cantidad igual de materia antes y después de la reacción”. Esta hipótesis fue ve¬rificada en casos particulares, como en la calcinación del estaño, la descomposición del óxido mercúrico y otros. La evidencia acumulada a favor de la hipótesis se logró mediante análisis cuantitativo, y por razonamiento inductivo se dice que el peso total de las substancias que se combi¬nan y el producto total de la reacción contiene igual masa hasta los límites de precisión de análisis. Se han identificado otras contribuciones de este gran científico que escapan al propósito de este trabajo. Debido a sus múltiples aportaciones al desarrollo de la ciencia, especialmente en la química, tiene méritos suficientes para que se le considere como el fundador de la química moderna. Insólitamente y en uno de los procesos más infames que registra la historia científica, Lavoisier fue guillotinado en una plaza pública y ante una numerosa concurrencia durante la Revolución Francesa en 1794 (Favor leer más detalles en la Guía de Estudio).
7. La hipótesis de proporciones constantes
La hipótesis de las Proporciones Constantes es una de las que se consideran fundamentales en las ciencias químicas. No fue aceptada sin antes encontrar bastante oposición. Esta hipótesis fue expresada en 1797 por Joseph Louis Proust exponiendo que al formarse un compuesto siempre se combinarán las mismas substancias en la misma proporción por peso. Proust concluyó que la razón de combinación de los constituyentes de un compuesto está determinada por la ley natural, y no por la libertad del químico de mezclar cualesquiera cantidades de los constituyentes.
En 1801, Claude Berthollet publicó un tratado titulado Investigaciones sobre las leyes de la Afinidad Química, donde concluye que la composición de los compuestos puede variar dentro de ciertos límites. Las razones presentadas por Berthollet, contra la hipótesis de Proporciones Constantes o Definidas fueron las siguientes:
1. Los metales, como cobre, estaño y plomo, al ser calentados al aire pueden absorber oxígeno continuamente en pro¬porciones que van aumentando hasta cierto límite superior fijo.
Se consigue de este modo una serie continua de óxidos, como es evidente en el caso del cobre, por las variaciones en el color.
2. El mercurio se disuelve en ácido nítrico absorbiendo oxígeno y formando una serie de sales de composiciones que varían en forma continua.
3. Las soluciones, las aleaciones y los vidrios son compuestos formados en proporciones indefinidas.
Berthollet tuvo que reconocer que en muchas de las transformaciones químicas se formaban substancias de composiciones definidas, pero consideraba esos casos como excepciones.
Ante tal situación, Proust presentó su defensa y argumentó:
Si 100 partes del carbonato natural de cobre producen 100 partes de carbonato artificial, debemos reconocer una mano invisible que maneja la balanza en la formación de los compuestos y les asigna propiedades de acuerdo con su voluntad. Debemos concluir que la naturaleza no actúa de modo distinto en las profundidades de la Tierra que en su superficie o en las manos del hombre. Estas proporciones fijas, esas propiedades constantes que caracterizan los verdaderos compuestos, ya sean éstos productos de la naturaleza o del hombre; la modificación de todo esto, digo, está tan fuera del alcance de los químicos como lo están las leyes que rigen todas las combinaciones químicas.
De estas consideraciones, ¿no estamos en lo cierto al creer que el carbonato natural de cobre no diferirá nunca de aquel que es producto de la imitación de la naturaleza por el hombre? ¿Hay alguna diferencia entre el carbonato de soda de origen natural y el artificial que se obtiene en el laboratorio? No. ¿Por qué entonces deberá haber dife¬rencia entre aquellos de cobre o de otros metales?
Pero, ¿qué diferencia reconoce usted entre las combinaciones químicas y esa colección de combinaciones que la naturaleza no ha unido en ninguna proporción fija, de acuerdo con su criterio? ¿Es acaso que son diferentes entre sí el poder que hace que un metal se disuelva en azufre y el que hace que un sulfuro metálico se disuelva en otro? No me apresuro a contestar esta pregunta, por pertinente que ella sea, pues temo extraviarme en una región aún no suficientemente iluminada por hechos científicos. Pero, de todos modos, creo que la distinción que hago entre esos dos poderes podrá apreciarse bien cuando dice: ¿Es la atracción que hace que el azúcar se disuelva en agua la misma o diferente de la que hace que cantidades determinadas de carbono e hidrógeno se disuelvan en otra cantidad determinada de oxígeno para formar el azúcar en las plantas? Pero de lo que nos damos cuenta perfectamente es de que esas dos atracciones son tan diferentes en sus resultados, que es imposible confundirlas entre sí.
Prost concluyó que:
1. Las substancias formadas al calentar los metales al aire eran mezclas de un número pequeño de óxidos definidos.
2. Las sales de mercurio eran mezclas de dos compuestos definidos.
Proust distinguió cuidadosamente entre mezclas y compues¬tos, pero dejó el asunto de las soluciones en manos de futuros investigadores. Esta controversia entre los dos famosos químicos propició el desarrollo de la química porque contribuyó a:
1. definir en forma clara y precisa un compuesto quí¬mico distinguiéndolo de una mezcla.
2. obtener una gran cantidad de información analítica de compuestos químicos para justificar posiciones en la controversia.
UN NUEVO SISTEMA DE FILOSOFIA QUIMICA
Por: JOHN DALTON (1766-1844)
SOBRE LA CONSTITUCIÓN DE LOS CUERPOS
Se distinguen tres clases de cuerpos, o tres estados, que han llamado mucho la atención de los filósofos químicos. Aquellos que se conocen por los términos fluidos elásticos, líquidos y sólidos. Un caso muy común es el del agua, un cuerpo que bajo ciertas circunstancias es capaz de adoptar los tres estados. En el vapor de agua reconocemos un fluido perfectamente elástico; en el agua, un líquido perfecto, y en el hielo, un sólido completo. Estas observaciones nos han llevado a la siguiente conclusión: “todos los cuerpos de magnitud perceptible, sean líquidos o sólidos, están constituidos de un número inmenso de partículas extremadamente pequeñas (átomos de materia), mantenidas juntas por una fuerza de atracción que es más o menos poderosa, de acuerdo con las circunstancias”. Cuando dicha fuerza trata de evitar la separación de las partículas se le ha llamado atracción de cohesión; pero cuando las recoge de un estado disperso (como del vapor de agua al agua líquida), se le llama atracción de agregación. Sean cuales fueren los nombres que se le puedan dar, siempre se referirán a la misma fuerza. No son mis planes cuestionar esta conclusión, que parece completamente satisfactoria, sino demostrar que hasta ahora no hemos hecho uso de ella y como consecuencia hemos obtenido una visión muy obscura de la química, la cual diariamente aumenta en proporción a los conocimientos adquiridos sobre esta materia.
La opinión a la que principalmente aludo, son aquellas de Berthollet sobre las Leyes de Afinidad Química; según las cuales la interacción química es proporcional a la masa, y que en toda unión química existe una insensible gradación en las proporciones de los principios de constitución. La inconsistencia de estas opiniones, tanto con la razón como con las observaciones, no pueden fallar en asombrar a todo aquel que tenga un punto de vista apropiado del fenómeno.
¿Son las partículas fundamentales de un cuerpo, como el agua, todas semejantes, es decir, de una misma forma, de un mismo peso, etc.? Esto es una pregunta de importancia. De lo que se sabe, no tenemos razón para sospechar una variedad en estos aspectos, porque si existe dicha variedad en las partículas fundamentales del agua, también debe existir en los elementos (hidrógeno y oxígeno) que la constituyen. Ahora bien, es casi imposible concebir que los agregados de partículas diferentes puedan ser tan uniformemente iguales. Si algunas de las partículas del agua fueran más pesadas que las otras, y si una porción del agua, en alguna ocasión, estuviera constituida principalmente de estas partículas más pesadas, debería suponerse que el peso específico del agua se afectaría, una circunstancia no conocida. Observaciones similares pueden hacerse en otras substancias. Por lo tanto, podemos concluir que las partículas fundamentales de todo cuerpo homogéneo son perfectamente semejantes en peso, forma, etc. En otras palabras, cada partícula de agua es como toda otra partícula de agua; cada partícula de hidrógeno es como toda otra partícula de hidrógeno, etc.
