ELECTRICIDAD, CALOR Y REVOLUCIÓN QUÍMICA EN EL XVIII

Rolando Delgado Castillo y Francisco Arturo Ruiz Martínez

Universidad de Cienfuegos.


 

 

 

 

Al siglo XVIII se le conoce por el nombre de siglo de las luces. Semejante bautizo encuentra razón en el movimiento que invade a Europa en el terreno de las ideas, promoviendo la modernización y el rechazo a todo lo que representara el Antiguo Régimen.

 

Las monarquías, a tenor con estos nuevos aires, conducen las reformas financieras y educativas que caracterizan al despotismo ilustrado como  sistema de gobierno,  para continuar con el status quo de dominación clasista y perpetuación de sus privilegios económicos.

 

Por su parte la burguesía, aliada de los cambios que significaban el progreso social,  prosigue minando las bases del régimen monárquico. Con este propósito levanta las banderas del liberalismo político y económico y abraza como suyo el modelo racional empirista.

 

Esta atmósfera social unida a la crisis que se desarrolla hacia la segunda mitad del siglo provoca una oleada de movimientos revolucionarios que tiene su más alta expresión en la Revolución Francesa. El dominio colonial se estremece con la explosión de la Rebelión Haitiana, la Guerra de Independencia de las 13 Colonias, y la sublevación de Tupac Amaru en el Perú. Se asiste al comienzo de la llamada Era Moderna.

 

La segunda mitad del siglo XVIII es testigo de las innovaciones tecnológicas, principalmente la máquina de vapor de Watt (1769) y el telar mecánico de Cartwright (1783), que en el contexto económico favorable del Reino Unido provoca una transformación renovadora de la industria siderúrgica y textil conocida como Revolución Industrial.

 

La Revolución Industrial no sólo se caracterizó por los incrementos en la productividad derivados de la introducción de las innovaciones tecnológicas y de las mejoras organizativas del proceso productivo sino también por la creación de grandes empresas en escenarios geográficos concentrados lo que provocó oleadas migratorias desde el campo a la ciudad con la aparición de los barrios obreros y la hacinación de una mayoría de la nueva población urbana.

 


Imagen: www.umassd.edu/

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Desde fines del siglo anterior y principios del XVIII se viene gestando las invenciones de máquinas que aprovechan la energía del vapor para realizar el trabajo mecánico de extraer agua de las minas de carbón inglesas. El herrero Thomas Newcomen (1663 - 1729) se antecede a la Revolución Industrial cuando inventa su máquina de vapor atmosférica en 1705.   En 1763 James Watt (1736 - 1819), notable fabricante de instrumentos, asistente en la Universidad de Oxford,  al reparar una de las máquinas de Newcomen  aprecia las posibilidades de perfeccionar su eficiencia. Después de seis años de investigación, en 1769  patenta una máquina que superaba a las de su antecesor por su mayor rapidez en la

carrera del pistón y por ser mucho más económica en cuanto al consumo de combustible.  El propio Watt en 1781 ideó la forma de usar la máquina para hacer girar un eje y por lo tanto, abrir sus aplicaciones a muchos otros usos además del bombeo.


 

Otro signo de la época que debuta con la Revolución Industrial viene dado por el comienzo indiscriminado de la tala de los bosques europeos que prácticamente desaparecerán en el próximo siglo en búsqueda del más primitivo de los combustibles, la leña. La cultura del humo y la chimenea inaugura el proceso de contaminación atmosférica que marcaría el paisaje urbanístico de las grandes urbes nacientes, al tiempo que estrena la agresión despiadada del capitalismo irracional al entorno natural del hombre, con el exponencial crecimiento de las emisiones de los gases de la combustión.   

 

A partir de ahora una creciente interrelación se establece entre la tecnología y la ciencia, pero si al siglo pasado correspondió esencialmente la Revolución de la Mecánica, al siglo XVIII toca el cambio de paradigma en el ámbito de la Química.

 

El pensamiento enciclopédico signo de la época, y la etapa de naciente formación en las Ciencias tal vez explique la inclinación abarcadora de los científicos de la época. Los grandes matemáticos incursionan con frecuencia en el campo filosófico, se esfuerzan por explicar los fenómenos en su totalidad, e intentan construir los instrumentos matemáticos requeridos para la formalización de los experimentos en el campo de la Mecánica. Un notable exponente de esta corriente es la personalidad de Jean Le Ronde d’Alambert. Comienza a los 22 años su relevante producción científica con la publicación de “Memoria sobre el cálculo integral” y cuatro años después sale a la luz su obra más importante “Tratado de Mecánica” donde desarrolla su conocido principio de D’Alambert. No ha cumplido los 30 años cuando escribe las primeras aplicaciones de las ecuaciones en derivadas parciales para abordar las causas de los vientos. Fue uno de los principales colaboradores de Denis Diderot (1713 -1784) en esa monumental obra de 35 volúmenes conocida como la Enciclopedia francesa.   

 

Se considera que las Matemáticas Puras, como sistema teórico, se deben al siglo XVIII. Y en este esfuerzo racionalizador de muchos destaca la figura del más brillante matemático del siglo XVIII, el suizo Leonhard Euler (1707-1783). En su copiosa obra realizó el primer tratamiento analítico completo del Álgebra, la Teoría de Ecuaciones, la Trigonometría y la Geometría Analítica. Además de su empresa matemática incursiona con notables aportaciones en el campo de la Mecánica, a la cual suma el estudio del movimiento de los sólidos rígidos, y de los fluidos.

 


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Le pusieron por nombre Jean Le Rond (1717-1783), aludiendo a la Iglesia en que lo encontraron abandonado una fría noche parisina de 1717. De adulto se autonombró D´Alambert. Ahora en todas las Universidades se estudia el principio de D´Alambert y se aplican las reglas generales para la resolución de las ecuaciones diferenciales propuestas por él a los 26 años. D´Alambert será para todos uno de los enciclopedistas que iluminó   el espíritu de la Revolución francesa de 1789. Ingresó en el año 1741 en la Academia de Ciencias de París, donde trabajó por el resto de su vida, cumpliendo en ella la función de secretario perpetuo. Su vida concluyó, luego de una vejez solitaria y cargada de dolores por una larga enfermedad, en su París, seis años antes de la Toma de la Bastilla. 


 

Otro representante de los matemáticos sobresalientes de este siglo lo encontramos en el francés Gaspard Monge (1746 – 1818). Monge desde los 19 años ocupa la cátedra de Física en Lyon y poco después desarrolla las bases de la Geometría Descriptiva. Sus nuevas ideas sobre la curvatura de las superficies geométricas resultaron los fundamentos de los trabajos de Gauss en este terreno.

 

En la tradición de búsqueda de nuevos instrumentos matemáticos para resolver problemas de la Física se inscribe la actividad del  francés Joseph Lagrange (1736-1813). En su principal obra (1788) Mecánica Analítica, abordó el estudio de la Mecánica utilizando el Cálculo de Variaciones creado por él; sistematizó el campo de las Ecuaciones Diferenciales; y trabajó en la Teoría de Números. Durante el periodo de la Revolución Francesa, estuvo a cargo de la comisión para el establecimiento de un nuevo sistema de pesos y medidas.

 

La Dinámica de los Fluidos recibe un poderoso impulso con las aportaciones del más notable representante de la destacada familia Bernoulli, Daniel (1700 – 1782). La ecuación de Bernoulli presentada por primera vez en su Hydrodinámica cubre un amplio abanico de aplicaciones en esta disciplina. Es considerado además el primero que desarrolla  una teoría cinética de los gases y lo hace sobre conceptos atomísticos y probabilísticos.

