La obra de Lavoisier

  

   Antoine Lavoisier fue un investigador brillante. No sólo resaltó por la exactitud y precisión con que realizaba sus experimentos, sino por toda la metodología empleada en sus investigaciones, y por la claridad de sus conclusiones e interpretación de los hechos experimentales. Su espíritu científico comprendió la necesidad de la medición exacta para el reporte de las conclusiones experimentales. Realizaba cuidadosas revisiones bibliográficas para planificar , y no dudaba en repetir una y otra vez, los experimentos de sus contemporáneos para verificar sus resultados.

 

   Interesado en el fenómeno de la combustión y la calcinación de los metales, conoció de los trabajos de Boyle y percibió la contradicciones existentes entre los reportes de distintos investigadores, especialmente entre los trabajos de Guyton de Morveau  y los resultados de Stephen Hales. En 1772, Morveau demostró que todos los metales ganaban en peso al transformarse en sus respectivas cales, mientras que Hales planteaba que los metales contenían cierta clase aire, que era expulsado durante la calcinación.

 

   Lavoisier comienza a estudiar la combustión del fósforo en aire y observa este proceso produce una gran cantidad de humo blanco. Bajo las concepciones imperantes, Lavoisier interpreta este resultado como alguna forma de flogisto. Observó que el humo producido era ácido y encontró, para su sorpresa que estos humos pesaban más que el fósforo de partida, a pesar de que se suponía que el flogisto era muy ligero o tenía masa negativa. Experimentos semejantes desarrolló con azufre, obteniendo resultados similares.

 

   Lavoisier también calcinó estaño y plomo, en recipientes abiertos, llegando a las mismas conclusiones. Algo se fijaba a los metales durante su calcinación. Reportó asimismo, que cuando el litargirio (óxido de plomo IV) se calentaba con carbón, se liberaba una gran cantidad de aire.

 

   El primero de noviembre de 1772, Lavosier depositó una nota sellada en la Secretaría de la Academia de Ciencias de Francia, en la que reportaba que la calcinación de los metales, y la combustión del azufre y el fósforo, eran ejemplos de una reacción general, en la que las sustancias ganaban en peso debido a que fijaban aire. De esta manera realiza la conexión entre calcinación y combustión, que ya había sido sugerida por Stahl, y establece que parte del aire se combinaba con el metal, incrementando su masa.

 

   En febrero de 1773, Lavoisier conoció de los trabajos de Black acerca de la respiración y el crecimiento de las plantas, la calcinación y la combustión, e interpreta sus resultados en términos del aire fijo (dióxido de carbono) de Black.

 

Metal  + aire fijo (CO2)    =  Cal

Cal   +  C   =  Metal + aire fijo

 

   En ese momento, Lavoisier desconoce la posibilidad de reducir las cales (óxidos), sin la presencia del carbono.

 

   En abril de 1774, Lavoisier repitió los experimentos de Boyle con el objetivo de refutar la hipótesis de que el incremento en peso de los metales durante la calcinación se debía a la incorporación de partículas de fuego, como había supuesto Boyle. Colocó muestras pesadas de estaño y plomo en recipientes, expulsó parte del aire, selló y pesó el recipiente conteniendo la muestra. Calentó los recipientes hasta que el metal se transformó en cal, y pesó nuevamente los frascos antes de abrirlos. Tal y como esperaba, el peso del recipiente no había variado durante la reacción, por lo que los átomos de fuego no habían atravesado el vidrio del recipiente, ni se habían incorporado al metal. Al abrir los recipientes, observó que penetraba aire dentro de los mismos, y que el recipiente abierto pesaba más. Obviamente parte del aire en el interior de los recipientes había sido empleado en la calcinación. Finalmente, Lavoisier pesa la cal obtenida, y demuestra que el incremento en peso del metal calcinado era igual al peso del aire extra que había penetrado dentro del recipiente una vez abierto. Pensando en términos del aire fijo o cualquier otro vapor ácido, Lavoisier deduce que la reacción de calcinación era una combinación del metal con la parte ácida del aire. Con este resultado Lavoisier demuestra la Ley de Conservación de la Masa en las reacciones química, que ya había sido enunciada con anterioridad por Lomonosov, pero cuyo crédito se le atribuye a Lavoisier por la repercusión de sus trabajos.

