La revolución química de Antoine-Laurent Lavoisier
Un Lugar Emblemático Internacional en la Historia de la Química
Inaugurado el 8 de junio de 1999, en la Academia de las Ciencias del Instituto Francés en París, Francia
Folleto conmemorativo (PDF en inglés)
Antoine-Laurent Lavoisier cambió para siempre la química, tanto teórica como práctica, al crear una serie de nuevos análisis de laboratorio que pondrían orden en el caos de conocimiento generado a lo largo de siglos de filosofía griega y alquimia medieval. El trabajo de Antoine-Laurent Lavoisier por conceptualizar los principios de la química moderna hizo que las generaciones futuras lo consideren el fundador de esta ciencia.
Contenido
Creencias sobre la química en la época de Lavoisier
Cuando un joven Lavoisier de 17 años dejó el Colegio de las Cuatro Naciones de París en 1761, la química difícilmente podría considerarse ciencia, tal y como la entendemos hoy. A diferencia de la física, que había alcanzado su mayoría de edad gracias al trabajo de Isaac Newton un siglo antes, la química todavía estaba sumida en el legado de los filósofos griegos. La noción de los cuatro elementos de Aristóteles — tierra, aire, fuego y agua — había sido modificada lentamente por los alquimistas medievales, que agregaron su propio lenguaje y simbolismo arcano.
En el corazón de esta mezcolanza de saberes yacía el concepto de flogisto. Desarrollado por el científico alemán Georg Ernst Stahl a principios del siglo XVIII, el flogisto era un concepto químico dominante de la época, ya que parecía explicar muchas cosas de una manera simple. Stahl creía que cada sustancia combustible contenía un componente universal del fuego, al que llamó flogisto, procedente de la palabra griega para decir inflamable. Debido a que una sustancia combustible como el carbón pierde peso cuando se quema, Stahl razonó que este cambio se debía a la pérdida de flogisto, que pasaba a formar parte del aire.
Por lo tanto, se pensaba que cuanto menos residuo dejaba una sustancia después de ser quemada, mayor era su contenido de flogisto. Pasando de sustancias orgánicas a metales, Stahl sabía que una cal metálica (lo que hoy conocemos como óxidos), formaba el metal original al calentarla con carbón. Para explicarlo, propuso que el flogisto del carbón vegetal se unía con la cal. Por lo tanto, los metales también se clasificaban como combustibles, ya que se pensaba que contenían flogisto.
La dificultad de este marco teórico residía en la reacción inversa. Cuando los metales se calentaban al aire, el producto resultante pesaba más que el metal original. No menos, como era de esperar si el metal hubiera perdido el componente de flogisto. Esta inconsistencia hizo que algunos flogistonistas sugiriesen que el flogisto tenía un peso negativo. Lavoisier conoció el flogisto gracias a Guillaume François Rouelle, a cuyas conferencias asistió mientras estudiaba derecho. En 1772, después de haber abandonado las leyes para emprender su carrera científica, Lavoisier dirigió su curiosidad al estudio de la combustión.
La importancia de la tarea que teníamos a la vista me impulsó a emprender todo este trabajo, que me parecía destinado a provocar una revolución en… la química. Queda por hacer una inmensa serie de experimentos. — Antoine-Laurent Lavoisier, 20 de febrero de 1773
La combustión y el ataque al flogisto
En sus experimentos con fósforo y azufre, sustancias que se quemaban fácilmente, Lavoisier demostró que, al combinarse con el aire, aumentaban de peso. Con cal de plomo podía capturar una gran cantidad de aire, que se liberaba cuando se calentaba dicha cal. Para Lavoisier, que a estas alturas ya era escéptico, el flogisto no podía explicar estos resultados.
