PARADA T�CNICA

EVALUACI�N DE LA TEOR�A DEL FLOGISTO. LA GRANDEZA DE LAVOISIER VA M�S ALL� DE SU EXPLICACI�N DE LA COMBUSTI�N.

SE HACEN PREGUNTAS LATOSAS.

LA TEOR�A del flogisto ocup� las mentes de los cient�ficos por m�s de 150 a�os y fue en la historia del desarrollo del concepto de elemento la barrera por vencer para el establecimiento definitivo de la qu�mica como ciencia. Es uno de los casos en que lo aparentemente razonable es est�ril, como el concepto de movimiento de Arist�teles en mec�nica o el geocentrismo en astronom�a.

Diversos autores han tratado con benevolencia la teor�a del flogisto con el argumento de que "fue la primera generalizaci�n en la qu�mica que correlacion� de una manera sencilla y comprensiva gran n�mero de fen�menos qu�micos y algunas relaciones existentes entre una variedad enorme de substancias". Sin embargo, es dif�cil ver c�mo el ficticio flogisto pudo haber facilitado nada fungiendo como factor unificador o fundamento. Otros han se�alado tambi�n que, dentro del marco de la teor�a flog�stica, muchos experimentos se llevaron a cabo que dif�cilmente se les hubiera ocurrido hacer a los investigadores de haber imperado un marco te�rico diferente. Pero tambi�n se puede arg�ir que se llevaron a cabo muchos experimentos importantes bajo los sistemas te�ricos precedentes, y se puede sostener que el surgimiento de la qu�mica como ciencia fue notablemente tard�o y que el retraso fue debido a la intrusi�n de la teor�a del flogisto, que hizo la transici�n de la qu�mica de Boyle y Mayow a la de Lavoisier m�s dif�cil en vez de m�s f�cil. Se forz� esta teor�a a una finalidad de explicaci�n total, hasta convertirla en un verdadero camale�n. As�, por ejemplo, el hecho de que los cuerpos cambien de color con diferentes grados de calentamiento, se explicaba como debido a que conten�an diferentes cantidades de flogisto, pero no se daban n�meros que representaran la cantidad de esa substancia, n�meros que todo el mundo pudiera en principio calcular o medir. La historia del flogisto ejemplifica que, en ciencia, si bien una teor�a es mejor mientras mayor sea el n�mero de fen�menos que explica, ser� ociosa, in�til y hasta contraproducente, mientras no lo haga de manera cuantitativa y auto consistente.

Ha sido m�s provechoso, incomparablemente, para el progreso de nuestro conocimiento de la Naturaleza, el enunciar la ley de la conservaci�n de la masa en las reacciones qu�micas, aunque no explique muchas cosas de las reacciones mismas, que enunciar la hip�tesis del flogisto, y esto a pesar de que la ley de conservaci�n de la masa en las reacciones qu�micas no es exacta en principio, como lo establece la f�sica moderna, que requiere que sea la masa-energ�a la magnitud f�sica que se conserve en un sistema aislado. Pero ocurre que el calor absorbido o cedido, aun en la m�s violenta de las reacciones qu�micas, una explosi�n de dinamita, por ejemplo, no representa en variaci�n de masa total, ni siquiera un mil�simo de miligramo por tonelada de reactantes, por lo que en las operaciones del laboratorio de qu�mica, en las operaciones industriales y en los procesos biol�gicos, la p�rdida o ganancia de masa asociable a la energ�a cedida al entorno o ganada de �l por el sistema qu�mico, es experimentalmente indetectable. As�, en qu�mica cl�sica se consideran las leyes de conservaci�n de la masa y de la energ�a como leyes que se cumplen separadamente.