 

Una de las tareas más importantes seguidas en la línea del desarrollo del cuadro mecánico del mundo, fue el desarrollo de la teoría de la gravitación de Newton a los movimientos planetarios en el Sistema Solar. Por entonces ciertas violaciones observadas en las órbitas de los planetas en relación con lo predicho desconcertaba a los astrónomos. Así por ejemplo estaba bien establecido que Júpiter y Saturno se adelantaban a veces, y otras se retrasaban con respecto a las posiciones que debían ocupar en sus órbitas. La relación de este comportamiento con perturbaciones gravitacionales temporales producto de las interacciones entre los planetas y con los cometas  fue explicada por el matemático francés Pierre Simon Laplace (1749 – 1827).  En 1796  adelantó una hipótesis sobre el origen del universo a partir de una nebulosa originaria.  Laplace legó un proceso de formalización matemática que constituyó un modelo en las investigaciones posteriores en los campos de la Termodinámica y el Electromagnetismo.   

 

La constante gravitacional de Newton fue determinada experimentalmente en este siglo por el físico y químico inglés Henry Cavendish (1731-1810) y lo hizo burlando la debilidad de la fuerza gravitacional con una precisión superada sólo un siglo más tarde, a través de la determinación de la fuerza atractiva que ejercían  esferas de plomo de una gran masa sobre pequeñas masas unidas a un péndulo de torsión. Cavendish resulta insuperable en materia del diseño experimental para mediciones cuantitativas de propiedades físico – quimícas  de las sustancias. Será pues una referencia obligada a lo largo de este siglo.

 


El padre de Euler aspiraba a que su hijo siguiera sus pasos y lo envió a la Universidad  para prepararle como ministro, pero la geometría trocó su destino al convertirse en su asunto favorito, transformándose con el tiempo en el matemático más prolífico de la historia. Entre 1726 y 1800 publica 866 libros y artículos lo que representa  aproximadamente una tercera parte del cuerpo entero de la investigación en la Matemática, Física teórica, y la Ingeniería Mecánica de la época. Notable resulta conocer que antes de cumplir los treinta años había perdido parcialmente la visión quedando totalmente ciego al final de su vida.

Imagen: www.mat.usach.cl/histmat/html/eule.html


 

El desarrollo de los conocimientos teóricos y prácticos sobre la mecánica y la combustión tuvo su influencia en los avances experimentados en la tecnología de los dos procesos productivos que se convirtieron en los protagonistas principales de la Revolución: la industria textil y la industria minero-metalúrgica. Una compleja interacción se teje entre la técnica que promueve la Revolución Industrial y la naciente ciencia que la apoya y sobre cuyos adelantos se impulsa. La aplicación de nuevas tecnologías posibilitaba el rápido crecimiento de la producción textil y siderúrgica.

 

En 1764, el inventor británico James Hargreaves (1720-1778) inventó una máquina para cardar lana o algodón que preparaba la fibra para el hilado en hebras. Esta máquina de hilar, cuya invención se le reconoció a Hargreaves en 1764 y a la que le dio el nombre de su hija Jenny, hizo posible la producción automática de algodón en hebra con lo que revolucionó la industria textil.

 

El segundo paso trascendental en la revolución de la industria textil vino con el telar mecánico Edmund Cartwright (1743 – 1823). Incluso antes de comprobar en la práctica el funcionamiento de su invento presentó en 1785 la patente correspondiente y dos años después construyó en Doncaster  una segunda versión del telar mecánico. En 1789 instaló patentó su telar mecánico en 1785 antes de comprobar como su invención funcionaba en la práctica. Una segunda versión mejorada del mismo fue construida en 1787 en Doncaster. Dos años más tarde fue instalada una máquina de vapor para accionar mecánicamente su telar, con lo cual se inauguraba una época de mayor productividad y producción textil en gran escala. Sin embargo los trabajadores, viendo en peligro sus puestos de trabajo desplazados por la máquina, no dudaron en pegarle fuego a la instalación.

 

Por otro lado, la expansión de la extracción minera demandó el incremento de la fabricación de las máquinas de vapor, y esto resultaba un reto para la industria de fundición del hierro y su maquinado para la producción de los cilindros y demás piezas requeridas.

 

No es extraño entonces que en esta dinámica de necesidades en cadena, se considere la segunda mitad del siglo la época del desarrollo de las máquinas herramientas modernas. En 1774, el inventor británico John Wilkinson (1728 – 1808) patentó una taladradora horizontal que permitía conseguir superficies cilíndricas interiores. Esta máquina taladradora era esencial para la manufactura de las máquinas de vapor de Watt.

 


El inventor estadounidense Eli Whitney (1765- 1825) es recordado por su invención  de la desmotadora de algodón y la revolución que produjo en

su producción agrícola. Si bien esta máquina  es expresión de importantes avances mecánicos que se producen en la época, Whitney debe reconocerse como el padre del método de producción masiva. Fue en 1798 cuando al firmar el contrato para producir 10 000 mosquetes, ideó cómo fabricarlos con la ayuda de máquinas y con un sistema organizativo que en cada puesto realizara una operación específica. El ensamblaje de las piezas intercambiables así producidas, originaba el producto final de la cadena. Se afirma que en el escenario estadounidense, la desmotadora de algodón fortaleció el  poderío económico del Sur en tanto la tecnología de Whitney contribuyó a la victoria del Norte en la Guerra Civil.

Imagen: http://www.eliwhitney.org/test/inventor.htm


 

En la década de 1780 el inventor francés, uno de los primeros y mas grandes autómatas de todos los tiempos,  Jacques de Vaucanson (1709 – 1782) construyó un torno industrial en el que un tornillo manual hacia avanzar el portaherramientas deslizante. Hacia 1797 el ingeniero mecánico e inventor británico Henry Maudslay (1771 – 1831) patentó el primer torno integro de metal con un husillo guía patrón, que empleaba como medidor un micrómetro que podía medir hasta la milésima de pulgada. La combinación de introducir máquinas herramientas más eficientes  y  organizar el proceso productivo siguiendo una secuencia de operaciones especializadas favoreció el incremento de la productividad del trabajo fabril.

 

En el campo de la electricidad, el inicio del siglo trajo los trabajos del discípulo de Boyle, Francis Hauksbee (1660 -1713), uno de los primeros en construir máquinas electrostáticas por fricción y estudiar los fenómenos de la descarga eléctrica, incluso a través de aire enrarecido, observando el resplandor producido en los primitivos barómetros. Estos estudios fueron antecedentes de la luminiscencia eléctrica en gases enrarecidos. Por otra parte, la principal fuente de electricidad para la mayor parte de las experiencias del siglo XVIII fueron tales máquinas eléctricas por fricción. La máquina fue sometida a diferentes innovaciones como la sustitución de la esfera de vidrio que giraba rápidamente mediante un sistema móvil por un disco y el acople de un tubo metálico que permitía la transmisión de la electricidad producida hasta el lugar deseado.

 

Precisamente en esta dirección se desarrollaron las investigaciones del astrónomo y físico inglés Stephen Gray (1666 – 1736). Durante los últimos años de la década del 20, Gray demostró que los materiales conductores pueden ser electrizados si están aislados, y que esta carga eléctrica adquirida puede ser trasladada distancias considerables (200 metros) desde un extremo electrificado conectado a un hilo conductor hasta el otro extremo convenientemente dispuesto para captar la señal recibida. Es por ello que estos estudios han sido considerados la antesala de los trabajos de la telegrafía que vinieron a cristalizar en la práctica algo más de un siglo más tarde.

 

El profesor de Química francés Charles Francois de Cisternay Dufay (1698-1739) abordó en la década del 30 el problema de determinar los tipos de carga eléctrica. A partir de sus estudios demuestra que hay solamente dos tipos de electricidad y le llama vítrea a aquella que se libera frotando vidrio (que se asocia luego a la carga positiva) y resinosa a aquella que se libera frotando ebonita (que corresponde a la carga negativa). Introduce el principio universal de que las cargas del mismo tipo se repelen y de diferente clase se atraen.


