II. PRIMERAS MEDICIONES DEL CALOR ESPEC�FICO

EL F�SICO y qu�mico ingl�s Joseph Black (1728-1799) fue quien adelant� el concepto de calor espec�fico. En el transcurso de sus investigaciones se dio cuenta de que diferentes cuerpos, de masas iguales, requer�an de diferentes cantidades de calor para elevarlos a la misma temperatura. As� es como alrededor de 1760 invent� el concepto de calor espec�fico. A pesar de que su trabajo no fue publicado sino hasta despu�s de su muerte, en 1803, en sus clases de qu�mica en Edimburgo, durante el �ltimo tercio del siglo XVIII, ense�� la utilidad de su descubrimiento. Un buen n�mero de cient�ficos brit�nicos recibieron parte de sus educaci�n en Edimburgo y fue de esta manera que pudo propagar sus ideas al respecto.

Hacia fines del siglo XVIII, el cient�fico franc�s Antoine Lavoisier (1743-1794) hizo los primeros intentos de medir el calor espec�fico de algunos gases. Emple� m�todos calorim�tricos que proporcionaron resultados muy inciertos. Joseph Gay-Lussac (1778-1850) dise�� un interesante m�todo para comparar calores espec�ficos entre gases, cuyos resultados, sin embargo, malinterpret�. Concluy� err�neamente de sus experimentos que vol�menes iguales de gases ten�an el mismo calor espec�fico. Fue Gay-Lussac quien posteriormente, usando otro m�todo, concluy� que vol�menes iguales de hidr�geno, bi�xido de carbono, aire, ox�geno y nitr�geno ten�an el mismo valor de sus calores espec�ficos. Sin embargo, no pudo dar el valor num�rico. Estos resultados son correctos, excepto para el bi�xido de carbono.

Casi simult�neamente con los hechos anteriores, F. Delaroche y J. E. B�rard hicieron determinaciones directas de los calores espec�ficos del aire, ox�geno, hidr�geno, mon�xido de carbono, �xido nitroso y etileno a la temperatura de 100�C, usando un calor�metro mucho m�s refinado que los entonces conocidos y proveyeron los primeros resultados confiables. Efectivamente, encontraron que vol�menes iguales de los entonces llamados gases permanentes (aire, ox�geno y mon�xido de carbono) ten�an los mismos calores espec�ficos. Lo que no pudieron establecer era c�mo variaba el calor espec�fico al cambiar la temperatura del gas.

En el a�o de 1819 P. L. Dulong y A. T. Petit publicaron el trabajo titulado Los �tomos de todos los cuerpos simples tienen exactamente la misma capacidad para el calor. En este trabajo presentaron extensivos resultados experimentales hechos en sustancias monoat�micas, haciendo ver que si se define adecuadamente el calor espec�fico, todas ellas tienen el mismo valor. La forma en que ellos definieron el calor espec�fico fue algo distinta a la definici�n que presentamos en el cap�tulo anterior. En efecto, arriba se dijo que se tom� un gramo de la sustancia y se vio cu�nto calor hab�a que transferirle para aumentarle su temperatura en 1�C. Sin embargo, hablando en lenguaje moderno, si se toma un gramo de dos sustancias distintas, cada una de ellas tiene un n�mero distinto de �tomos. Por tanto, la comparaci�n entre los valores de sus calores espec�ficos no se est� haciendo en igualdad de condiciones. Fueron Dulong y Petit quienes se dieron cuenta de esto y obtuvieron, a partir de sus resultados experimentales, que si en lugar de un gramo se toman muestras de cuerpos distintos que tengan el mismo numero de �tomos, entonces los calores espec�ficos de todos ellos son iguales. A este resultado se le ha conocido como la ley de Dulong-Petit. Es claro que dos muestras de sustancias distintas que contienen el mismo n�mero de �tomos tienen masas distintas, ya que los �tomos de cada muestra tienen masas distintas. As�, por ejemplo 32 g de ox�geno tienen el mismo n�mero de part�culas que 2 g de hidr�geno. En el lenguaje de la qu�mica actual dir�amos que se escogen muestras que tengan el mismo n�mero de moles. Por tanto, el calor espec�fico que mencionan Dulong y Petit es el referido al mismo n�mero de moles y no a la misma masa.

En consecuencia, se puede expresar la ley de Dulong y Petit como sigue: "Los calores espec�ficos molares de todas las sustancias son iguales." Esto es equivalente a decir que el calor por part�cula que es necesario dar a un cuerpo para incrementar su temperatura en 1�C es el mismo para todas las sustancias.

Posteriormente, en los a�os de 1840 y 1841, V. Regnault realiz� una serie extensiva de mediciones m�s precisas de los calores espec�ficos molares de muchas sustancias confirmando la ley de Dulong-Petit. Nadie pareci� dudar de que esta ley era correcta para un buen n�mero de sustancias.

Sin embargo, en esas �pocas se sab�a ya que existen sustancias, como el bi�xido de carbono, para las cuales la ley de Dulong-Petit no predice el valor correcto del calor espec�fico. Curiosamente a estas discrepancias no se les prest� mayor atenci�n durante mucho tiempo.

Todos los resultados arriba mencionados fueron encontrados teniendo las sustancias temperaturas iguales a la ambiente o superiores, pues en esas �pocas �stas eran las �nicas temperaturas que se pod�an alcanzar en un laboratorio. Era relativamente f�cil aumentar la temperatura de un cuerpo, pero lo que era dif�cil era bajarla mucho, ya que no exist�an entonces medios para ello.

�sta era la situaci�n experimental hacia mediados del siglo pasado. La explicaci�n que se dio a la ley de Dulong-Petit fue proporcionada con el desarrollo concurrente de la teor�a cin�tica que se estaba dando en ese entonces.