El trabajo de Lavoisier hab�a tra�do un orden y una sistematizaci�n a la qu�mica que nunca antes hab�a conocido, sin embargo la nomenclatura de las substancias segu�a en la mayor confusi�n. Se continuaban usando los t�rminos alqu�micos, y era para los aprendices de qu�mica un esfuerzo brutal de memoria aprender los nombres de un n�mero cada vez mayor de substancias con las cuales ten�an que tratar. En 1782, Guyton de Morveau public� un trabajo sobre formas de sistematizar la nomenclatura qu�mica. Lavoisier; naturalmente, se interes� y se uni� a Morveau en este objetivo; a ellos se unieron Berthollet y Fourcroy. Sus resultados aparecieron en el libro titulado M�thode de nomenclature chimique, en 1787. Este volumen contiene las reglas para nombrar a los compuestos qu�micos que pr�cticamente son las mismas que se usan hasta nuestros d�as. La teor�a de Lavoisier estaba completa, con un lenguaje adecuado a ella, aunque haya sido en los a�os siguientes cuando se dedic� al estudio de la respiraci�n de los animales. Sin embargo, la mayor�a del mundo cient�fico, alejado del grupo de sus m�s allegados, todav�a perd�a el tiempo luchando con las discrepancias de la teor�a del flogisto. En vista de ello, Lavoisier se determin� a preparar un texto de qu�mica basado en las nuevas ideas, que rompiera bruscamente con los textos tradicionales de qu�mica y tal que las futuras generaciones de qu�micos encontraran en �l un buen cimiento para construir. En 1789, public� su Trait� el�mentaire de chimie, que junto con los Principia constituye el punto de partida de la ciencia moderna. En este libro, Lavoisier describe con considerable detalle la base experimental de su rechazo del flogisto y de su nueva teor�a de la combusti�n. Su punto de vista es esencialmente el de un cient�fico moderno. En �l enuncia con toda claridad su idea de la conservaci�n de la masa e ilustra abundantemente la manera de aplicarla en qu�mica; presenta "una tabla de substancias simples, que pueden ser consideradas los elementos de los cuerpos". Admiti� que �sta era un lista emp�rica, sujeta a revisi�n a medida que se descubrieran nuevos hechos. Constituye la primera tabla de los verdaderos elementos qu�micos. La traducci�n del Trait� a las lenguas m�s usadas sigui� r�pidamente a su publicaci�n. En nuestro pa�s se realiz� la primera traducci�n al espa�ol, en el mundo, del primer tomo, que apareci� a finales de 1797. La importancia del Trait� no puede exagerarse; con la notable excepci�n de Priestley, todos los qu�micos importantes se convirtieron a la nueva teor�a y la qu�mica entr� a un siglo de progreso asombroso.

Pero �y la constituci�n de la materia? Me dir� el lector, �qu� pas� con los �tomos? �Ah, para all� vamos, no se me ha olvidado!

Una vez que se captaron dos ideas, la de conservaci�n de la masa y la de elemento qu�mico, el investigador franc�s Jos� Luis Proust (1754-l826) pudo por experimentaci�n propia, nueva, y por verificaci�n de resultados de otros investigadores, hallar un hecho que expres� de la siguiente manera, "un compuesto es un ente privilegiado al cual la Naturaleza asigna una proporci�n fija de sus elementos constituyentes; es en resumen una substancia que la Naturaleza nunca crea, aun cuando sea por mediaci�n del hombre, m�s que con la balanza en la mano [...] Reconozcamos que las propiedades de los verdaderos compuestos son invariables como lo es la proporci�n de sus constituyentes. De polo Norte a polo Sur, los compuestos se encuentran id�nticos en estos dos respectos. Su apariencia podr� variar; debido a la manera de agregaci�n, pero sus propiedades qu�micas, nunca. Hasta ahora no se han observado diferencias entre los �xidos de hierro del Sur y los del Norte. El cinabrio de Jap�n est� constituido en la misma proporci�n que el de Espa�a. La plata no se oxida o muriatiza en forma diferente, en el muri�tico del Per� que en el de Siberia [...] Si encontramos imposible hacer una onza de �cido n�trico, de un �xido, de un sulfuro, o una gota de agua, con proporciones diferentes entre sus constituyentes, de aquellas que la Naturaleza les ha asignado desde la eternidad, debemos reconocer que existe una balanza, la cual regula incluso en nuestros laboratorios las proporciones de los constituyentes en los compuestos".

En resumidas cuentas, cada vez que dos o m�s elementos se combinan para formar un compuesto, lo hacen en una proporci�n en peso, definida, fija.

Imaginemos que hacemos el siguiente experimento: pesamos varias muestras de 10 g de plomo cada una, el plomo es un metal lustroso, gris plateado; mezclamos cada una de ellas con una cantidad diferente de azufre, un polvo v�treo amarillo, digamos desde medio gramo, a tres gramos. Con calor llevamos las distintas muestras a que reaccionen en crisol de platino. Cuando la reacci�n ha terminado, notamos la aparici�n de un polvo negro, el sulfuro de plomo. En algunas de las muestras notamos que ha sobrado azufre y en otras que ha sobrado plomo.

Procedemos a separar el azufre en aquellas muestras que presentan un sobrante de azufre, agitando la muestra en disulfuro de carbono, un l�quido en el que se disuelve el azufre pero no el plomo ni el sulfuro de plomo. Una vez separado el azufre, se seca el sulfuro de plomo y se pesa. El resultado ser� de 11.56 g. Si a esto restamos los 10 g de plomo que empleamos, obtenemos que se combinaron s�lo 1.56 g de azufre, en todos los casos en los que sobr� azufre. Y en todos ellos el porcentaje en peso es 86.5% de plomo y 13.5% de azufre. El cociente del peso de plomo al de azufre resulta ser 6.41.