Henry Cavendish (1731-1810) comparó las conductividades eléctricas de soluciones equivalentes de electrólitos y expresó una primera versión de la ley de Ohm. Sus experimentos en electricidad fueron publicados un siglo después de haberlos realizado cuando Maxwell los redescubrió en 1879. Fue Cavendish el primero en determinar la constante gravitacional de Newton, junto con la masa y la densidad de la Tierra. La precisión de este resultado no fue mejorado hasta el siguiente siglo. A Cavendish corresponde también el mérito de haber determinado las constantes físicas que permitieron objetivamente diferenciar unos gases de otros. Así pudo descubrir en 1766

al gas más ligero de los conocidos, el llamado más tarde por Lavoisier, Hidrógeno.

Imagen: www.corrosion-doctors.org/Biographies/images/cavendish-lab.jpg


 

En 1746 el físico holandés Pieter van Musschenbroek (1692 – 1791), profesor de la Universidad de Leiden, publica los resultados obtenidos en el intento práctico de acumular electricidad estática en una botella y provocar su descarga conectando su borne central a tierra. Casi simultáneamente el inventor alemán Ewald Georg von Kleist (1700-1748) descubre un dispositivo similar al del holandés que pasa a la historia con el nombre de "Botella de Leiden", y que representa el antecesor de los condensadores modernos. El aparato que acumulaba o condensaba electricidad llegó a convertirse en un dispositivo útil para la experimentación. 

 

Poco después de la difusión del dispositivo construido por Musschenbroek, el Abad Jean-Antoine Nollet (1700-1770) propuso en la Academia parisina el uso de la electrificación estática como técnica de recuperación física para diferentes casos de parálisis motora. Nollet  describió en detalle el método para producir y aplicar la electricidad “friccional”. La idea de que la electrificación podría tener valor terapéutico recorrió toda Europa.  Sin embargo, los resultados de la electroterapia fueron muy contradictorios porque los médicos de la época lo aplicaron indistintamente sin distinguir las causas de la parálisis.

 

En la próxima década entran en el repertorio de nociones físicas la inducción eléctrica y la conservación de la carga. En torno a este desarrollo aparece la figura de Benjamín Franklin (1706-1790). En 1751 publica sus resultados en Londres con gran éxito. En el período que media entre 1746 y 1756 desarrolla importantes investigaciones que lo llevan a importantes inferencias  a partir del principio de conservación de la carga.

 


 

Joseph Priestley, el genial físico-químico británico, fue amigo de Franklin y en su relación epistolar  le confiesa (20 años antes de los experimentos de Coulomb) su deducción  de que la atracción electrostática debía estar sujeta, de acuerdo con ciertas experiencias conducidas por Franklin, a leyes del mismo carácter matemático que las de la gravitación.  Formado para ser Ministro de una Iglesia se convierte en un brillante investigador. Por su apoyo declarado a la Revolución Francesa  una turba enardecida en 1791 le quemó la casa y sus pertenencias. Obligado a emigrar, muere diez años después en los Estados Unidos.

Imagen: www.ulb.ac.be/sciences/cudec/ressources/Priestley.gif

Benjamín Franklin no solo representa el científico que construye una teoría para explicar el fenómeno electrostático implicado en  la botella de Leiden, el experimentador incansable que propone la hipótesis de que las tormentas son un fenómeno eléctrico, el inventor del pararrayos, y el político sagaz, sino también el investigador preocupado por la creciente emisión de gases contaminantes que idea sistemas para controlar el exceso de humo de las chimeneas y el inventor de estufas más eficientes que producen más calor con menos   combustible. Benjamín Franklin fue el principal seguidor de los postulados de Isaac Newton en América.

En su Pensilvania  fue presidente de la Sociedad Abolicionista  y dos meses antes de morir firmó una petición al Congreso de los EU instando a la abolición de la esclavitud.

Imagen: www-history.mcs.st-andrews.ac.uk/history/PictDisplay/Franklin_Benjamin.html


 

La nueva teoría deducida por Franklin rechazaba la teoría de du Fay sobre la existencia de dos tipos de electricidad, y afirmaba que todos los cuerpos portan un fluido único que en exceso o defecto de un valor “normal” producía los efectos eléctricos. Franklin supuso que las propiedades atractivas y repulsivas observadas en diferentes materiales bajos distintas circunstancias eran debidas a las cantidades relativas de este fluido más que a diferentes tipos de fluidos. Concluyó también que este fluido se encontraba en todas las cosas, de modo que podía ser transferido de una cosa a otra.  La pérdida del fluido en un cuerpo resulta en la ganancia de la electricidad en el otro.  Este llegó a ser conocido como el principio de conservación de la carga eléctrica.   También se debe a Franklin el primer convenio relacionado con la electricidad. Los materiales que ganan una carga según la teoría de Franklin eran positivos, mientras aquellos desde los que la carga se cedía eran negativos. La electricidad se mueve entonces desde el positivo (el cuerpo con mayor carga) al negativo (el cuerpo de menor carga).  La teoría del fluido único asentada en los postulados de la mecánica newtoniana, abona el camino de progresos que en el campo del electromagnetismo se alcanzan en el siguiente siglo. La creatividad de Franklin lo lleva a combinar teoría y práctica de manera que realiza numerosas invenciones entre las que se destaca el  pararrayos, la primera aplicación práctica que emerge del campo aún joven de la electricidad y que tiene la inapreciable virtud  de ahorrar incontables vidas. Franklin  no sólo fue un eminente hombre de Ciencia sino se considera uno de los fundadores de  los Estados Unidos de América.

 

El hito que inaugura la electrostática como disciplina científica viene representado por el descubrimiento de su ley fundamental en 1 777 por el físico francés Charles Coulomb (1736 - 1806). Coulomb inventa la balanza de torsión para medir la fuerza de atracción entre cuerpos eléctricamente cargados y obtiene así la expresión matemática que recuerda a la ley de la gravitación universal y atrapa en lo cuantitativo el fenómeno de atracción o repulsión electrostática. La unidad de medida de la carga eléctrica, el Coulomb,  perpetúa su memoria.

 

El último tramo del siglo XVIII nos trae en materia de electricidad los trabajos de uno de los pioneros en el campo de la  biofísica, el médico italiano Luigi Galvani (1737-1798). En verdad cuando Galvani empezó sus trabajos estimulando eléctricamente patas de rana, el problema de la irritabilidad animal y de si los nervios eran conductores de un “fluido nervioso” análogo al eléctrico, ya era ampliamente debatido en los círculos médicos de la Universidad de Bolonia.

 


Galvani  fue 33 años profesor de la Universidad de Boloña y sus trabajos son los primeros que apuntan a la existencia de fuerzas bioeléctricas en el tejido animal. Fue este cirujano, que renunciara a su cátedra universitaria cuando la invasión napoleónica para morir un año después, el primer biofísico de la historia.

La teoría del fluido eléctrico animal fue rechazada por el también italiano Alessandro Volta y el debate Galvani - Volta fue uno de los episodios notables con que nacen las ideas modernas sobre la electricidad.

La pila de Volta, la primera batería eléctrica, hizo posible la  construcción de dispositivos  para  mantener  una corriente eléctrica por un circuito dado, y abordar el problema de los nexos entre la electricidad y el magnetismo. Una vez presentados sus trabajos en la Academia francesa de la Ciencia, aceptó el título de Conde de Lombardía, territorio ocupado por las tropas napoleónicas.

Imagen: http://www.ieee-virtual-museum.org/collection/people.php?id=1234570&lid=1


 

Galvani propuso que la rana y todos los otros seres vivos poseían una electricidad inherente y sospechó que la electricidad era transferida a las fibras musculares desde los extremos de los nervios, actuando cada fibra muscular como una minúscula botella de Leyden. La principal contribución de Galvani fue abrir el camino para el estudio de los mecanismos de la generación y propagación de las señales eléctricas en el sistema nervioso.  Al morir Galvani en 1798, el físico italiano Alejandro Volta había comenzado a cuestionar que el origen de las contracciones musculares de la rana observadas por su compatriota fuera la electricidad de naturaleza animal. Volta demostraría que usando discos de metales diferentes separados por telas humedecidas en ácido, se genera una corriente eléctrica.  Hizo así uno de los inventos más grandes del siglo.