 

   En el otoño de ese propio año Lavoisier conoce del propio Priestley acerca del descubrimiento del nuevo gas, el aire desflogisticado, obtenido por calentamiento de las cales rojas del mercurio y del plomo. Aire, que no era el aire nitroso (NO), ni el aire fijo (CO2), ya que era capaz de mantener la combustión, y en su atmósfera las bujías ardían más violentamente que en el aire normal. Esta reacción significaba la posibilidad de reducir las cales por calentamiento, sin la presencia de carbono.

 

   En marzo de 1775, Priestley que había continuado sus estudios sobre el aire desflogisticado, concluye que el aire ordinario era una mezcla de éste con flogisto, publicando sus resultados. Scheele, quien también había descubierto el nuevo gas, llega a conclusiones idénticas, planteando que el aire era una mezcla de dos sustancias, una activa y otra inerte.

 

   Casi inmediatamente Lavoisier dedica su atención al nuevo aire, y según su costumbre, repite los experimentos de Priestley, descomponiendo las cales rojas de mercurio y plomo. En 1776, Lavoisier se convence de que efectivamente el aire ordinario era una mezcla de gases, uno de los cuales era el principio activo de la combustión, determinando su composición en un 27% de aire respirable y 73 % de aire no respirable (la composición real del aire es 21% de oxígeno y 78% de nitrógeno).

 

   De acuerdo a sus ideas sobre la acidez, refiere que el nuevo gas, era el principio ácido que componía a todas las sustancias ácidas, y denominó al nuevo aire oxígeno, término que proviene del griego y que significa "formador de ácidos".

 

   Finalmente, en 1777, Lavoisier publica su teoría de la combustión, según la cual la combustión y la calcinación, no eran más que reacciones de combinación de las sustancias con el oxígeno. Asimismo, Lavoisier interpreta el aire fijo (CO2), como una combinación del carbono y el oxígeno, por lo que la reducción de las cales con carbón, reacción que muchos científicos conocían como el reverso de la calcinación y que el propio Lavoisier había estudiado, no era más que la transferencia del oxígeno de la cal al carbón.

 

   Aunque muchos químicos aceptaron la teoría de la combustión de Lavoisier y la validez del método experimental empleado en su demostración, el destierro de la idea del flogisto no fue inmediata, e incluso hubo intentos de adecuar ambas teorías, suponiendo que el oxígeno se transfería de una sustancia a otra, sólo como resultado de una transferencia de flogisto, en la cual la pérdida de flogisto por parte de una sustancia era la fuerza motriz de la reacción. Esta lucha de ideas, demuestra una regularidad en el desarrollo de la ciencia que fue planteada por Max Planck :" ...una nueva verdad científica no triunfa porque logra convencer a sus opositores y hacer que vean las cosas con claridad, sino más bien porque sus opositores acaban por morir y surge una nueva generación que se familiariza con la nueva verdad..." . La teoría del flogisto murió con los flogicistas y la teoría de Lavoisier fue entonces aceptada.

 

   Uno de los experimentos que acabaron de afirmar la teoría del Oxígeno de Lavoisier provino de un convencido flogicista, Cavendish. Cavendish encontró que la combustión de una mezcla de aire común y aire inflamable producía agua, destruyendo la creencia arraigada desde tiempos inmemorables de que el agua era un elemento. Cavendish interpreta sus resultados a la luz de la teoría flogística, el aire inflamable era flogisto casi puro y el aire desflogisticado estaba carente de él, la formación del agua se producía al incorporar el flogisto el aire desflogisticado. Parece un trabalenguas y es mucho más sencillo aceptar la interpretación dada por Lavoisier: el agua era una combinación del aire inflamable con el oxígeno. El aire inflamable es entonces denominado hidrógeno, del griego, engendrador de agua.