Además de la fuerza de atracción, que en una forma u otra pertenece universalmente a todos los cuerpos ponderables, encontramos otra fuerza que es igualmente universal, o que actúa sobre toda la materia que está bajo nuestro conocimiento: la fuerza de repulsión. Ahora bien, esta fuerza se atribuye generalmente, y yo creo que correctamente al calor. Una atmósfera de este fluido sutil rodea constantemente a los átomos de todos los cuerpos e impide que dichos átomos lleguen a un verdadero contacto. Esto parece probarse satisfactoriamente con la observación de que el volumen de un cuerpo disminuye al quitarle parte de su calor.
Capítulo III
SOBRE SÍNTESIS QUÍMICA
Cuando cualquier cuerpo existe en el estado elástico (gaseoso), sus partículas fundamentales están a una distancia mayor que en cualquier otro estado; cada partícula ocupa el centro de una esfera relativamente grande y mantiene su posición sosteniendo a las demás a una distancia adecuada, que tendería a disminuir por la fuerza de gravedad u otra razón. Tratar de concebir el número de partículas en la atmósfera es algo como tratar de concebir el número de estrellas en el universo; nos desconcierta la idea. Pero si limitamos el asunto tomando un volumen dado de cualquier gas, y dejamos que las divisiones sean pequeñísimas, el número de partículas será finito, al igual que en una porción del universo, el número de estrellas y planetas también será finito.
En la química, el análisis y la síntesis se limitan a la separación o combinación de las partículas, respectivamente. Ninguna nueva creación o destrucción de la materia está al alcance de la química. Tratar de crear o destruir una partícula de hidrógeno sería tan imposible como tratar de introducir un nuevo planeta o aniquilar uno ya en existencia. Todos los cambios (físicos y químicos) que podemos producir consisten en separar las partículas que están en un estado de cohesión o combinación y en unir a aquellas que estaban previamente a cierta distancia.
La determinación de los pesos relativos de los elementos que constituyen un compuesto ha sido debidamente considerada como asunto importante en todas las investigaciones químicas. Pero, desgraciadamente, la investigación ha terminado aquí, puesto que de los pesos relativos de las masas que reaccionan podrían haberse deducido los pesos relativos de las partículas fundamentales de los cuerpos que reaccionan, y de éstos se hubiera podido encontrar el número de átomos y el peso de los mismos en otros compuestos, ayudando así a guiar las futuras investigaciones y a corregir los resultados obtenidos. Ahora bien, un gran propósito de este trabajo es demostrar la importancia y la ventaja de determinar los pesos relativos de las partículas fundamentales de los cuerpos simples y de los cuerpos compuestos; el número de partículas simples elementales que constituyen una partícula compuesta y el número de partículas menos compuestas que forman parte de una partícula más compuesta.
Si hay dos cuerpos, A y B, dispuestos a combinarse, el orden en que las combinaciones pueden ocurrir, empezando con la más sencilla, es el que sigue:
1 átomo de A + 1 átomo de B = 1 átomo de C, binaria.
1 átomo de A + 2 átomos de B = 1 átomo de D, ternaria.
2 átomos de A + 1 átomo de B = 1 átomo de E, ternaria.
1 átomo de A + 3 átomos de B = 1 átomo de F, cuaternaria.
3 átomos de A + 1 átomo de B = 1 átomo de G, cuaternaria. Y así sucesivamente.
Las siguientes reglas generales se pueden adaptar como guías en todas nuestras investigaciones en relación a la síntesis química:
Cuando se puede obtener una sola combinación de dos cuerpos, debe suponerse que es binaria, a menos que por alguna causa parezca lo contrario.
Cuando se observan dos combinaciones debe suponerse que una sea binaria y la otra ternaria.
Cuando se obtienen tres combinaciones podemos esperar que una sea binaria y que las otras dos sean ternarias.
Cuando se observan cuatro combinaciones debemos esperar una binaria, dos ternarias y una cuaternaria, y así sucesivamente.
Un compuesto binario debe ser siempre de mayor peso específico que la mera mezcla de sus dos ingredientes.
Un compuesto ternario debe ser de mayor peso específico que la mezcla de uno binario y un elemento, que podrían, combinados, constituirlo; etc.
De igual manera, las reglas y observaciones anteriores se aplican también cuando dos cuerpos compuestos como C y D, D y E, etc., se combinan.
De la aplicación de estas reglas a los hechos químicos ya bien determinados, deducimos las siguientes conclusiones:
1. Que el agua es un compuesto binario de hidrógeno y oxígeno y los pesos relativos de sus dos átomos elementales guardan la razón de 1:7, aproximadamente.
2. Que el amoníaco es un compuesto binario de hidrógeno y nitrógeno y los pesos relativos de sus dos átomos guardan la razón de 1:5, aproximadamente.
3. a) que el gas nitroso es un compuesto binario de nitrógeno y oxígeno y los pesos relativos de sus dos átomos están en la razón 5:7, aproximadamente;
b) que el ácido nítrico puede ser un compuesto binario o ternario, según como se obtenga; que consiste de un átomo de nitrógeno y dos de oxígeno y su peso es 19;
c) que el óxido nitroso es un compuesto similar al ácido nítrico y consiste de un átomo de oxígeno y dos de nitrógeno y su peso es 17;
d) que el ácido nitroso es un compuesto binario de ácido nítrico y gas nitroso, y su peso es 31;
e) que el ácido oxinítrico es un compuesto binario de ácido nítrico y oxígeno, y su peso es 26.
4. a) que el óxido carbónico es un compuesto binario, que consiste de un átomo de carbono y uno de oxígeno, y su peso es 12, aproximadamente;
b) que el ácido carbónico es un compuesto ternario (pero algunas veces binario) que consiste de un átomo de carbono y dos de oxígeno y pesa 19; etc.
En todos estos casos, los pesos de los átomos simples o compuestos están expresados en relación al átomo de hidrógeno tomado como unidad.
De la novedad, así como de la importancia de las ideas sugeridas en este capítulo, se ha estimado conveniente dar una ilustración que muestre el modo de combinación en algunos de los casos más simples. Un círculo pequeño con alguna marca característica indica los elementos o átomos de los cuerpos que actualmente concebimos como simples; las combinaciones consisten en la yuxtaposición de dos o más de éstos; cuando tres o más partículas de los fluidos elásticos se combinan en una, es de suponerse que las partículas de la misma clase se repelen y por lo tanto, toman su posición según el caso.
SÍNTESIS QUÍMICA
Nombres y pesos relativos de los átomos simples y compuestos cuyos símbolos químicos aparecen en la página anterior.
FIGURA PESOS RELATIVOS FIGURA PESOS RELATIVOS
1. Hidrógeno 1 11. óxido de estroncio 46
2. Azoe(nitrógeno) 5 12. Barita 68
3. Carbono 5 13. Hierro 38
4. Oxígeno 7 14. Zinc 56
5. Fósforo 9 15. Cobre 56
6. Azufre 13 16. Plomo 95
7. Magnesio 20 17. Plata 100
8. Cal 23 18. Platino 100
9. Soda 28 19. Oro 140
10. Potasa 42 20. Mercurio 167
Átomos Compuestos
21. Un átomo de agua o de vapor de agua está compuesto de 1 de oxígeno y 1 de hidrógeno retenidos en contacto físico por una fuerte afinidad, y se supone que rodeados por una atmósfera común de calor; su peso relativo es: 8
22. Un átomo de amoniaco, compuesto de 1 de nitrógeno y 1 de hidrógeno, su peso es: 6
23. Un átomo de gas nitroso, compuesto de 1 de nitrógeno y 1 de oxígeno, su peso es: 12
24. Un átomo de gas olefiante, compuesto de 1 de carbono y 1 de hidrógeno, su peso es: 6
25. Un átomo de óxido carbónico, compuesto de 1 de carbono y 1 de oxígeno, su peso es: 12
26. Un átomo de óxido nitroso, compuesto de 2 de nitrógeno + 1 de oxígeno, su peso es: 17
27. Un átomo de ácido nítrico, compuesto de 1 de nitrógeno + 2 de oxígeno, su peso es: 19
28. Un átomo de ácido carbónico, compuesto de 1 de carbono + 2 de oxígeno, su peso es: 19
29. Un átomo de carburo de hidrógeno, compuesto de 1 de car¬bono + 2 de hidrógeno su peso es: 7
30. Un átomo de ácido oxinítrico, compuesto de 1 de nitrógeno + 3 de oxígeno su peso es: 26
31. Un átomo de ácido sulfúrico, compuesto de 1 de azufre + de oxígeno, su peso es: 34
32. Un átomo de sulfuro de hidrógeno, compuesto de 1 de azufre + 3 hidrógeno su peso es: 16
33. Un átomo de alcohol compuesto de 3 de carbono + 1 de hidrógeno su peso es: 16
34. Un átomo de ácido nitroso, compuesto de 1 de ácido nítrico + 1 de gas nitroso, su peso es: 31
35. Un átomo de ácido acetoso compuesto de 2 de carbono + 2 de agua, su peso es: 26
36. Un átomo de nitrato de amoníaco compuesto de 1 de ácido nítrico + 1 de amoníaco + de agua, su peso es: 33
37. Un átomo de azúcar, compuesto de 1 de a1cohol + 1 de ácido
carbónico su peso es: 35
CAPÍTULO V
COMPUESTOS DE DOS ELEMENTOS
Algunas personas acostumbran denominar “compuestos binarios” a aquellos de sólo dos elementos; por ejemplo; el gas nitroso, el óxido nitroso, el ácido nítrico, etc., en cada uno de los cuales sólo encontramos nitrógeno y oxígeno. Pero, es más consistente con nuestros propósitos restringir el término binario para indicar dos átomos; ternario, para indicar tres átomos, etc. Ya sean estos átomos elementales o compuestos; es decir, ya sean, átomos de cuerpos no descompuestos, como el hidrógeno y el oxígeno, o átomos de cuerpos compuestos, como el agua y el amoníaco.