 

La idea de que el calor era una forma de movimiento de la sustancia ya había sido esbozada en el siglo anterior, primero por Galilei y sus discípulos y en la segunda mitad de la centuria por Robert Boyle y Robert Hooke.

 

Las nociones elaboradas por el sabio ruso Mijail Lomonosov (1711 – 1765) sobre el calor se inscriben en el desarrollo del atomismo que desde el siglo anterior  lo relaciona con el movimiento corpuscular. Lomonosov comparte y critica la obra de Boyle, sosteniendo que la ley del irlandés sobre los gases debe sufrir una desviación notable para la región de las altas presiones debido al volumen ocupado por los átomos.  

 

Los experimentos que pretendían medir los intercambios de calor entre los cuerpos exigían el desarrollo de la termometría que habían iniciado los académicos florentinos del siglo XVII. Ya en 1702 el instrumentista francés Guillaume Amontons (1663 – 1705) había demostrado la relación entre la presión de un gas y su temperatura, proponiendo la construcción de un termómetro de gas a volumen constante. Estas ideas sugerían la existencia de una temperatura mínima.

 

El estudio sistemático de la combustión empleando las mejores balanzas y termómetros disponibles en esta época, llevó al médico holandés, profesor de la Universidad de Leiden, Hermann Boerhaave (1668-1738), considerado uno de los padres de la física – química,  a demostrar que el agua es uno de los productos de esta reacción, probar que el calor es imponderable, y realizar las investigaciones calorimétricas iniciales. En esta empresa contó en las primeras décadas de este siglo con la colaboración de un discípulo que mostraba una especial vocación y aptitud para la fabricación de instrumentos de medición y el soplado del vidrio: el eminente instrumentista de origen polaco Daniel G. Fahrenheit (1686 – 1736).

 


A los 19 años el joven Mijail dejó su aldea natal y puso proa a Moscú cargado de avidez por los saberes. Trece años más tarde, dos antes de ser elegido académico y aún viviendo en condiciones de extrema pobreza, solicita de la Academia de Ciencias Rusa la creación de un laboratorio “para desarrollar las ciencias naturales en el Imperio Ruso y aplicarlas en la práctica”. La respuesta no se hizo esperar: “Negar la solicitud del auxiliar de catedrático pasante  Lomonosov”. Supo sobreponerse a todos los obstáculos  y  su  tesón  y  talento lo convirtieron  en  poeta  brillante, reformador de la lengua rusa, fundador de la Universidad, y uno de los más fecundos hombres de ciencia de la primera mitad del XVIII.

Imagen: http://www.bestofrussia.ca/scientists.html


 

Fahrenheit continúa los trabajos por el sendero de la termometría. La práctica había demostrado que existían estados con temperatura constantes. Fahrenheit descubre que la temperatura de ebullición del agua es sólo constante a una presión barométrica dada y propone en 1714 la primera escala basada en dos puntos fijos: la temperatura de fusión del hielo al que asignó un valor de 32 y la temperatura del cuerpo de un hombre saludable, para la cual fijó un valor de 96.

 

La escala centígrada nacería cuando en 1741, el profesor de astronomía de la Universidad de Uppsala Anders Celsius (1701 – 1744) construye un termómetro de mercurio que marca el cero para la temperatura de ebullición del agua y el 100 para la temperatura de fusión del hielo. Celsius se haría inmortal cuando la Novena Conferencia General de Pesos y Medidas en 1948 aprobó referir los grados de la escala centígrada como “grados Celsius”.

 

No menos trascendentes resultaron los experimentos de Fahrenheit y Boerhaave al estudiar el intercambio de calor entre iguales masas de agua y mercurio puestas en contacto a diferentes temperaturas. Resultó que la temperatura final no es en este caso el promedio aritmético de las temperaturas iniciales.

 

La interpretación de este comportamiento experimental se debe al médico y físico químico escocés Joseph Black (1728 – 1799). Los complejos vasos comunicantes que conectaran los trabajos de Boerhaave con las ideas de Black se encuentran en la influencia recibida por su mentor William Cullen (1710-1790), primer profesor de Química en Escocia y descubridor del efecto de refrigeración producido por la evaporación de los líquidos, de parte de otro importante eslabón en esta cadena de transmisión, el introductor de la enseñanza de la química moderna en las islas británicas, discípulo de Boerhaave en Leiden, Andrew Plummer (1698-1756).

 

Black admitió como correcta la hipótesis de que la sustancia termógena cedida por la sustancia caliente era obtenida por la sustancia fría, pero estas cantidades de calor iguales varían de distinta forma la temperatura de iguales masas de agua y mercurio. El agua y el mercurio, según el razonamiento de Black presentaban diferentes capacidades para el calor. A él se debe también la introducción de los conceptos del calor específico y el calor latente de vaporización de las sustancias.

 


La actividad del médico y físico-químico escocés, de origen francés,  Joseph Black (1728 – 1799) se centra en dos polos del conocimiento físico químico. Por una parte asiste al nacimiento de la Termodinámica   y sus estudios, desde 1766 hasta 1796, en la cátedra de Química de la Universidad de Edimburgo influyen en el instrumentista James Watt (1736-1819), quien en 1769 patenta la máquina de vapor que perfeccionaba el ingenio creado por  Thomas Newcomen (1663 – 1729) en 1725. De otro lado los descubrimientos de Black al investigar la descomposición de la piedra caliza y las reacciones de combustión demuestran  que  “los aires”  tienen  un  comportamiento  químico  que 

puede ser estudiado, inaugurando una época que conduce directamente a la llamada Revolución de la Química. Imagen: www.chem.gla.ac.uk/dept/black1.jpg


 

Estas nociones desarrolladas por Black representan los primeros logros de la naciente  termodinámica. Le corresponde además el mérito, no destacado lo suficiente, de haber influido sobre su ayudante, el instrumentista de la Universidad de Edimburgo,  James Watt (1736-1819), quien con sus innovaciones a la primera máquina de vapor llevó a la práctica sus descubrimientos.

 

Cavendish, contemporáneo de Black, hizo contribuciones relevantes al desarrollo inicial de la termodinámica. Aplica nuevas técnicas cuantitativas para descifrar la interacción del calor con las sustancias, midiendo calores de fusión y evaporación de sólidos y líquidos. Es también Cavendish el primero en descubrir la existencia de composiciones en las disoluciones que ofrecen  temperaturas mínimas de congelación.

 

El repertorio de resultados experimentales conformado hacia la segunda mitad del siglo cristaliza en la concepción del carácter sustancial del calor propuesto por Antoine Laurent de Lavoisier (1743-1794), explicada en los siguientes términos:

 

1.      Es una sustancia sutil que no puede ser creada ni destruida, pero si fluir de un cuerpo a otro cuando estos estén en contacto.

 

2.      Se comporta como un fluido elástico y sus partes se repelen entre sí, pero son atraídas por las partículas que componen los cuerpos y esta atracción depende de la naturaleza de cada cuerpo.

 

3.      Se puede presentar en estado “sensible” o “latente” de forma que en el primer estado se encuentra rodeando a las partículas como si fuera una especie de atmósfera a su alrededor y en estado latente se halla combinado con las partículas materiales en formas semejantes a las  combinaciones químicas.

 

En 1798, las ideas sobre la naturaleza sustancial del calor son rechazadas por los experimentos conducidos por el estadounidense Benjamín Thompson (1753 – 1814) que vienen a demostrar su naturaleza cinética. Thompson escribió: “todo aquello que un cuerpo o sistema de cuerpos aislados pueda continuar suministrando sin limitación, no puede, de manera alguna, ser una sustancia material, y me parece extremadamente difícil, si no imposible, imaginar algo capaz de producirse y comunicarse, como el calor en esos experimentos, a no ser el movimiento”.