Aunque Lavoisier se dio cuenta de que la combustión involucraba al aire, la composición exacta del aire no se conocía por aquel entonces. En agosto de 1774, el eminente filósofo natural inglés Joseph Priestley se reunió con Lavoisier en París. Describió cómo, recientemente, había calentado cal de mercurio (un polvo rojo) y recogido un gas que hacía arder una vela de manera potente. Priestley creía que su "aire puro" mejoraba la respiración y hacía que las velas ardiesen por más tiempo porque estaba libre de flogisto. Por esta razón, llamó al gas que obtuvo de la descomposición de la cal de mercurio “aire desflogisticado".
Intrigado, Lavoisier repitió en París el experimento de Priestley con mercurio y otros metales. Finalmente llegó a la conclusión de que el aire común no era una sustancia simple. En cambio, argumentó, debía de haber dos componentes: uno que se combinaba con el metal y apoyaba la respiración, y otro que no apoyaba ni la combustión ni la respiración. En 1777, Lavoisier estaba listo para proponer una nueva teoría de la combustión que excluía el flogisto. La combustión, dijo, era la reacción de un metal o una sustancia orgánica con esa parte del aire común que denominó "eminentemente respirable". Dos años después, anunció a la Real Academia de Ciencias de París que había descubierto que la mayoría de los ácidos contenían este aire respirable. Lavoisier lo llamó oxígeno, combinando las dos palabras griegas para decir generador de ácido.
Lavoisier comenzó su ataque a gran escala contra el flogisto en 1783, afirmando que "el flogisto de Stahl es imaginario". Llamó al flogisto "un verdadero Proteo, que cambia de forma a cada instante", Lavoisier afirmó que era hora de "reconducir la química a una forma más estricta de pensar" y "distinguir lo que es hecho y observación de lo que es sistema e hipótesis". Como punto de partida, ofreció su teoría de la combustión, en la que el oxígeno juega un papel central.
Creencias previas sobre el flogisto
A mediados del siglo XVIII, la cuestión más urgente en química y física era determinar qué sucede exactamente cuando algo se quema. La teoría predominante era que los materiales inflamables contenían una sustancia llamada "flogisto" (de la palabra griega para quemar) que se liberaba durante la combustión.
La teoría afirmaba que cuando una vela ardía, por ejemplo, el flogisto se transfería de ella al aire circundante. Cuando el aire se satura con flogisto y no puede contener más, la llama se apaga. Respirar también era una forma de eliminar el flogisto de un cuerpo. Una prueba típica para determinar la presencia de flogisto era colocar un ratón en un recipiente y medir cuánto tiempo vivía. Cuando el aire del recipiente no aceptase más flogisto, el ratón moriría.
Antoine Lavoisier refutó la existencia del flogisto y ayudó a formar la base de la química moderna utilizando el descubrimiento del oxígeno de Joseph Priestley.
Surge una nueva química
En 1766, el inglés Henry Cavendish aisló un gas que llamó "aire inflamable", porque se quemaba con facilidad. Priestley notó que cuando el aire inflamable y el aire común se encendían con una chispa en un recipiente cerrado, una pequeña cantidad de "rocío" se formaba en las paredes de vidrio. Cuando Cavendish repitió el experimento, descubrió que el rocío era en realidad agua. Cavendish explicó los resultados intentando usar la teoría del flogisto y asumió que el agua estaba presente en cada uno de los dos aires antes de la ignición.
Para Lavoisier, la combustión significaba combinar una sustancia con oxígeno; sin embargo, algunos todavía seguían dudando de su nueva química, ya que no podía explicar la combustión del "aire inflamable". En junio de 1783, Lavoisier hizo reaccionar oxígeno con aire inflamable, obteniendo "agua en estado muy puro". Concluyó correctamente que el agua no era un elemento, sino un compuesto de oxígeno y aire inflamable (o hidrógeno, como se conoce ahora). Para respaldar su afirmación, Lavoisier logró descomponer el agua en oxígeno e hidrógeno. Ahora, conociendo la composición del agua, se podría eliminar la última objeción al descarte del flogisto.