En cada una de las secciones que aparecen a continuación consideraremos los compuestos de dos cuerpos elementales cualesquiera, empezando cada sección con los compuestos binarios, siguiendo luego con los ternarios, o por lo menos con aquellos que consisten de tres átomos (aunque pueden ser binarios en el sentido que nosotros usamos el término), y así sucesivamente, hasta las formas más complejas.
Al escribir estos artículos, he tratado de adoptar los nombres más comunes para los distintos cuerpos; pero si la doctrina aquí contenida se establece, es obvio que en algunos casos sería conveniente renovar la nomenclatura química.
Sección I
OXÍGENO CON HIDRÓGENO (agua)
Sabemos hoy día por métodos analíticos y sintéticos que este líquido, el más útil y abundante de todos en la Naturaleza, es un compuesto de dos elementos: oxígeno e hidrógeno.
En el 1783, Monge realizó el primer experimento en gran escala sobre la composición del agua; obtuvo ¼ lb de agua por la combustión del gas hidrógeno y observó las cantidades de hidrógeno y oxígeno que habían desaparecido. El resultado general sobre la composición del agua fue que 85 partes por peso de oxígeno se unieron a 15 de hidrógeno para formar 100 partes de agua. Lefèvre de Gineau y Lavoisier efectuaron experimentos para determinar la proporción por peso en que se encuentran los elementos que provienen de la descomposición del agua. Estos investigadores pasaron vapor de agua a través de un tubo caliente al rojo que contenía una cantidad de alambre de hierro dulce y encontraron que el oxígeno del vapor de agua se combinó con el hierro, y el hidrógeno se recogió en forma de gas. Tanto en la composición como en la descomposición del agua se encontró la misma proporción: 85 partes de oxígeno y 15 de hidrógeno.
En 1789, los químicos holandeses Dieman y Troostwyk lograron por primera vez descomponer el agua por medio de la electricidad. La composición del agua se muestra fácilmente con el eudiómetro de Volta, instrumento de suma importancia en las investigaciones concernientes a los fluidos elásticos, que consiste de un tubo graduado de vidrio, dentro del cual hay un alambre sellado herméticamente y otro alambre que se puede empujar hacia arriba por el tubo, hasta casi encontrar al primero, de manera que se pueda enviar una chispa eléctrica de un alambre al otro a través de cualquier porción de gas (o mezcla de gases) limitada por agua o mercurio. Como el extremo del tubo está sumergido en un líquido y no hay comunicación con el aire externo, al ocurrir una explosión, el cambio producido se puede determinar.
Habiéndose establecido claramente cuáles son los componentes del agua, es importante determinar con tanta precisión como sea posible los pesos relativos de los dos elementos que constituyen ese líquido. Los resultados medios de los análisis y síntesis fueron 85 partes de oxígeno y 15 de hidrógeno, que son generalmente aceptados. En este cálculo, la cantidad de hidrógeno está exagerada. Hay un informe excelente en el volumen 53 del Annal. de Chemie, 1805, de Humboldt y Gay-Lussac, sobre la proporción de oxígeno e hidrógeno en agua. De acuerdo con ellos, la cantidad de vapor acuoso que los fluidos elásticos contienen, por lo general, influirán en el peso del gas hidrógeno como para cambiar el resultado de Fourcroy y otros, de 85.7 partes de oxígeno y 14.3 de hidrógeno, a 87.4 partes de oxígeno y 12.6de hidrógeno. Su razonamiento me parece perfectamente satisfactorio. La razón de esos dos números es de 7 a 1, aproximadamente. Hay otra consideración que parece poner esta materia fuera de duda. En el eudiómetro de Volta, dos medidas de volúmenes de hidrógeno requieren sólo una de oxígeno para saturarlas. Ahora bien, los experimentos precisos de Cavendish y Lavoisier han demostrado que el oxígeno es casi 14 veces más denso que el hidrógeno. La coincidencia exacta de esto, con la conclusión deducida en el caso anterior, es una confirmación suficiente. Si, no obstante, alguien prefiere adoptar el cálculo común de 85 a 15, entonces la razón de los pesos atómicos relativos de oxígeno a hidrógeno será como 5 1/2 a 1; esto requeriría que el oxígeno fuera solamente 11 1/3 veces más pesado que el hidrógeno en vez de 14 veces.
Una vez determinados los pesos absolutos1 del hidrógeno y del oxígeno que componen el agua, se pueden investigar sus pesos atómicos relativos. Como se conoce con certeza sólo un compuesto de hidrógeno y oxígeno, de acuerdo con la primera regla mencionada en el capítulo III, el agua debe considerarse como un compuesto binario: un átomo de oxígeno se une a un átomo de hidrógeno para formar un átomo de agua. Por lo tanto, los pesos relativos de los átomos de hidrógeno y oxígeno guardan la razón de 1 : 7.
Se puede corroborar la conclusión anterior con otras consideraciones. Sean las que fueren las proporciones en que el hidrógeno y el oxígeno se mezclen, ya sea 20 medidas de oxígeno a 2 de hidrógeno, o 20 de hidrógeno a 2 de oxígeno, cuando se pasa una corriente eléctrica y se produce una chispa, siempre se formará agua por la unión de 2 medidas de hidrógeno con 1 de oxígeno y el exceso de gas permanece inalterado. Por otra parte, cuando se descompone el agua por medio de la electricidad, o por medio de otros agentes, sólo se obtienen los elementos hidrógeno y oxígeno. Además, todos los otros compuestos que contienen a estos dos elementos justificarán la misma conclusión.
Después de todo, se debe admitir la posibilidad de que el agua sea un compuesto ternario. En este caso, si dos átomos de hidrógeno se unen con un átomo de oxígeno, un átomo de oxígeno debe pesar 14 veces tanto como un átomo de hidrógeno; si dos átomos de oxígeno se unen con un átomo de hidrógeno, un átomo de oxígeno debe pesar 3 ½ veces lo que pese un átomo de hidrógeno.
Sección 2
Oxígeno con Nitrógeno
Los compuestos de oxígeno con nitrógeno hasta ahora descubiertos son cinco y pueden distinguirse por los siguientes nombres: gas nitroso, ácido nítrico, óxido nitroso, ácido nitroso y ácido oxinítrico. Al escribir sobre ellos, se ha acostumbrado empezar con el que contiene menos oxígeno (el óxido nitroso) y tomar los demás en el orden en que contienen más oxígeno. Nuestro plan requiere un principio de distribución diferente: empezar con el más simple, o sea, con el que consiste del menor número de partículas elementales, comúnmente un compuesto binario; y luego seguir con el ternario y otros compuestos más complejos. De acuerdo con este principio, se hace necesario determinar, si se puede, cuál de los compuestos mencionados es un compuesto binario. Si los pesos específicos de los dos gases simples son indicativos del peso de sus átomos, debemos concluir que un átomo de nitrógeno y uno de oxígeno guardan la razón de 6:7, aproximadamente. El amoníaco y el agua son ejemplos que también favorecen esa razón. Pero, el mejor criterio se obtiene al comparar los pesos específicos de los gases compuestos. El peso específico menor es el del gas nitroso; esto indica que es un compuesto binario. El óxido nitroso y el ácido nítrico son ambos mucho más pesados que el gas nitroso; esto indica que son compuestos ternarios. El ácido nítrico es más pesado que el óxido nitroso; por lo tanto, el oxígeno abunda más en su composición. Veamos ahora hasta dónde los hechos ya conocidos corroboran estas observaciones.