 


En tanto la teoría sobre el calor iniciaba su desarrollo, la práctica de la reducción del hierro en los altos hornos había comenzado una revolución con la introducción del coque como agente reductor ya en la Inglaterra de 1711. El advenimiento de la máquina de vapor de Newcomen creó un importante mercado para el hierro y en 1758, la fundición de Abraham Darby III (1711-1763) había producido 100 cilindros para este ingenio.  En 1779 en los hornos de Coalbrookdale, como símbolo de la nueva era del hierro, se fundían las piezas del primer puente de arco de hierro  sobre  el rio  de Severn, en  la  zona  que se  convirtiera  en

cuna de la Revolución Industrial.  Imagen: http://www.sedgleymanor.com/people/abraham_darby.html


 

La comprobación de que el trabajo mecánico podía producir calor, debió fertilizar el camino para la aceptación del calor como una forma de energía y contribuir al desarrollo de la ley de conservación.

 

Sin embargo las ideas que prevalecieron en la comunidad científica de la época se corresponden con una etapa del desarrollo de las ciencias en que se introducen un conjunto de agentes sustanciales como el flogisto, el éter, y el calórico. Estas posiciones, un tanto ingenuas se basaban en el principio de no introducir la acción a distancia para explicar los fenómenos físicos al no disponer de conceptos y núcleos teóricos acerca de los campos, de las múltiples formas de energía,  y de sus transformaciones de unas formas en otras. No sería hasta mediados del próximo siglo XIX  que nuevos resultados experimentales permitieran la edificación de un cuerpo teórico acerca del calor, como energía en tránsito.  

 

El prolífico matemático suizo Leonardo Euler entró en el debate sobre la naturaleza de la luz y consideró, en contra de la autoridad de Newton, que la luz no estaba constituida por partículas. La teoría de la luz de Euler se basaba en la existencia del eter que servía como medio de propagación de vibraciones luminosas. La mayor parte de sus ideas sobre la luz se recogen en el tratado Dioptrica, cuyo primer volumen se publicó en 1769. En Dioptrica se exponen las propiedades de los lentes, se establece el fundamento para el cálculo de los sistemas ópticos,  y se proporcionan las descripciones de microscopios y telescopios.

 

Los astrónomos creyeron ver que el movimiento de los cometas seguía leyes diferentes al de los planetas hasta que Edmund Halley (1656-1742) se encargó de demostrar que estos cuerpos celestes estaban sometidos a las mismas atracciones gravitacionales. En su análisis de las observaciones de los cometas, Halley apreció que tres visitantes en 1531, 1607 y 1682 mantuvieron una trayectoria tan similar que debían tratarse del mismo cometa cuya órbita, según sus estimaciones, era una elipse elongada. De acuerdo con la periodicidad de su movimiento en 1705 propuso en  Synopsis of the Astronomy of the Comets, que el objeto retornaría 76 años después de su última aparición es decir en 1758. La vida no le alcanzó para comprobar su predicción pero su nombre fue asociado para siempre con el cometa.  Además de este estudio de los cometas, en 1718 Halley publicó el descubrimiento del movimiento de las estrellas que antes se creía que permanecían fijas en el firmamento.

 


La óptica del siglo XVIII se inicia a partir del tratado de Newton, Opticks or, a Treatise of the Reflexions, Refractions, Inflexions and Colours of Light", cuya primera edición data de 1704. En la obra se abordan los más variados fenómenos ópticos desde la reflexión de la luz, la refracción, la formación de imágenes por las lentes, la descomposición espectral, la recomposición de los colores, la invención del  telescopio refractor, hasta la teoría del arco iris. Lo más destacado de la óptica newtoniana es la teoría corpuscular de la luz. Para Newton, la luz está constituida por pequeñas partículas desprendidas de los cuerpos luminosos o iluminados  que al interaccionar con el ojo producen el efecto de la visión. Según este modelo, los fenómenos ópticos son fenómenos puramente mecánicos, perfectamente explicables a partir de los Principios de la Dinámica newtoniana.

 Imagen: http://msp.rmit.edu.au/Article_04/02.html


 

En 1728 el astrónomo inglés James Bradley (1693 - 1762) informó a la Real Sociedad de Londres que en la búsqueda infructuosa de la determinación del desplazamiento paraláctico de la estrella Eltanin, la más brillante de la constelación Dragón, había descubierto el fenómeno de la aberración de la luz. Bradley al encontrar un desplazamiento de la estrella en la dirección opuesta a la esperada,  dedujo correctamente que la variación observada en la posición estelar era debido al  movimiento que anima a un observador desde la Tierra respecto a la velocidad finita de la luz. Mediante el análisis de las mediciones del ángulo de la aberración estelar y teniendo el dato de la velocidad orbital de la Tierra, Bradley arribó a una estimación notablemente precisa de la velocidad de la luz en 295 000 km/s.  Veinte años después de este descubrimiento y luego de observar durante un ciclo completo de 18,6 años el movimiento de los nodos de la Luna, Bradley anunció un nuevo descubrimiento astronómico: el movimiento oscilatorio del eje de rotación de la Tierra, la llamada nutación del planeta. Cuando Halley murió en  1742, Bradley fue nombrado su sucesor como Astrónomo real del Observatorio de Greenwich.

 

Había cumplido los 35 años cuando el músico de origen alemán, nacionalizado británico, William Herschel (1738 - 1822) despertó un gran interés por la Astronomía que le condujo a manuales sobre los telescopios y a la fabricación de sus propios instrumentos. Ocho años de perseverante búsqueda  astronómica y de perfeccionamiento de sus telescopios de reflexión le premió con un descubrimiento trascendente. Desde la Antigüedad se conocían seis planetas observables a simple vista, pero en 1781, Herschel apreció en la constelación de Géminis un nuevo objeto celeste que inicialmente confundió con un cometa al cual llamó  "Estrella de Jorge", en honor del rey Jorge II pero poco después el astrónomo alemán Heinrich Olbers (1758-1840), quien en 1779 había elaborado un método para calcular las órbitas de los cometas, todavía hoy utilizado, descartó que se tratara de este tipo de objeto celeste y precisó que se trataba de un nuevo planeta. A partir  de fines del XIX, el séptimo planeta del sistema solar fue rebautizado como Urano.  Seis años después de su hallazgo, Herschel observó dos de los satélites de Urano, los de mayor tamaño, a los cuales nombró como Oberon y Titania,  dioses de las hadas de la comedia de Shakespeare, "Sueño de una noche de verano" (1595).

 


 

Uno de los principales desarrollos de la “Mecánica Celeste” en el siglo XVIII se debe a la obra del matemático y astrónomo francés Pierre S. Laplace. La teoría de Laplace sobre el movimiento planetario ha resistido la prueba del tiempo. Su hipótesis nebular sobre la formación del sistema solar nutrió el arsenal de ideas de la cosmología de la época. Y por último, sus formalismos matemáticos no solo encuentran aplicación en la gravitación sino también en la electricidad y la termodinámica.  En 1796 publica su “Exposición del sistema del mundo” que intenta resumir la historia de la Astronomía. En su “Sistema  del  Mundo”, Laplace  analiza  la  predicción  del  astrónomo 

inglés John Mitchel sobre la existencia  de las “estrellas oscuras”, estrellas tan masivas que impedirían la salida de la luz. Se formulaba la primera versión de los “agujeros negros” que en 1912 poco antes de su muerte, fueran descritos por el matemático alemán Karl Schwarzschild (1873-1916). Fue necesario esperar a fines del siglo XX para que el radiotelescopio Hubble instalado en una sonda espacial confirmara la existencia de un agujero negro en el centro de una enorme galaxia llamada M87.  Imagen: http://www.astrocosmo.cl/biografi/b-p_laplace.htm


La obra de Herschel en el siglo XIX estuvo fuertemente influida por los trabajos del geólogo y físico británico John Mitchell (1724 - 1793). En 1767 publicó una investigación sobre las estrellas dobles y los cúmulos de las Pléyades en la que concluye que muchas de las estrellas visibles en el cielo deben formar pares físicos o cúmulos de acuerdo con alguna ley general del universo. Pero la idea cósmica más interesante que desarrolló Mitchel, aparece en una carta de 1784 dirigida a Cavendish, su amigo de toda la  vida, en la cual predice la existencia de “estrellas oscuras”, estrellas tan masivas y compactas que tendrían un campo gravitatorio tan fuerte que ni la luz podría escapar. Sus ideas fueron publicadas en dos sucesivas ediciones del "Sistema del Mundo" de Laplace pero fueron excluidas en la tercera edición. Tal vez la noción de “los agujeros negros” no cabía aún en el pensamiento de la época sobre el universo. Estamos a 132 años de 1916, cuando poco antes de su muerte el matemático alemán Karl Schwarzschild (1873-1916) describiera las características de tales sistemas.   