En las muestras donde vemos que sobr� plomo, con un pincel separamos el metal del polvo negro, pesamos el metal sobrante, restamos de 10 g, con lo que conocemos el peso de plomo que se combin�. Conocemos tambi�n el peso de azufre empleado en cada una de estas muestras y hallamos que el porcentaje de plomo es 86.5% y el de azufre es 3.5%, en todas. De modo que en el sulfuro de plomo, el porcentaje en peso de plomo es al de azufre como 6.41 es a 1.0 siempre, independientemente de c�mo se halla preparado. 6.41/1.0 es la proporci�n fija en el sulfuro de plomo.

Si calentamos 45 g de �xido de mercurio, un polvo rojo (el calx de mercurio, el mercurium calcinatum per se) en un matraz de cuello largo, vemos que se forman 41.5 g de mercurio, un l�quido plateado, y se escapa el ox�geno. De la resta 45.0-41.5 obtenemos que se hallaban combinados 3.5 g de oxígeno en el �xido de mercurio. El porcentaje en peso de mercurio es de 92.2% y el de ox�geno 7.8%, y la proporci�n fija de mercurio a ox�geno es de 11.82/1.0. Sup�ngase ahora que se calientan 15 g de mercurio con 1.0 g de aire, mezcla que supondremos consta de 21% de ox�geno y 79% de nitr�geno. Cuando la reacci�n se haya completado, �qu� substancias y qu� masas de cada una estar�n presentes?¹

Vale la pena subrayar la diferencia clave entre mezcla homog�nea o soluci�n y un compuesto. Una mezcla, por ejemplo, de ox�geno con hidr�geno se puede preparar con la proporci�n en peso de hidr�geno a ox�geno que nos plazca. Puedo fabricar bronce con una variaci�n casi continua de proporciones en peso de cobre a esta�o. Las mezclas son pues de composici�n variable. No as� los compuestos qu�micos. La proporci�n en peso de los elementos que los constituyen es fija. Si quiero preparar agua como lo hizo Cavendish, sin que sobre ni hidr�geno ni ox�geno, debo partir de una mezcla cuya proporci�n en peso de ox�geno a hidr�geno sea de 8/1. Ahora bien, �por qu�? �Cu�l es la raz�n f�sica?

Es verdad que existen dos clases de agua, cada una con su proporci�n fija en peso de ox�geno a hidr�geno, que la hace ser ella misma, con su densidad, su punto de congelaci�n, su �ndice de refracci�n, etc., peculiares, el agua com�n, 8/1 y la llamada agua oxigenada, 16/1. El asunto es que no existen ni pueden existir aguas con proporciones intermedias arbitrarias entre estas dos. �Por qu�?

Dados dos elementos, ocurre que se pueden combinar de maneras diferentes para dar lugar a diferentes compuestos, pero cada vez que se obtiene uno cualquiera de ellos, identificado mediante sus propiedades, se encuentra que cumple siempre con la misma proporci�n constante. Por ejemplo, la combinaci�n de carbono con ox�geno puede dar mon�xido de carbono, gas muy t�xico que no enturbia el agua de cal, o bi�xido de carbono que s� la enturbia, no es venenoso y es m�s denso. El primero tiene una proporci�n fija en peso de ox�geno a carbono de 4/3, y el segundo, de 8/3. Otra vez, no existen ni pueden existir �xidos de carbono con proporciones arbitrarias entre esas dos. �Por qu�?

Que en un compuesto sus elementos componentes se encontraran siempre en una proporci�n constante, no fue f�cil de aceptar. Los experimentales, debido por una parte a los errores inherentes a toda medici�n, entonces grandes, y por otra, debido a que cuando dos elementos pueden dar lugar a varios compuestos no lo hacen en forma excluyente, sino simult�nea (por ejemplo, cuando arde carb�n, se forman los dos gases mencionados al mismo tiempo), cre�an en la posibilidad de que, dentro de l�mites moderados, la composici�n pod�a variar; esto dio lugar a hablar, por ejemplo durante todo el siglo XIX, de aguas mejores unas que otras, o ya a finales del siglo XX, hay personas en el Tercer Mundo que piensan que una aspirina (�cido acetilsalic�lico) norteamericana es mejor que una nacional.

La ley de la conservaci�n de la masa y la ley de las proporciones constantes de Proust, son leyes macrosc�picas, emp�ricas.

�Cu�l es su explicaci�n en t�rminos de la constituci�n de la materia? �Cu�l es su raz�n f�sica de ser? La respuesta, elegant�sima, la dio Juan Dalton en 1808.

Figura 27. Cuba de Hales.