De acuerdo con Cavendish y Davy, quienes son las mejores autoridades con que contamos, estos compuestos están constituidos como sigue:
comp. PESO % %
ESPECÍFICO N O Razón Investigador
Gas nitroso 1.102 46.6 53.4 6.1 : 7 Davy
‘’ ‘’ 44.2 55.8 5.5 : 7 Davy
‘’ ‘’ 42.3 57.7 5.1 : 7 Davy
Oxido nitroso 1.614 63.5 36.5 2X6.1 : 7 Davy
‘’ ‘’ 62.0 38.0 2X5.7 : 7 Davy
‘’ ‘’ 61.0 39.0 2X5.4 : 7 Davy
Acido nítrico 2.444 29.5 70.5 5.8 : 7X2 Davy
‘’ ‘’ 29.6 70.4 5.9 : 7X2 Cavendish
‘’ ‘’ 28.0 72.0 5.4 : 7X2 Cavendish
Esta tabla está tomada principalmente de las investigaciones de Davy, donde aparecen dos o más resultados bajo el mismo ejemplo, estos se han derivado por diferentes modos de análisis. Esta tabla corrobora de una manera asombrosa los puntos de vista teóricos mencionados anteriormente. El peso de un átomo de nitrógeno parece estar entre 5.4 y 6.1, y es digno de atención que la teoría no difiere más de los experimentos que lo que ellos difieren uno del otro; en otras palabras, el peso medio de un átomo de nitrógeno derivado de los experimentos mencionados podría ajustarse tanto a la teoría como a los experimentos. El peso medio de un átomo de nitrógeno es aproximadamente 5.6, al que todos los demás se pueden ajustar. Tendríamos, por consiguiente, que un átomo de gas nitroso pesaría 12.6, y estaría compuesto de un átomo de nitrógeno y uno de oxígeno; que un átomo de óxido nitroso pesaría 18.2, y estaría compuesto de dos átomos de nitrógeno y uno de oxígeno; y que un átomo de ácido nítrico pesaría 19.6 y estaría compuesto de un átomo de nitrógeno y dos átomos de oxígeno. El peso de un átomo de oxígeno tampoco tiene influencia alguna sobre la teoría de estos compuestos, pues es obvio que si el oxígeno se tomara como 3, 10, o cualquier otro número, todavía la razón entre los pesos atómicos relativos del nitrógeno y del oxígeno en los compuestos seguiría siendo la misma; la única diferencia sería que el peso relativo de un átomo de nitrógeno subiría o bajaría en proporción con el peso relativo de un átomo de oxígeno.
He sido solícito en presentar este punto de vista teórico en relación a los compuestos de nitrógeno y oxígeno, según proviene de las experiencias de otros y no según la mía, porque no habiendo tenido puntos de vista teóricos similares a los míos, los autores no lo hubieran favorecido derivando los resultados mencionados, si éstos no hubiesen estado conforme a la observación verdadera.
EN RELACIÓN AL TAMAÑO RELATIVO DE LOS ÁTOMOS
Un fluido elástico puro es aquel que consiste de partículas todas iguales entre sí; por ejemplo, el vapor de agua, el gas hidrógeno, el gas oxígeno, el gas nitrógeno y otros. Estos fluidos se componen de partículas que poseen unas atmósferas difusas de calor cuyo volumen es a menudo 1,000 ó 2,000 veces el volumen de la partícula del fluido cuando éste se encuentra líquido o en estado sólido.
Sea cual fuere la forma del átomo sólido, e hipotéticamente aislado, cuando está rodeado de dicha atmósfera su forma debe ser globular. Y, como todos los glóbulos en cualquier volumen pequeño están sometidos a la misma presión, los glóbulos deben ser iguales en volumen y, por lo tanto, se acomodarán en capas horizontales, al igual que un montón de balas de cañon de igual tamaño. Un volumen de fluido elástico se expande siempre que se le reduce la presión, lo cual prueba que la fuerza de repulsión en el caso de los fluidos elásticos excede la de atracción.
Un recipiente lleno de cualquier fluido elástico puro presenta a nuestra imaginación un retrato similar al de un recipiente lleno de un montón de pequeñas balas de igual tamaño, según ya he dicho. Pero, las partículas del fluido elástico difieren de las pequeñas balas, en que cada una de las partículas consiste de un átomo pequeño y central, rodeado de una atmósfera de calor de mayor densidad en la región inmediata al átomo, pero cuya densidad disminuye de acuerdo con la distancia, mientras que las partículas del montón de balas son glóbulos de densidad uniforme.
Cuando expandimos cualquier volumen dado de fluido elástico, sin alterar su temperatura, sus partículas se agrandan sin que haya cambio alguno en la cantidad de calor que tenían. En consecuencia, la densidad de las atmósferas de calor debe fluctuar de acuerdo con la presión del gas.
Algunos fluidos elásticos, como el hidrógeno, oxígeno, etc, resisten cualquier presión a la que sean sometidos. En tal caso, es evidente que la fuerza de repulsión del calor es más que un aparear entre la afinidad de las partículas y la presión externa ejercida.
Hasta que punto esto puede continuar, no sabemos; pero por analogía podemos esperar que aún a presiones mayores podría triunfar en darle a la fuerza atractiva la superioridad, cuando el estado de fluido elástico se convierte en líquido o sólido. En otros fluidos elásticos, como el vapor, después de la aplicación de compresión hasta cierto grado, la elasticidad cesa completamente, las partículas se agrupan en pequeñas gotas y caen. Este fenómeno requiere explicación.
De la transición abrupta de un volumen de vapor desde 1700 unidades a 1, sin ningún aumento significativo en la presión, uno podría inclinarse a pensar que la condensación es como la ruptura de un resorte, y no como la curvatura del mismo. Esto último, sin embargo, creo que es el hecho. La condensación surge de la acción de la afinidad superando la acción del calor, pero no debilitándola. Según la aproximación de las partículas va ocurriendo, la repulsión aumenta por la condensación del calor, pero su afinidad aumenta, y parece que en una razón mayor, cuando la aproximación ha alcanzado cierto grado, entonces surge un equilibrio entre estos dos poderes, el líquido, agua, es el resultado.
La constitución de un líquido, como agua, debe ser, entonces concebida como el producto de un agregado de partículas, ejerciendo en su más poderosa manifestación las fuerzas de atracción y repulsión, pero casi al mismo grado.
Al continuar mis investigaciones sobre la naturaleza de los fluidos elásticos me di cuenta que era necesario averiguar si los átomos o partículas fundamentales de los diferentes gases son del mismo tamaño o volumen, en iguales condiciones de temperatura y presión.
Por el tamaño o volumen de una partícula fundamental quiero decir el espacio que ellas ocupan cuando la materia se halla en estado de un fluido elástico puro. En este sentido, el volumen de la partícula fundamental o átomo se refiere al volumen del supuesto átomo sólido impenetrable conjuntamente con el volumen de la atmósfera repelente de calor que lo rodea. Me convencí de que los diferentes gases no tienen sus partículas de igual tamaño en condiciones iguales de temperatura y presión por las razones que siguen. En primer lugar, si dos gases distintos tuviesen sus partículas fundamentales del mismo tamaño, o, lo que es lo mismo, que en iguales volúmenes a iguales condiciones de temperatura y presión hubiese igual número de partículas de cada gas, entonces las densidades de los gases deberían guardar la misma razón que la razón que guardan los pesos de sus partículas fundamentales. Así, pues, si dos gases, A y B, tienen el mismo número de partículas N en unidad de volumen, y si WA y W B representan los pesos de los átomos de cada gas, respectivamente, entonces el peso en unidad de volumen de cada gas, es decir, la densidad (D) de cada gas, podría expresarse como: DA = NWA ; DB = NWB.
Y, por lo tanto,
Pero esta relación no es verdadera, puesto que las partícu¬las fundamentales del vapor de agua son, en verdad, más pesa¬das que las del oxígeno, y, sin embargo, la densidad del vapor de agua es menor que la densidad del oxígeno. De manera si¬milar, el gas amoníaco que se forma por la combinación de los gases hidrógeno y nitrógeno es menos denso que el gas nitrógeno.