 

En el ámbito de las ciencias de la vida destacaremos sólo los logros relevantes que demandaron una pronta  penetración del conocimiento físico – químico, estrechando los nexos entre estas disciplinas y la Biología.   

 

El bando papal de Sixto IV, que autorizara la disección de los cadáveres en el siglo XV y su posterior ratificación por Clemente VII un siglo más tarde se reconocen entre las causas que provocaron la Revolución en la Anatomía, iniciada por Vesalio y continuada en el XVII por los profesores de las Universidades de la Italia Septentrional  entre los cuales Malpighi cierra el siglo XVII con el desarrollo de la Anatomía microscópica. A lo largo de las primeras décadas del XVIII, Giambattista Morgagni (1682-1771) heredero de la cátedra de Anatomía de la Universidad de Padua, desarrolla la Anatomía patológica, con ayuda de la cual descubre la íntima relación existente entre alteraciones funcionales y físicas de los órganos.

 

El siglo XVIII fue testigo de los descubrimientos que constituyen la base de la moderna fisiología vegetal, la rama de la botánica que estudia las funciones básicas de las plantas. Una de las primeras tentativas de abrirse paso en el terreno de la fisiología con las armas que brindaba el conocimiento físico – químico fue realizada por el inglés Stephen Hales  (1677-1761), clasificado como físico-químico, botánico y fisiólogo.  Hales demostró en 1726 que la circulación sanguínea ejerce una determinada presión, logrando medir la presión de la sangre en un caballo. Un año después publica “Estática Vegetal” considerada la primera obra de fisiología vegetal. En  esta obra Hales describe la respiración y transpiración de las plantas, así como la evaporación desde las hojas y el movimiento de los líquidos a través de las raíces y de las plantas.

 


Spallanzani, desde la cátedra de física de las Universidades de Módena y Pavía, desarrolla las investigaciones que lo hacen merecedor de considerarlo uno de los pioneros de la biología experimental. Aborda problemas tan disímiles como el rechazo experimental a la teoría de la generación espontánea de la vida a partir de la materia no viviente, el trasplante de órganos en animales inferiores, la acción de los jugos digestivos sobre los alimentos, la circulación pulmonar y el intercambio gaseoso al nivel de tejidos demostrando que el aire desflogisticado (oxígeno) se transforma en aire fijo (dióxido de carbono).

Imagen: www.iufm.unice.fr/application/spip/IMG/spallanzani.jpg


 

En conexión con los trabajos de Hales,  Joseph Priestley demostró que las plantas en crecimiento "restauran" la naturaleza vivificante del aire saturado de flogisto por la llama de las velas o la respiración de los animales. Esta observación fue ampliada poco después por  el fisiólogo holandés Jan Ingenhousz (1730-1799)  al descubrir que hace falta luz solar para que las plantas cumplan esta función. Asistimos así al primer acto en la comprensión del fenómeno de la fotosíntesis. Demoró aún más el desarrollo de una conciencia sobre la necesidad de preservar “los pulmones” del planeta. 

 

Lazzaro Spallanzani (1729 – 1799),  continuador de la tradición investigativa en el campo de la Biología experimental iniciada en las Universidades florentinas del siglo XVII,   anuncia en el propio título de su más importante trabajo "Dissertazioni di fisica animale e vegetale" (Modena, 1780) que esta vez desde la cátedra de Física, surge el científico que rechaza con experimentos la teoría de la generación espontánea, aborda la caracterización de los jugos digestivos, inicia el camino de la inseminación artificial, y en sus últimos estudios, cuando apenas se estaban esclareciendo por los químicos de la época la composición del aire, pretende aclarar el intercambio gaseoso que caracterizaba la respiración pulmonar, y el mecanismo de la respiración  al nivel de los tejidos.  

 

La revelación de una gran diversidad de faunas y de flores representa un acontecimiento decisivo para las ciencias de la vida del siglo XVIII. Las colecciones descubiertas por las misiones de exploración permitieron crear los gabinetes y museos de Historia Natural. En este momento se erigieron como los principales objetivos de los naturalistas la identificación y clasificación de los organismos y la comprensión de la diversidad de los constituyentes de la vida.

 

Las ciencias de la vida en el siglo XVIII encontraron como un imperativo de los descubrimientos de una gran diversidad de faunas y de flores la identificación y clasificación de los seres vivos. En esta tarea histórica brilló el sueco Carl von Linneo (1707 – 1778) que inauguró en 1735 el sistema binomial de clasificación en género y especie. Una parte genérica y una parte específica debieran condensar “lo general y particular” característico para un animal o planta.  La concepción de Linneo de que cada especie es un atributo invariante de la Creación va siendo minada por los naturalistas que estudian la historia de las especies, su capacidad de adaptación y variabilidad.

 


La humanidad está en deuda con el médico británico Edward Jenner (1749-1823) que en la última década de este siglo descubriera la vacunación. En 1796 Jenner inoculó  a un niño humores de la viruela vacuna y seis semanas después le aplicó una segunda inoculación, esta vez de la viruela mortal, con resultados positivos. Había descubierto la vacuna contra esta enfermedad y al mismo tiempo pondría el primer peldaño en el desarrollo de la inmunología. Debió enfrentarse a toda suerte de críticas, desde  aquellos que  rechazaban  el  procedimiento

adoptando una posición pseudoreligiosa hasta ciertos círculos médicos que exageraban los riesgos implícitos en una nueva técnica. Lo acompañaban su ira y su fe en el triunfo del hombre sobre las enfermedades que como la tuberculosis le arrebataron primero a su hijo menor y luego a su esposa. Casi 200 años después la Asamblea Mundial de la Salud declaraba en 1980 al planeta libre del flagelo de la viruela.

Imagen: //literacyproject.org/Charboneau/tunits/HistoryScientificThought/Profiles/Jenner/jenner.htm


 

En el progreso de la “historicidad” de la naturaleza constituye un hito la obra del naturalista francés Georges Louis Leclerc, conde de Buffon (1707-1788). En un período de cuarenta años que cubren casi completamente la segunda mitad del XVIII  Leclerc publica un tratado en 36 volúmenes de Historia Natural. En esta obra introduce nociones que bombardean “principios inconmovibles” como la edad de la tierra fechada por la iglesia en seis mil años, o la creación divina e inmutable de las especies. Buffon sugiere  la ascendencia común de los mamíferos y trata la cuestión delicada de las semejanzas entre los hombres y los grandes simios.

 

El desarrollo de la minería y la mineralogía condicionó el surgimiento de  diferentes Escuelas de químicos que a lo largo de este siglo realizara numerosos aportes en el análisis de minerales, en la comprensión y gobierno de los procesos de su reducción, enterrando definitivamente el ideal alquimista de transformar metales nobles en oro.