 

   Una vez conocida la composición del agua, Lavoisier puede explicar la naturaleza de otras dos reacciones químicas: 

 

Metal  +  Ácido  =  Sal  +   aire inflamable

Cal  +   Ácido =  Sal  +  agua

 

   Un metal reaccionaba con los ácidos produciendo sal y desprendiendo hidrógeno, mientras que la cal del metal reaccionaba con el ácido formando la misma sal pero sin formar el aire inflamable. Se desconocía que esta última reacción producía agua, pues al tener lugar en disolución la cantidad de agua formada no era detectable. Lavoisier logra demostrar la formación del agua en la neutralización.

 

   Los trabajos de Lavoisier en relación con la nueva Química, no se limitan a analizar el fenómeno de la combustión, sino que sienta las bases para la interpretación de las reacciones de combinación, descomposición e intercambio, y define el elemento químico como aquella sustancia que no puede se producida ni descompuesta a partir de otras. Por supuesto, Lavosier es incapaz de establecer las diferencias entre el concepto de elemento y el de sustancia simple, lo cual no fue posible hasta el desarrollo de la teoría atómica.

 

   Lavosier funda la termoquímica, al establecer  la ley que lleva su nombre, y según la cual el calor absorbido durante la descomposición de una sustancia es el mismo que el que se desprende en su formación.

 

   La búsqueda de la composición de los compuestos químicos hizo necesario establecer un sistema para nombrar los compuestos atendiendo a ésta. No era posible seguir nombrado los compuestos de una forma trivial. Lavoisier, conjuntamente con investigadores de la talla de Guyton de Moerveau., Claude Berthollet  y Antoine de Fourcroy, emprenden esta tarea, y en 1787 publican el libro Methode de Nomenclature Chimique (Método de Nomenclatura Química). La sistematización de la nomenclatura en función de la composición de los compuestos químicos tuvo una enorme repercusión en la forma de pensar de los químicos, y fue rápidamente aceptada.

 

   La obra de Lavoisier fue recogida en el texto Traité èlementaire de chimie, (Tratado Elemental de Química) publicado en 1789, el cual resultó una combinación de los reportes de sus investigaciones, un libro de texto y a su vez, manual de laboratorio. En el tratado aparece la primera tabla de elementos químicos.

 

   Lavosier no escapa a consideraciones erróneas de los fenómenos como la luz y el calor, los que considera como corpusculares, y así su tabla de elementos comienza justamente con el calórico. Otra hipótesis equivocada de Lavoisier fue considerar que todos los ácidos contenían oxigeno, idea que fue refutada por su colega Berthollet.

 

   Lavoisier incursiona también en la fisiología por sus estudios acerca de la respiración animal y vegetal, que realiza junto a Laplace y a Seguin, esclareciendo el papel del oxígeno en la combustión de los compuestos de carbono de los organismos vivos.

 

   Lavoisier es una figura central en el establecimiento de la Química como ciencia. Sin embargo, vale señalar que Lavoisier no realizó por si mismo ningún descubrimiento crucial, la mayoría de los hechos que pusieron en jaque la teoría flogística se deben a otros investigadores como Priestley, Scheele, Cavendish, Bayen, e incluso observaciones anteriores como las de Boyle y Lomonosov. Su genialidad radica en detectar las contradicciones entre ellos, aplicar con minuciosidad el método científico y no enturbiar los resultados con interpretaciones apriorísticas. Su aporte está en la organización y sistematización de los descubrimientos y hechos científicos en un nuevo sistema conceptual. Como plantea Engels, "... Lavoisier se puso a investigar a la luz de este nuevo hecho toda la química flogística... y así fue como enderezó la química, que bajo su forma flogistica estaba vuelta al revés..."