En segundo lugar, examinemos los volúmenes relativos de combinación de ciertos gases. Si, por ejemplo, iguales volúmenes de nitrógeno y de oxígeno se mezclan, y al instante se combinan químicamente, se formarán aproximadamente dos volúmenes de gas nitroso, a iguales condiciones de temperatura y presión que las de la mezcla de nitrógeno y oxígeno antes de la reacción. El peso del gas nitroso sería la suma de los pesos de los dos gases que se combinaron, pero el número de partículas fundamentales del gas nitroso podría ser, a lo sumo, la mitad del número total de partículas que había antes de la unión química. Es decir, si el gas nitroso es un compuesto binario, N átomos de nitrógeno se combinan con N átomos de oxígeno para reaccionar químicamente y formar N átomos de gas nitroso. Por lo tanto,
1 partícula + 1 partícula → 1 partícula de
de oxígeno de nitrógeno gas nitroso
Pero se sabe, por los experimentos, que las N partículas del gas nitroso (que se encuentra en iguales condiciones de temperatura y presión que la mezcla antes de reaccionar) ocupan un volumen igual a casi el doble del volumen que ocupan las N partículas de nitrógeno o del que ocupan las N partículas de oxígeno, lo cual podríamos ilustrar así:
1 volumen de nitrógeno + 1 volumen de oxígeno 2 volúmenes de gas nitroso
Por lo tanto, las partículas del gas nitroso tienen que ser más grandes que las del nitrógeno o que las del oxígeno.
La formación del vapor de agua es otro ejemplo de este razonamiento. Dos volúmenes de hidrógeno requieren un sólo volumen de oxígeno para formar vapor de agua sin que sobre ninguno de los ingredientes después del cambio químico. El volumen de vapor de agua que se produce es casi igual al volumen del hidrógeno y al doble del volumen de oxígeno. Si el vapor de agua es un compuesto binario, sus partículas fundamentales serán más grandes que las partículas fundamentales del oxígeno.
Probablemente, pues, no hay dos fluidos elásticos que ten¬gan un número igual de partículas en iguales volúmenes. Lo siguiente puede aceptarse como un principio hasta que surja alguna razón que lo contradiga.
Cada variedad de fluidos elásticos puros tienen sus partículas en forma globular y del mismo tamaño; no hay ni tan siquiera dos fluidos elásticos puros distintos que tengan sus partículas de igual tamaño estando ambos fluidos en iguales condiciones de temperatura y presión.
SOBRE LA CONSTITUCIÓN DE LOS CUERPOS
Se distinguen tres clases de cuerpos, o tres estados, que han llamado mucho la atención de los filósofos químicos. Aquellos que se conocen por los términos fluidos elásticos, líquidos y sólidos. Un caso muy común es el del agua, un cuerpo que bajo ciertas circunstancias es capaz de adoptar los tres estados. En el vapor de agua reconocemos un fluido perfectamente elástico; en el agua, un líquido perfecto, y en el hielo, un sólido completo. Estas observaciones nos han llevado a la siguiente conclusión: “todos los cuerpos de magnitud perceptible, sean líquidos o sólidos, están constituidos de un número inmenso de partículas extremadamente pequeñas (átomos de materia), mantenidas juntas por una fuerza de atracción que es más o menos poderosa, de acuerdo con las circunstancias”. Cuando dicha fuerza trata de evitar la separación de las partículas se le ha llamado atracción de cohesión; pero cuando las recoge de un estado disperso (como del vapor de agua al agua líquida), se le llama atracción de agregación. Sean cuales fueren los nombres que se le puedan dar, siempre se referirán a la misma fuerza. No son mis planes cuestionar esta conclusión, que parece completamente satisfactoria, sino demostrar que hasta ahora no hemos hecho uso de ella y como consecuencia hemos obtenido una visión muy obscura de la química, la cual diariamente aumenta en proporción a los conocimientos adquiridos sobre esta materia.
La opinión a la que principalmente aludo, son aquellas de Berthollet sobre las Leyes de Afinidad Química; según las cuales la interacción química es proporcional a la masa, y que en toda unión química existe una insensible gradación en las proporciones de los principios de constitución. La inconsistencia de estas opiniones, tanto con la razón como con las observaciones, no pueden fallar en asombrar a todo aquel que tenga un punto de vista apropiado del fenómeno.
¿Son las partículas fundamentales de un cuerpo, como el agua, todas semejantes, es decir, de una misma forma, de un mismo peso, etc.? Esto es una pregunta de importancia. De lo que se sabe, no tenemos razón para sospechar una variedad en estos aspectos, porque si existe dicha variedad en las partículas fundamentales del agua, también debe existir en los elementos (hidrógeno y oxígeno) que la constituyen. Ahora bien, es casi imposible concebir que los agregados de partículas diferentes puedan ser tan uniformemente iguales. Si algunas de las partículas del agua fueran más pesadas que las otras, y si una porción del agua, en alguna ocasión, estuviera constituida principalmente de estas partículas más pesadas, debería suponerse que el peso específico del agua se afectaría, una circunstancia no conocida. Observaciones similares pueden hacerse en otras substancias. Por lo tanto, podemos concluir que las partículas fundamentales de todo cuerpo homogéneo son perfectamente semejantes en peso, forma, etc. En otras palabras, cada partícula de agua es como toda otra partícula de agua; cada partícula de hidrógeno es como toda otra partícula de hidrógeno, etc.
Además de la fuerza de atracción, que en una forma u otra pertenece universalmente a todos los cuerpos ponderables, encontramos otra fuerza que es igualmente universal, o que actúa sobre toda la materia que está bajo nuestro conocimiento: la fuerza de repulsión. Ahora bien, esta fuerza se atribuye generalmente, y yo creo que correctamente al calor. Una atmósfera de este fluido sutil rodea constantemente a los átomos de todos los cuerpos e impide que dichos átomos lleguen a un verdadero contacto. Esto parece probarse satisfactoriamente con la observación de que el volumen de un cuerpo disminuye al quitarle parte de su calor.
Capítulo III
SOBRE SÍNTESIS QUÍMICA
Cuando cualquier cuerpo existe en el estado elástico (gaseoso), sus partículas fundamentales están a una distancia mayor que en cualquier otro estado; cada partícula ocupa el centro de una esfera relativamente grande y mantiene su posición sosteniendo a las demás a una distancia adecuada, que tendería a disminuir por la fuerza de gravedad u otra razón. Tratar de concebir el número de partículas en la atmósfera es algo como tratar de concebir el número de estrellas en el universo; nos desconcierta la idea. Pero si limitamos el asunto tomando un volumen dado de cualquier gas, y dejamos que las divisiones sean pequeñísimas, el número de partículas será finito, al igual que en una porción del universo, el número de estrellas y planetas también será finito.
En la química, el análisis y la síntesis se limitan a la separación o combinación de las partículas, respectivamente. Ninguna nueva creación o destrucción de la materia está al alcance de la química. Tratar de crear o destruir una partícula de hidrógeno sería tan imposible como tratar de introducir un nuevo planeta o aniquilar uno ya en existencia. Todos los cambios (físicos y químicos) que podemos producir consisten en separar las partículas que están en un estado de cohesión o combinación y en unir a aquellas que estaban previamente a cierta distancia.
La determinación de los pesos relativos de los elementos que constituyen un compuesto ha sido debidamente considerada como asunto importante en todas las investigaciones químicas. Pero, desgraciadamente, la investigación ha terminado aquí, puesto que de los pesos relativos de las masas que reaccionan podrían haberse deducido los pesos relativos de las partículas fundamentales de los cuerpos que reaccionan, y de éstos se hubiera podido encontrar el número de átomos y el peso de los mismos en otros compuestos, ayudando así a guiar las futuras investigaciones y a corregir los resultados obtenidos. Ahora bien, un gran propósito de este trabajo es demostrar la importancia y la ventaja de determinar los pesos relativos de las partículas fundamentales de los cuerpos simples y de los cuerpos compuestos; el número de partículas simples elementales que constituyen una partícula compuesta y el número de partículas menos compuestas que forman parte de una partícula más compuesta.