 

Toda la práctica de la especie humana anterior al siglo XVIII había producido el hallazgo de 13 elementos químicos, entre ellos nueve metales típicos. La expansión de los conocimientos químicos significó en esta centuria  sumar trece elementos al repertorio de los metales. En poco más de cincuenta años se superaría el número de metales descubiertos por más de seis siglos de infructuosa búsqueda alquimista. Con el paso del tiempo, estos metales se emplearían en la fabricación de materiales estratégicos para el avance tecnológico.

 

El más notable representante de la generación de químicos suecos del siglo XVIII y campeón absoluto en la lid de los descubrimientos de elementos de esta centuria fue Carl W. Scheele (1742-1786). En 1770 estableció contacto con el líder de los químicos suecos de la época T.O. Bergman (1735- 1784) y recibió su ayuda pero nunca cursó estudios formales de Química. No obstante Scheele se convirtió en uno de los más grandes químicos experimentales de todos los tiempos tomando parte en el hallazgo de nuevas sustancias entre las que se encuentran los compuestos del cloro, flúor, manganeso, bario, molibdeno, wolframio y oxígeno.

 

Considerado entre los padres de la Química Analítica, Martín Heinrich Klaproth (1743-1817)   promueve la tradición alemana en este campo desde la cátedra de Química de la recién fundada Universidad de Berlín (1810). A Klaproth se deben los descubrimientos del zirconio y del uranio. El uranio fue descubierto en 1789, en la pechblenda. Más de un siglo transcurrió para que en 1896, el físico francés Antoine Henri Becquerel descubriera la radiactividad.

 


En 1772, el químico sueco Carl Scheele  logro aislar el aire desflogisticado de Prietsley, al cual bautizó con más propiedad aire incendiario, para destacar que en su seno ardía vivamente una vela y una astilla incandescente rápidamente se inflamaba. Sin embargo no publicó sus investigaciones hasta 1777, en el libro de sugerente título “Tratado Químico sobre el aire y el fuego”. En este libro describe los procedimientos para determinar la composición del aire, que según demuestra está constituido por “fluidos ligeros de dos géneros”. Por primera vez está apuntando la existencia de los dos principales componentes del aire: el nitrógeno y el oxígeno. Se venia derrumbando la noción del aire como algo elemental e inerte.

Imagen:Histoire de la Chimie. histoirechimie.free.fr/


 

Nadie podía imaginar entonces que estos nuevos elementos hermanados en fechas de descubrimiento, luego aparecieran hermanados en los reactores nucleares del siglo XX: las aleaciones de zirconio resultan especialmente útiles para la fabricación de los materiales de revestimiento de los elementos de uranio combustible.

 

La importancia práctica de los procesos de combustión determinó que una de las primeras prioridades en el estudio de las transformaciones estuviera enfilada a explicar lo que acontecía durante la quema de los combustibles. No es posible olvidar que en la Europa de la segunda mitad del siglo XVII la industria metalúrgica experimenta cierta expansión, y este desarrollo implicaba un costo energético que se sustentó en la tala de los bosques europeos. Resulta sorprendente sin embargo que fueran tempranamente emparentados las reacciones de combustión y el enmohecimiento que sufrían los metales.

 

Esta conexión fue revelada por el médico-químico alemán Georg E. Stahl (1660 –1734) para quien el flogisto podía considerarse como un principio elemental que se liberaba rápidamente por los combustibles al arder y durante la calcinación de los metales, o lentamente durante su enmohecimiento. Siguiendo el pensamiento del flogista, el metal representaba la sustancia compuesta mientras la escoria oxidada, resultante de la pérdida del flogisto, significaba la sustancia más elemental.

 

Esta teoría, aunque presentaba el cuadro químico del mundo al revés representó una explicación racional de la combustión, estimulando el desarrollo de experimentos sobre la combustión, la oxidación, la respiración, y la fotosíntesis.

 

En 1766, Cavendish presentó en la Royal Society su informe sobre “Factitious Air” en el que con particular atención describe las propiedades sobresalientes del gas liberado durante la reacción del ácido clorhídrico con algunos metales. Lanzó entonces la hipótesis de haber aislado el propio flogisto. Al hacerlo se basó en dos de sus propiedades: era el gas más ligero de los conocidos y presentaba una alta inflamabilidad. En otros experimentos, haciendo saltar chispas eléctricas por las mezclas de los nuevos aires descubre que la reacción de su aire inflamable con el aire desflogisticado produce agua, enterrando para siempre la visión milenaria del agua como sustancia elemental y primigenia. De forma similar, la mezcla húmeda de aire flogisticado y desflogisticado reaccionaba, impulsada por la fuerza del rayo local, para dar el acqua fortis de los grabadores (el ácido nítrico).

 


España contó con la gloria de que dos hermanos, Juan José (1754-1796) y Fausto Elhúyar (1755-1833), inscribieran sus nombres entre los descubridores de elementos químicos del siglo XVIII.   Juan José   en 1781 se entrenó durante seis meses en Suecia en los laboratorios de Bergman.   Corría el año 1783 cuando los hermanos, en la Escuela de Explotación Minera de Vergara, lograron el descubrimiento del wolframio.         

Los intereses de la Corona los llevan a la administración de minas en el

Nuevo Mundo y  allí  Juan  José  encuentra  su muerte en la Nueva Granada, Granada (Colombia) mientras su hermano Fausto alcanza celebridad en la Nueva España (México) donde investiga sobre los métodos de amalgamación de la plata en frío y funda una Escuela de Minas que goza de prestigio por lo avanzado de su currículo.

Imagen: Don Fausto d’Elhuyar. http://homepage.mac.com/dtrapp/Elements/myth.htm


 

Los resultados cuantitativos que iban acumulándose se encargaban de revelar la inconsistencia de la teoría del flogisto y sin embargo la mayoría de los investigadores de la segunda mitad del siglo continuaba esforzándose por encajar sus resultados en los marcos de sus presupuestos. En suma, de manera contradictoria empujó al desarrollo de la experimentación y empañó la interpretación de los resultados.

 

Las dos décadas que sucedieron al descubrimiento del  “aire inflamable” de Cavendish resultaron decisivas para comprender la composición del aire y su papel en los procesos de respiración y combustión. En 1772, el joven químico escocés Daniel Rutherford (1749 – 1819), discípulo de Black creyó obtener un aire totalmente flogisticado (saturado de flogisto). Confinó un ratón en un recipiente cerrado hasta provocar su muerte. En el aire residual hizo arder pálidamente una vela hasta apagarse y a continuación provocó una fugaz ignición del fósforo. El aire que entonces quedó lo hizo pasar a través de una solución alcalina de modo que fuera absorbido “el gas fijo” de su mentor. Tenía en sus manos una muestra de aire inerte al que llamó gas “noxious”  en el que no podía vivir un ratón, ni podía realizarse la combustión. Podría imaginar que estaba frente a un gas agotado del componente vital y al mismo tiempo responsable de la combustión pero su hipótesis fue bien otra. En los marcos de la teoría del flogisto tanto la criatura viviente al respirar como el material al arder liberan flogisto y llegan a saturar el aire de esta sustancia. Por tanto el aire que logró inequívocamente aislar no era otro que un “aire flogisticado”, saturado de flogisto.

 

Antes, Cavendish en carta a Priestley da cuenta de un aire resultante de la circulación repetida por una muestra de carbono incandescente y posterior eliminación del aire fijo con potasa cáustica al cual llamó aire mefítico. Hacia 1776 Lavoisier demuestra su carácter de sustancia elemental y en 1789 sugiere el nombre de azote para significar que es un gas opuesto a la vida. Sin embargo el nombre que se aceptó más tarde y llega hasta nuestros días fue propuesto en 1790 por el químico francés Jean Antoine Chaptal (1756-1832) en sus “Éléments de chimie”, para indicar que engendra la sal de nitro (nitrógeno).