Para Lavoisier, era el momento de "librar a la química de todo tipo de impedimento que retrase su avance", incluyendo una reforma que incluye un nuevo lenguaje. Louis Bernard Guyton de Morveau, Claude Louis Berthollet, Antoine François Fourcroy y Lavoisier adoptaron la idea de elemento, que había sido propuesta originalmente por Robert Boyle más de un siglo antes, pero que los científicos habían ignorado. Conservaron algunos nombres antiguos para muchos elementos y sustancias. Pero cuando un elemento se combinaba con otro elemento, el nombre del compuesto ahora reflejaba algo sobre su composición química. Por ejemplo, una cal era la combinación de un metal y oxígeno; por lo tanto, la cal de zinc se convirtió en el óxido de zinc. Lavoisier y sus colegas predijeron que si el nuevo sistema se "emprende sobre principios sólidos… se adaptará naturalmente a los descubrimientos futuros". Resistiendo la prueba del tiempo, las bases de este sistema todavía se emplean hoy en día.
El nuevo marco para la química de Lavoisier fue presentado para que todos lo vieran en el “Traité Élémentaire de Chimie”, publicado en París en 1789. Como si fuera un libro de texto, el Traité incorporó los fundamentos de la química moderna. Explicó la influencia del calor en las reacciones químicas, la naturaleza de los gases, las reacciones de ácidos y bases para formar sales y el aparataje utilizado para realizar experimentos químicos. Por primera vez, se definió la Ley de Conservación de la Masa, en la que Lavoisier afirmaba que "... en cada operación existe una cantidad igual de materia tanto antes como después de la operación". Quizás la característica más llamativa del Traité fue su "Tabla de sustancias simples", la primera lista moderna de los elementos entonces conocidos.
Lavoisier no esperaba que sus ideas fueran adoptadas de inmediato, porque pensaba que aquellos que creían en el flogisto "adoptarían nuevas ideas sólo con dificultad". Lavoisier puso su fe en la generación más joven, que estaría más abierta a nuevos conceptos. Dos años después, en 1791, los resultados fueron obvios. "Todos los químicos jóvenes", reflexionó, "adoptan la teoría, y por eso pienso que la revolución de la química ha sucedido". Su legado perdura más de 200 años después.
La vida de Antoine-Laurent Lavoisier (1743-1794)
"Lavoisier era un parisino de los pies a la cabeza y un hijo de la Ilustración", escribió el biógrafo Henry Guerlac. Hijo de Jean-Antoine y Émilie Punctis Lavoisier, ingresó en el Colegio de las Cuatro Naciones con 11 años. Allí recibió una sólida formación en artes y clásicas, y entró en contacto con la mejor ciencia de París. Lavoisier cedió a la influencia de su padre, abandonó su bachillerato en artes y estudió derecho, obteniendo el título de abogado en 1763. Pero su interés por la ciencia prevaleció, avivado por el geólogo Jean-Étienne Guettard, a quien conoció en el Colegio. Después de graduarse, comenzó una larga colaboración con Guettard en un estudio geológico de Francia.
Lavoisier mostró una preferencia temprana por las mediciones cuantitativas y pronto comenzó a aplicar su interés por la química al análisis de muestras geológicas, especialmente el yeso. Debido a su talento para los análisis cuidadosos y su prodigiosa producción, fue elegido miembro de la Academia de Ciencias a la temprana edad de 25 años. Al mismo tiempo, Lavoisier utilizó parte de la fortuna que había heredado de su madre para comprar una participación en la Ferme Générale, un grupo privado que recaudaba varios impuestos para el gobierno. Esta fatídica decisión más tarde le costaría la vida en el punto álgido de vida.
Se casó con Marie Anne Pierrette Paulze el 16 de diciembre de 1771; él tenía 28 años y ella 14. "El matrimonio fue feliz", según el biógrafo de Lavoisier, Douglas McKie. "La señora Lavoisier poseía una gran inteligencia; se interesó mucho por el trabajo científico de su marido y rápidamente empezó a participar en sus trabajos. Más tarde, lo ayudó en el laboratorio y dibujó bocetos de sus experimentos. Realizó muchas de las anotaciones en sus cuadernos de laboratorio. Aprendió inglés y tradujo varias memorias científicas al francés".