Si hay dos cuerpos, A y B, dispuestos a combinarse, el orden en que las combinaciones pueden ocurrir, empezando con la más sencilla, es el que sigue:
1 átomo de A + 1 átomo de B = 1 átomo de C, binaria.
1 átomo de A + 2 átomos de B = 1 átomo de D, ternaria.
2 átomos de A + 1 átomo de B = 1 átomo de E, ternaria.
1 átomo de A + 3 átomos de B = 1 átomo de F, cuaternaria.
3 átomos de A + 1 átomo de B = 1 átomo de G, cuaternaria. Y así sucesivamente.
Las siguientes reglas generales se pueden adaptar como guías en todas nuestras investigaciones en relación a la síntesis química:
Cuando se puede obtener una sola combinación de dos cuerpos, debe suponerse que es binaria, a menos que por alguna causa parezca lo contrario.
Cuando se observan dos combinaciones debe suponerse que una sea binaria y la otra ternaria.
Cuando se obtienen tres combinaciones podemos esperar que una sea binaria y que las otras dos sean ternarias.
Cuando se observan cuatro combinaciones debemos esperar una binaria, dos ternarias y una cuaternaria, y así sucesivamente.
Un compuesto binario debe ser siempre de mayor peso específico que la mera mezcla de sus dos ingredientes.
Un compuesto ternario debe ser de mayor peso específico que la mezcla de uno binario y un elemento, que podrían, combinados, constituirlo; etc.
De igual manera, las reglas y observaciones anteriores se aplican también cuando dos cuerpos compuestos como C y D, D y E, etc., se combinan.
De la aplicación de estas reglas a los hechos químicos ya bien determinados, deducimos las siguientes conclusiones:
1. Que el agua es un compuesto binario de hidrógeno y oxígeno y los pesos relativos de sus dos átomos elementales guardan la razón de 1:7, aproximadamente.
2. Que el amoníaco es un compuesto binario de hidrógeno y nitrógeno y los pesos relativos de sus dos átomos guardan la razón de 1:5, aproximadamente.
3. a) que el gas nitroso es un compuesto binario de nitrógeno y oxígeno y los pesos relativos de sus dos átomos están en la razón 5:7, aproximadamente;
b) que el ácido nítrico puede ser un compuesto binario o ternario, según como se obtenga; que consiste de un átomo de nitrógeno y dos de oxígeno y su peso es 19;
c) que el óxido nitroso es un compuesto similar al ácido nítrico y consiste de un átomo de oxígeno y dos de nitrógeno y su peso es 17;
d) que el ácido nitroso es un compuesto binario de ácido nítrico y gas nitroso, y su peso es 31;
e) que el ácido oxinítrico es un compuesto binario de ácido nítrico y oxígeno, y su peso es 26.
4. a) que el óxido carbónico es un compuesto binario, que consiste de un átomo de carbono y uno de oxígeno, y su peso es 12, aproximadamente;
b) que el ácido carbónico es un compuesto ternario (pero algunas veces binario) que consiste de un átomo de carbono y dos de oxígeno y pesa 19; etc.
En todos estos casos, los pesos de los átomos simples o compuestos están expresados en relación al átomo de hidrógeno tomado como unidad.
De la novedad, así como de la importancia de las ideas sugeridas en este capítulo, se ha estimado conveniente dar una ilustración que muestre el modo de combinación en algunos de los casos más simples. Un círculo pequeño con alguna marca característica indica los elementos o átomos de los cuerpos que actualmente concebimos como simples; las combinaciones consisten en la yuxtaposición de dos o más de éstos; cuando tres o más partículas de los fluidos elásticos se combinan en una, es de suponerse que las partículas de la misma clase se repelen y por lo tanto, toman su posición según el caso.
SÍNTESIS QUÍMICA
Nombres y pesos relativos de los átomos simples y compuestos cuyos símbolos químicos aparecen en la página anterior.
FIGURA PESOS RELATIVOS FIGURA PESOS RELATIVOS
1. Hidrógeno 1 11. óxido de estroncio 46
2. Azoe(nitrógeno) 5 12. Barita 68
3. Carbono 5 13. Hierro 38
4. Oxígeno 7 14. Zinc 56
5. Fósforo 9 15. Cobre 56
6. Azufre 13 16. Plomo 95
7. Magnesio 20 17. Plata 100
8. Cal 23 18. Platino 100
9. Soda 28 19. Oro 140
10. Potasa 42 20. Mercurio 167
Átomos Compuestos
21. Un átomo de agua o de vapor de agua está compuesto de 1 de oxígeno y 1 de hidrógeno retenidos en contacto físico por una fuerte afinidad, y se supone que rodeados por una atmósfera común de calor; su peso relativo es: 8
22. Un átomo de amoniaco, compuesto de 1 de nitrógeno y 1 de hidrógeno, su peso es: 6
23. Un átomo de gas nitroso, compuesto de 1 de nitrógeno y 1 de oxígeno, su peso es: 12
24. Un átomo de gas olefiante, compuesto de 1 de carbono y 1 de hidrógeno, su peso es: 6
25. Un átomo de óxido carbónico, compuesto de 1 de carbono y 1 de oxígeno, su peso es: 12
26. Un átomo de óxido nitroso, compuesto de 2 de nitrógeno + 1 de oxígeno, su peso es: 17
27. Un átomo de ácido nítrico, compuesto de 1 de nitrógeno + 2 de oxígeno, su peso es: 19
28. Un átomo de ácido carbónico, compuesto de 1 de carbono + 2 de oxígeno, su peso es: 19
29. Un átomo de carburo de hidrógeno, compuesto de 1 de car¬bono + 2 de hidrógeno su peso es: 7
30. Un átomo de ácido oxinítrico, compuesto de 1 de nitrógeno + 3 de oxígeno su peso es: 26
31. Un átomo de ácido sulfúrico, compuesto de 1 de azufre + de oxígeno, su peso es: 34
32. Un átomo de sulfuro de hidrógeno, compuesto de 1 de azufre + 3 hidrógeno su peso es: 16
33. Un átomo de alcohol compuesto de 3 de carbono + 1 de hidrógeno su peso es: 16
34. Un átomo de ácido nitroso, compuesto de 1 de ácido nítrico + 1 de gas nitroso, su peso es: 31
35. Un átomo de ácido acetoso compuesto de 2 de carbono + 2 de agua, su peso es: 26
36. Un átomo de nitrato de amoníaco compuesto de 1 de ácido nítrico + 1 de amoníaco + de agua, su peso es: 33
37. Un átomo de azúcar, compuesto de 1 de a1cohol + 1 de ácido
carbónico su peso es: 35
CAPÍTULO V
COMPUESTOS DE DOS ELEMENTOS
Algunas personas acostumbran denominar “compuestos binarios” a aquellos de sólo dos elementos; por ejemplo; el gas nitroso, el óxido nitroso, el ácido nítrico, etc., en cada uno de los cuales sólo encontramos nitrógeno y oxígeno. Pero, es más consistente con nuestros propósitos restringir el término binario para indicar dos átomos; ternario, para indicar tres átomos, etc. Ya sean estos átomos elementales o compuestos; es decir, ya sean, átomos de cuerpos no descompuestos, como el hidrógeno y el oxígeno, o átomos de cuerpos compuestos, como el agua y el amoníaco.
En cada una de las secciones que aparecen a continuación consideraremos los compuestos de dos cuerpos elementales cualesquiera, empezando cada sección con los compuestos binarios, siguiendo luego con los ternarios, o por lo menos con aquellos que consisten de tres átomos (aunque pueden ser binarios en el sentido que nosotros usamos el término), y así sucesivamente, hasta las formas más complejas.
Al escribir estos artículos, he tratado de adoptar los nombres más comunes para los distintos cuerpos; pero si la doctrina aquí contenida se establece, es obvio que en algunos casos sería conveniente renovar la nomenclatura química.
Sección I
OXÍGENO CON HIDRÓGENO (agua)
Sabemos hoy día por métodos analíticos y sintéticos que este líquido, el más útil y abundante de todos en la Naturaleza, es un compuesto de dos elementos: oxígeno e hidrógeno.