 


Mientras los químicos intentaban racionalizar el problema de la combustión, el inventor inglés William Murdock (1754 - 1839) perteneciente al grupo de ingenieros mecánicos que participaron en las mejoras de la máquina de vapor, se encontraba investigando el aprovechamiento del gas de coque como posible fuente de iluminación.  Con tal propósito, Murdock instaló una retorta de hierro en el traspatio de su casa desde donde condujo hasta la sala una tubería que transportaba el gas para alumbrar la habitación. Corría el 1792, y sólo 10 años más tarde, resueltos los problemas de seguridad y de fabricación de los equipos necesarios,  la compañia de Bolton y Watt comenzó la empresa comercial de la iluminación artificial  con gas de coque.

  Ya a fines de la segunda década del XIX, una ciudad como Londres disponía de una red de tuberías de 288 millas que alimentaban a más de 71 mil quemadores.

Imagen: http://histoirechimie.free.fr/Lien/Murdock.jpg


 

Poco después de los experimentos de Rutherford, Prietsley demostró que luego de largas horas de permanencia de una planta en el seno de aire flogisticado, este resultaba vivificante, pues en él un ratón se mostraba especialmente activo y juguetón. Al mismo tiempo observó que en este aire inicialmente "saturado de flogisto", y luego modificado por la acción de las plantas, los materiales ardían con más facilidad. Desde otro ángulo, estos resultados representaron los primeros indicios de que plantas y animales formaban un equilibrio químico que hacía respirable la atmósfera de la tierra. La enorme significación de este equilibrio ha sido lentamente comprendida por la humanidad. Pero en el siglo XVIII de nuevo la teoría del flogisto impuso una línea de pensamiento que hacía ver la obtención de un aire desflogisticado, la antítesis del aire aislado por Rutherford.

 

En el verano de 1774, Priestley comprueba que el sólido formado durante la reacción del aire con el mercurio, al calentarse regeneraba el mercurio y se liberaba un gas que podía colectarse por desplazamiento del agua y que mostraba las cualidades correspondientes a su aire vivificante ("un aire desflogisticado"). Es este experimento el causante de la polémica histórica alrededor del descubrimiento del oxígeno.

 

La interpretación que da Lavoisier a la calcinación de los metales o a la reacción de combustión, a partir de los resultados cuantitativos es bien distinta a la de sus colegas británicos. Los metales no liberan flogisto al calcinarse sino que se combinan con un elemento componente del aire que se corresponde con el aire “puro” y de ahí su incremento en peso. A partir de entonces nombra este nuevo elemento gaseoso como oxígeno. Al componente gaseoso residual de la combustión correspondiente a las cuatro quintas partes en volumen del aire, caracterizado por su relativa inercia química (el aire flogisticado de Black) lo denomina azote. Y por último, al enigmático gas inflamable de Cavendish, capaz de arder produciendo vapores que condensan en forma de gotas de agua, lo llama hidrógeno. Quedaba resuelto así, en términos del reconocimiento de sustancias elementales determinadas, lo que Sthal  pretendió asociar con sustancias combinadas con flogisto.

 

Los trabajos de la Escuela Francesa de la segunda mitad del siglo encabezada por  Lavoisier actúan como rampa de lanzamiento del estudio de la Química sobre bases cuantitativas. A partir de ahora queda abonado el camino para la explicación de las reacciones químicas sobre una plataforma atomística.

 

Al terminar la década de los 70, se había cerrado el capítulo inicial del aislamiento y estudio de las propiedades de los gases comenzado con Boyle el siglo pasado y continuado por los investigadores que llevaron a cabo la Revolución de la Química en el siglo XVIII. Estos progresos tuvieron su reflejo en los primeros pasos en la conquista del ascenso por los aires y el vuelo dirigido por el hombre.

 


En 1789, casi coincidiendo con la Revolución Francesa,  Lavoisier publicó su “Tratado Elemental de Química” en el que expone el método cuantitativo para interpretar las reacciones químicas y propone el primer sistema de nomenclatura para los compuestos químicos del que aún perdura su carácter binomial. Se está asistiendo al nacimiento de un nuevo paradigma como coronación de un proceso revolucionario en el campo de las ideas. Cinco años más tarde fue declarado culpable de corrupción en sus labores como funcionario  por un  Tribunal  de la Revolución  Francesa  y  ejecutado  en  la

guillotina. Su amigo el célebre matemático J. Lagrange diría: “un segundo bastó para separar su cabeza del cuerpo, pasarán siglos para que una cabeza como aquélla vuelva a ser llevada sobre los hombros de un  hombre de  ciencias”.

Imagen: www.uni-giessen.de //~ge1016/publikation/geutherluft/bilder/Lavoisier.jpg


 

En esta empresa se enrolaron dos físicos experimentales. En 1783,  el mismo año en que los hermanos Joseph (1740 – 1810) y Étienne de Montgolfier (1745 -1799) por primera vez “lanzaron” un globo lleno con aire caliente por el cielo parisino,  el físico-químico francés Jacques Alexandre César Charles (1746 – 1823) llenó un globo con el hidrógeno de Cavendish y lo liberó para provocar su ascenso y vuelo durante dos horas, recorriendo 43 km. Otro físico francés, Jean-François Pilâtre de Rozier (1756-1785), inauguró la época de los viajes en globo tripulados cuando ascendió primero en un globo cautivo y luego en otro libre.

 

El siglo XIX traería un nuevo paradigma para el universo físico, el Electromagnetismo; otra vez los más célebres matemáticos aportarían el instrumental para operar con las magnitudes físicas y no pocas veces contribuirían de forma decisiva en la construcción de los significados; la Biología construiría la teoría celular, las leyes de la herencia y las tesis sobre la evolución de las especies, la Química iniciaría un vertiginoso ascenso, en particular hacia la segunda mitad del siglo, con el desarrollo de la síntesis de nuevos materiales que superarían en cierto sentido, a los productos naturales. De todo esto trataremos en el próximo tema.

 


La primera ley  química nace en medio de una  fuerte controversia entre dos exponentes de la Escuela francesa, el emigrante Joseph L. Proust (1754 –1826, en la imagen) y Claude Louis Berthollet (1748 – 1822). El primero defendía la composición constante de los compuestos químicos mientras el segundo abogaba por la composición variable en dependencia de la relación en que se ponían a reaccionar  las sustancias elementales que lo componen. Los resultados experimentales  comprobaron la validez de la ley de Proust, derivándose que, de un polo al otro del planeta, los compuestos químicos presentan idéntica composición. Pero en el siglo XX aparecieron en escena compuestos especiales que en un determinado intervalo la violan. Se demostraba el carácter temporal y relativo del conocimiento científico. Imagen:Histoire de la Chimie. histoirechimie.free.fr/


En 1783, luego de los progresos alcanzados en el estudio de los gases, aparecen las primeras aplicaciones prácticas que pretenden aprovechar las propiedades de estas sustancias en una conquista acariciada por la humanidad: el vuelo por los aires. Dos físicos franceses tienen un rol protagónico en esta empresa: Jacques Alexandre César Charles y Jean-François Pilâtre de Rozier. El primero archiva el mérito adicional de descubrir en 1787 la relación entre el volumen de un gas y su temperatura conocida como ley de Charles y Gay-Lussac. Pilâtre de Rozier representa un héroe de la técnica pues dos años después de su primer vuelo exitoso que atravesara el Sena, intentó el cruce del canal de la Mancha pero esta vez el accidente producido por el estallido del globo de hidrógeno le costó la vida.

La proeza fue lograda en 1785 por el aeronauta francés Jean P.  Blanchard y el científico estadounidense John Jeffries (1744 – 1819). Jeffries fue pionero en la investigación de la atmósfera a diferentes altitudes con el empleo de los globos. A  más  de dos siglos de estos intentos  los globos con radiosonda constituyen una herramienta de rutina en la predicción meteorológica.

Imagen:  http://www.uv.es/bertomeu/revquim/instrume/images/globo-charles.jpg


 

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