Lavoisier se involucró aún más en la vida pública en 1775, cuando fue nombrado uno de los cuatro comisionados de la Comisión de la Pólvora, encargado de reformar y mejorar la producción de pólvora. Lavoisier trasladó su residencia y laboratorio al arsenal de París. Durante casi 20 años, atrajo a muchos visitantes distinguidos. Dedicaba varias horas todos los días y un día completo a la semana a experimentos en su laboratorio. Según su esposa: "Fue para él un periodo de felicidad; algunos amigos que compartieron sus puntos de vista y algunos jóvenes orgullosos de ser admitidos a colaborar en sus experimentos, se reunían por la mañana en el laboratorio. Allí almorzaban; allí debatían... Fue allí donde se podía escuchar a este hombre con su mente precisa, su clara inteligencia, su gran genio, la altivez de sus principios filosóficos iluminando la conversación ".
Irónicamente, Lavoisier, el revolucionario químico ardiente, quedó atrapado en la red de intrigas de una revolución política. El Traité se publicó en 1789, el mismo año del asalto a la Bastilla, la infame prisión parisina. Un año después, Lavoisier se quejó de que "el estado de los asuntos públicos en Francia... ha retrasado temporalmente el progreso de la ciencia y ha distraído a los científicos del trabajo que es más preciado para ellos".
Lavoisier, sin embargo, no pudo escapar de la ira de Jean-Paul Marat, el inflexible revolucionario que comenzó a denostarlo públicamente en enero de 1791. Durante el Reinado del Terror, se emitieron órdenes de arresto para todos los miembros de la Ferme Générale, incluido Lavoisier. En la mañana del 8 de mayo de 1794, fue juzgado y condenado por el Tribunal Revolucionario como principal en la "conspiración contra el pueblo de Francia". Fue enviado a la guillotina esa tarde. Al día siguiente, su amigo, el matemático francés Joseph-Louis Lagrange, comentó que " llevó sólo un instante cortar esa cabeza, y llevará al menos cien años producir otra igual".
Lecturas adicionales
- Société Française de Chimie (Sociedad Francesa de Química; en francés)
- Antoine-Laurent Lavoisier (Fundación de Patrimonio de la Química; en inglés)
Inauguración del Lugar Emblemático Histórico y agradecimientos
Inauguración del Lugar Emblemático
La ACS y la Sociedad Francesa de Química inauguraron “Antoine-Laurent Lavoisier: La Revolución Química” como Lugar Emblemático Histórico Internacional en la Historia de la Química en la Real Academia de Ciencias de París el 8 de junio de 1999. La versión en español del texto de la placa presentado a la Academia de las Ciencias del Instituto de Francia dice:
En estos edificios, por aquel entonces llamados "Collège Mazarin" o "de las Cuatro Naciones", estudió Antoine-Laurent Lavoisier (1743-1794) desde 1754 hasta 1761. Fue elegido miembro de la Real Academia de Ciencias en 1768, donde presentó sus importantes estudios sobre el oxígeno en química. Estos comenzaron con un "pli cacheté" del 2 de noviembre de 1772 y, después de que probara experimentalmente la composición química del agua por el método cuantitativo, culminó con su abandono de la teoría flogística en 1785. En 1787, propuso los principios de un nuevo Méthode de Nomenclature Chimique, en colaboración con los químicos Guyton de Morveau, Berthollet y Fourcroy y con la ayuda de los matemáticos Monge y Laplace. La publicación de su “Traité Elémentaire de Chimie” dos años más tarde convenció a los químicos franceses y extranjeros de sus teorías. Sus trabajos, almacenados en los Archivos de la Academia de Ciencias, dan testimonio de la concepción y maduración de sus ideas revolucionarias, que están en los cimientos de la química moderna.
Agradecimientos
Adaptado para Internet de "The Chemical Revolution", producido por el programa de Lugares Emblemáticos Nacionales en la Historia de la Química de la ACS en 1999.
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Unidades Didácticas sobre los Lugares Emblemáticos (en inglés)
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