En el 1783, Monge realizó el primer experimento en gran escala sobre la composición del agua; obtuvo ¼ lb de agua por la combustión del gas hidrógeno y observó las cantidades de hidrógeno y oxígeno que habían desaparecido. El resultado general sobre la composición del agua fue que 85 partes por peso de oxígeno se unieron a 15 de hidrógeno para formar 100 partes de agua. Lefèvre de Gineau y Lavoisier efectuaron experimentos para determinar la proporción por peso en que se encuentran los elementos que provienen de la descomposición del agua. Estos investigadores pasaron vapor de agua a través de un tubo caliente al rojo que contenía una cantidad de alambre de hierro dulce y encontraron que el oxígeno del vapor de agua se combinó con el hierro, y el hidrógeno se recogió en forma de gas. Tanto en la composición como en la descomposición del agua se encontró la misma proporción: 85 partes de oxígeno y 15 de hidrógeno.
En 1789, los químicos holandeses Dieman y Troostwyk lograron por primera vez descomponer el agua por medio de la electricidad. La composición del agua se muestra fácilmente con el eudiómetro de Volta, instrumento de suma importancia en las investigaciones concernientes a los fluidos elásticos, que consiste de un tubo graduado de vidrio, dentro del cual hay un alambre sellado herméticamente y otro alambre que se puede empujar hacia arriba por el tubo, hasta casi encontrar al primero, de manera que se pueda enviar una chispa eléctrica de un alambre al otro a través de cualquier porción de gas (o mezcla de gases) limitada por agua o mercurio. Como el extremo del tubo está sumergido en un líquido y no hay comunicación con el aire externo, al ocurrir una explosión, el cambio producido se puede determinar.
Habiéndose establecido claramente cuáles son los componentes del agua, es importante determinar con tanta precisión como sea posible los pesos relativos de los dos elementos que constituyen ese líquido. Los resultados medios de los análisis y síntesis fueron 85 partes de oxígeno y 15 de hidrógeno, que son generalmente aceptados. En este cálculo, la cantidad de hidrógeno está exagerada. Hay un informe excelente en el volumen 53 del Annal. de Chemie, 1805, de Humboldt y Gay-Lussac, sobre la proporción de oxígeno e hidrógeno en agua. De acuerdo con ellos, la cantidad de vapor acuoso que los fluidos elásticos contienen, por lo general, influirán en el peso del gas hidrógeno como para cambiar el resultado de Fourcroy y otros, de 85.7 partes de oxígeno y 14.3 de hidrógeno, a 87.4 partes de oxígeno y 12.6de hidrógeno. Su razonamiento me parece perfectamente satisfactorio. La razón de esos dos números es de 7 a 1, aproximadamente. Hay otra consideración que parece poner esta materia fuera de duda. En el eudiómetro de Volta, dos medidas de volúmenes de hidrógeno requieren sólo una de oxígeno para saturarlas. Ahora bien, los experimentos precisos de Cavendish y Lavoisier han demostrado que el oxígeno es casi 14 veces más denso que el hidrógeno. La coincidencia exacta de esto, con la conclusión deducida en el caso anterior, es una confirmación suficiente. Si, no obstante, alguien prefiere adoptar el cálculo común de 85 a 15, entonces la razón de los pesos atómicos relativos de oxígeno a hidrógeno será como 5 1/2 a 1; esto requeriría que el oxígeno fuera solamente 11 1/3 veces más pesado que el hidrógeno en vez de 14 veces.
Una vez determinados los pesos absolutos1 del hidrógeno y del oxígeno que componen el agua, se pueden investigar sus pesos atómicos relativos. Como se conoce con certeza sólo un compuesto de hidrógeno y oxígeno, de acuerdo con la primera regla mencionada en el capítulo III, el agua debe considerarse como un compuesto binario: un átomo de oxígeno se une a un átomo de hidrógeno para formar un átomo de agua. Por lo tanto, los pesos relativos de los átomos de hidrógeno y oxígeno guardan la razón de 1 : 7.
Se puede corroborar la conclusión anterior con otras consideraciones. Sean las que fueren las proporciones en que el hidrógeno y el oxígeno se mezclen, ya sea 20 medidas de oxígeno a 2 de hidrógeno, o 20 de hidrógeno a 2 de oxígeno, cuando se pasa una corriente eléctrica y se produce una chispa, siempre se formará agua por la unión de 2 medidas de hidrógeno con 1 de oxígeno y el exceso de gas permanece inalterado. Por otra parte, cuando se descompone el agua por medio de la electricidad, o por medio de otros agentes, sólo se obtienen los elementos hidrógeno y oxígeno. Además, todos los otros compuestos que contienen a estos dos elementos justificarán la misma conclusión.
Después de todo, se debe admitir la posibilidad de que el agua sea un compuesto ternario. En este caso, si dos átomos de hidrógeno se unen con un átomo de oxígeno, un átomo de oxígeno debe pesar 14 veces tanto como un átomo de hidrógeno; si dos átomos de oxígeno se unen con un átomo de hidrógeno, un átomo de oxígeno debe pesar 3 ½ veces lo que pese un átomo de hidrógeno.
Sección 2
Oxígeno con Nitrógeno
Los compuestos de oxígeno con nitrógeno hasta ahora descubiertos son cinco y pueden distinguirse por los siguientes nombres: gas nitroso, ácido nítrico, óxido nitroso, ácido nitroso y ácido oxinítrico. Al escribir sobre ellos, se ha acostumbrado empezar con el que contiene menos oxígeno (el óxido nitroso) y tomar los demás en el orden en que contienen más oxígeno. Nuestro plan requiere un principio de distribución diferente: empezar con el más simple, o sea, con el que consiste del menor número de partículas elementales, comúnmente un compuesto binario; y luego seguir con el ternario y otros compuestos más complejos. De acuerdo con este principio, se hace necesario determinar, si se puede, cuál de los compuestos mencionados es un compuesto binario. Si los pesos específicos de los dos gases simples son indicativos del peso de sus átomos, debemos concluir que un átomo de nitrógeno y uno de oxígeno guardan la razón de 6:7, aproximadamente. El amoníaco y el agua son ejemplos que también favorecen esa razón. Pero, el mejor criterio se obtiene al comparar los pesos específicos de los gases compuestos. El peso específico menor es el del gas nitroso; esto indica que es un compuesto binario. El óxido nitroso y el ácido nítrico son ambos mucho más pesados que el gas nitroso; esto indica que son compuestos ternarios. El ácido nítrico es más pesado que el óxido nitroso; por lo tanto, el oxígeno abunda más en su composición. Veamos ahora hasta dónde los hechos ya conocidos corroboran estas observaciones.
De acuerdo con Cavendish y Davy, quienes son las mejores autoridades con que contamos, estos compuestos están constituidos como sigue:
comp. PESO % %
ESPECÍFICO N O Razón Investigador
Gas nitroso 1.102 46.6 53.4 6.1 : 7 Davy
‘’ ‘’ 44.2 55.8 5.5 : 7 Davy
‘’ ‘’ 42.3 57.7 5.1 : 7 Davy
Oxido nitroso 1.614 63.5 36.5 2X6.1 : 7 Davy
‘’ ‘’ 62.0 38.0 2X5.7 : 7 Davy
‘’ ‘’ 61.0 39.0 2X5.4 : 7 Davy
Acido nítrico 2.444 29.5 70.5 5.8 : 7X2 Davy
‘’ ‘’ 29.6 70.4 5.9 : 7X2 Cavendish
‘’ ‘’ 28.0 72.0 5.4 : 7X2 Cavendish
Esta tabla está tomada principalmente de las investigaciones de Davy, donde aparecen dos o más resultados bajo el mismo ejemplo, estos se han derivado por diferentes modos de análisis. Esta tabla corrobora de una manera asombrosa los puntos de vista teóricos mencionados anteriormente. El peso de un átomo de nitrógeno parece estar entre 5.4 y 6.1, y es digno de atención que la teoría no difiere más de los experimentos que lo que ellos difieren uno del otro; en otras palabras, el peso medio de un átomo de nitrógeno derivado de los experimentos mencionados podría ajustarse tanto a la teoría como a los experimentos. El peso medio de un átomo de nitrógeno es aproximadamente 5.6, al que todos los demás se pueden ajustar. Tendríamos, por consiguiente, que un átomo de gas nitroso pesaría 12.6, y estaría compuesto de un átomo de nitrógeno y uno de oxígeno; que un átomo de óxido nitroso pesaría 18.2, y estaría compuesto de dos átomos de nitrógeno y uno de oxígeno; y que un átomo de ácido nítrico pesaría 19.6 y estaría compuesto de un átomo de nitrógeno y dos átomos de oxígeno. El peso de un átomo de oxígeno tampoco tiene influencia alguna sobre la teoría de estos compuestos, pues es obvio que si el oxígeno se tomara como 3, 10, o cualquier otro número, todavía la razón entre los pesos atómicos relativos del nitrógeno y del oxígeno en los compuestos seguiría siendo la misma; la única diferencia sería que el peso relativo de un átomo de nitrógeno subiría o bajaría en proporción con el peso relativo de un átomo de oxígeno.
He sido solícito en presentar este punto de vista teórico en relación a los compuestos de nitrógeno y oxígeno, según proviene de las experiencias de otros y no según la mía, porque no habiendo tenido puntos de vista teóricos similares a los míos, los autores no lo hubieran favorecido derivando los resultados mencionados, si éstos no hubiesen estado conforme a la observación verdadera.
EN RELACIÓN AL TAMAÑO RELATIVO DE LOS ÁTOMOS
Un fluido elástico puro es aquel que consiste de partículas todas iguales entre sí; por ejemplo, el vapor de agua, el gas hidrógeno, el gas oxígeno, el gas nitrógeno y otros. Estos fluidos se componen de partículas que poseen unas atmósferas difusas de calor cuyo volumen es a menudo 1,000 ó 2,000 veces el volumen de la partícula del fluido cuando éste se encuentra líquido o en estado sólido.
Sea cual fuere la forma del átomo sólido, e hipotéticamente aislado, cuando está rodeado de dicha atmósfera su forma debe ser globular. Y, como todos los glóbulos en cualquier volumen pequeño están sometidos a la misma presión, los glóbulos deben ser iguales en volumen y, por lo tanto, se acomodarán en capas horizontales, al igual que un montón de balas de cañon de igual tamaño. Un volumen de fluido elástico se expande siempre que se le reduce la presión, lo cual prueba que la fuerza de repulsión en el caso de los fluidos elásticos excede la de atracción.
Un recipiente lleno de cualquier fluido elástico puro presenta a nuestra imaginación un retrato similar al de un recipiente lleno de un montón de pequeñas balas de igual tamaño, según ya he dicho. Pero, las partículas del fluido elástico difieren de las pequeñas balas, en que cada una de las partículas consiste de un átomo pequeño y central, rodeado de una atmósfera de calor de mayor densidad en la región inmediata al átomo, pero cuya densidad disminuye de acuerdo con la distancia, mientras que las partículas del montón de balas son glóbulos de densidad uniforme.
Cuando expandimos cualquier volumen dado de fluido elástico, sin alterar su temperatura, sus partículas se agrandan sin que haya cambio alguno en la cantidad de calor que tenían. En consecuencia, la densidad de las atmósferas de calor debe fluctuar de acuerdo con la presión del gas.
Algunos fluidos elásticos, como el hidrógeno, oxígeno, etc, resisten cualquier presión a la que sean sometidos. En tal caso, es evidente que la fuerza de repulsión del calor es más que un aparear entre la afinidad de las partículas y la presión externa ejercida.
Hasta que punto esto puede continuar, no sabemos; pero por analogía podemos esperar que aún a presiones mayores podría triunfar en darle a la fuerza atractiva la superioridad, cuando el estado de fluido elástico se convierte en líquido o sólido. En otros fluidos elásticos, como el vapor, después de la aplicación de compresión hasta cierto grado, la elasticidad cesa completamente, las partículas se agrupan en pequeñas gotas y caen. Este fenómeno requiere explicación.
De la transición abrupta de un volumen de vapor desde 1700 unidades a 1, sin ningún aumento significativo en la presión, uno podría inclinarse a pensar que la condensación es como la ruptura de un resorte, y no como la curvatura del mismo. Esto último, sin embargo, creo que es el hecho. La condensación surge de la acción de la afinidad superando la acción del calor, pero no debilitándola. Según la aproximación de las partículas va ocurriendo, la repulsión aumenta por la condensación del calor, pero su afinidad aumenta, y parece que en una razón mayor, cuando la aproximación ha alcanzado cierto grado, entonces surge un equilibrio entre estos dos poderes, el líquido, agua, es el resultado.
La constitución de un líquido, como agua, debe ser, entonces concebida como el producto de un agregado de partículas, ejerciendo en su más poderosa manifestación las fuerzas de atracción y repulsión, pero casi al mismo grado.
Al continuar mis investigaciones sobre la naturaleza de los fluidos elásticos me di cuenta que era necesario averiguar si los átomos o partículas fundamentales de los diferentes gases son del mismo tamaño o volumen, en iguales condiciones de temperatura y presión.
Por el tamaño o volumen de una partícula fundamental quiero decir el espacio que ellas ocupan cuando la materia se halla en estado de un fluido elástico puro. En este sentido, el volumen de la partícula fundamental o átomo se refiere al volumen del supuesto átomo sólido impenetrable conjuntamente con el volumen de la atmósfera repelente de calor que lo rodea. Me convencí de que los diferentes gases no tienen sus partículas de igual tamaño en condiciones iguales de temperatura y presión por las razones que siguen. En primer lugar, si dos gases distintos tuviesen sus partículas fundamentales del mismo tamaño, o, lo que es lo mismo, que en iguales volúmenes a iguales condiciones de temperatura y presión hubiese igual número de partículas de cada gas, entonces las densidades de los gases deberían guardar la misma razón que la razón que guardan los pesos de sus partículas fundamentales. Así, pues, si dos gases, A y B, tienen el mismo número de partículas N en unidad de volumen, y si WA y W B representan los pesos de los átomos de cada gas, respectivamente, entonces el peso en unidad de volumen de cada gas, es decir, la densidad (D) de cada gas, podría expresarse como: DA = NWA ; DB = NWB.
Y, por lo tanto,
Pero esta relación no es verdadera, puesto que las partícu¬las fundamentales del vapor de agua son, en verdad, más pesa¬das que las del oxígeno, y, sin embargo, la densidad del vapor de agua es menor que la densidad del oxígeno. De manera si¬milar, el gas amoníaco que se forma por la combinación de los gases hidrógeno y nitrógeno es menos denso que el gas nitrógeno.
En segundo lugar, examinemos los volúmenes relativos de combinación de ciertos gases. Si, por ejemplo, iguales volúmenes de nitrógeno y de oxígeno se mezclan, y al instante se combinan químicamente, se formarán aproximadamente dos volúmenes de gas nitroso, a iguales condiciones de temperatura y presión que las de la mezcla de nitrógeno y oxígeno antes de la reacción. El peso del gas nitroso sería la suma de los pesos de los dos gases que se combinaron, pero el número de partículas fundamentales del gas nitroso podría ser, a lo sumo, la mitad del número total de partículas que había antes de la unión química. Es decir, si el gas nitroso es un compuesto binario, N átomos de nitrógeno se combinan con N átomos de oxígeno para reaccionar químicamente y formar N átomos de gas nitroso. Por lo tanto,
1 partícula + 1 partícula → 1 partícula de
de oxígeno de nitrógeno gas nitroso
Pero se sabe, por los experimentos, que las N partículas del gas nitroso (que se encuentra en iguales condiciones de temperatura y presión que la mezcla antes de reaccionar) ocupan un volumen igual a casi el doble del volumen que ocupan las N partículas de nitrógeno o del que ocupan las N partículas de oxígeno, lo cual podríamos ilustrar así:
1 volumen de nitrógeno + 1 volumen de oxígeno 2 volúmenes de gas nitroso
Por lo tanto, las partículas del gas nitroso tienen que ser más grandes que las del nitrógeno o que las del oxígeno.
La formación del vapor de agua es otro ejemplo de este razonamiento. Dos volúmenes de hidrógeno requieren un sólo volumen de oxígeno para formar vapor de agua sin que sobre ninguno de los ingredientes después del cambio químico. El volumen de vapor de agua que se produce es casi igual al volumen del hidrógeno y al doble del volumen de oxígeno. Si el vapor de agua es un compuesto binario, sus partículas fundamentales serán más grandes que las partículas fundamentales del oxígeno.
Probablemente, pues, no hay dos fluidos elásticos que ten¬gan un número igual de partículas en iguales volúmenes. Lo siguiente puede aceptarse como un principio hasta que surja alguna razón que lo contradiga.
Cada variedad de fluidos elásticos puros tienen sus partículas en forma globular y del mismo tamaño; no hay ni tan siquiera dos fluidos elásticos puros distintos que tengan sus partículas de igual tamaño estando ambos fluidos en iguales condiciones de temperatura y presión.
Suscribirse a:
Entradas (Atom)