REFLEXIONES SOBRE EL
FLOGISTO
CALCINACIÓN DE LOS METALES
Antoine Lavoisier
Sandra
Milena Rodríguez Hernández.
Maestría en Docencia de la Química - Universidad Pedagógica Nacional
El proceso de la combustión y el fuego ligado al proceso en muchas de sus manifestaciones, es un fenómeno que ha sido estudiado y se le ha dado diferentes explicaciones a lo largo de la historia, Aristóteles, por ejemplo veía el fuego como uno de los cuatro principios formadores de la materia, los otros principios eran: tierra, aire y agua, principios que tuvo en cuenta Johan Bécquer para dar su explicación sobre la constitución de la materia, aunque con una visión diferente de ellos, para él, el fuego era considerado solo un agente de transformación de las sustancias en otras, después este trabajo fue retomado por su discípulo Ernst Stahl y a partir de él, propuso su teoría del flogisto, la cual tuvo vigencia por más de setenta años, con ella se explicaba el proceso de la combustión.
Para Stahl el flogisto era un principio presente en todos los cuerpos que les confería la capacidad de inflamarse o quemarse, al realizarse dicho proceso el flogisto se perdía, pero este podía ser recuperado si el cuerpo calcinado se mezclaba con una sustancia rica en flogisto que se lo devolviera. Pero esta teoría tenía muchas incongruencias una de ellas consistía en que no daba una respuesta razonable al aumento de peso que se presentaba al momento de la calcinación de los metales, si perdía el flogisto al realizarse la calcinación ¿por qué la cal obtenida tenía un peso mayor al del metal de partida? Lo que era un hecho contradictorio.
Para Lavoisier la teoría del flogisto propuesta por Stahl produjo un retraso en el desarrollo de la química, ya que no daba una explicación satisfactoria a dicho proceso, por lo cual, emprendió toda una empresa para demostrar el porqué del aumento del peso de la cal obtenida después de la calcinación del metal, así como la explicación de todos los factores que podían considerarse que intervenían en él, a su vez, defensores de la teoría del flogisto como Macquer y Baumé, intentando dar una nueva explicación a este fenómeno y mantener vigente la teoría, proponían diferentes formas del flogisto según la experiencia realizada, lo mostraban como un principio variable, que se comportaba diferente, acorde a la experiencia, para explicar de una manera satisfactoria el aumento de peso o la no variación de este en el momento de una calcinación o una reducción, lo cual, resultaban ser explicaciones contradictorias entre la teoría y la realidad
Lavoisier propuso y sustento toda una serie de explicaciones relacionadas con la formación de los fluidos aeriformes y su descomposición y de la combustión de los cuerpos simples y de la relación con estos fluidos. Para empezar se debe tener en cuenta, que en este entonces los cuerpos se consideraban constituidos por moléculas, y que si se encontraban en estado sólido o liquido al ser calentados, aumentaban de extensión en todas sus dimensiones, refiriendo este fenómeno como una ley general y constante en la naturaleza. Al ser calentado un cuerpo desde el estado sólido hasta el estado líquido se notaba el aumento que este podía sufrir hasta el estado aeriforme, y al suspender el calentamiento el cuerpo volvía a su estado, dimensiones y temperatura inicial, razón por la cual, supuso que los cuerpos no pueden llegar a un estado de frialdad absoluta, debido a que las moléculas no pueden estar totalmente unidas, no llegan a tocarse entre ellas dejando espacios, los cuales están ocupados por calor. Ahora si solo existiera este calor ocupando el espacio entre las moléculas, no sería posible que se diera el estado sólido ni líquido, ya que las moléculas tenderían a separarse, entonces se induce que hay una fuerza contraria a este fluido que mantienen unidas las moléculas que permiten que los cuerpos se conserven en el estado sólido o líquido, una fuerza de atracción. Entre estas dos fuerzas la repulsiva (calor) que separa a las moléculas y ocupa el espacio entre ellas y la atractiva que une las moléculas existe un equilibrio que puede romperse para obtener los diferentes estados de los cuerpos, si se aumentan las fuerzas repulsivas el cuerpo deja de ser un sólido y si las fuerzas de atracción aumentan se obtiene el sólido. Todos los cuerpos en la naturaleza se comportarían acorde al planteamiento anterior, dependiendo al grado de calor al que estén expuestos. Este comportamiento se atribuye y se explica debido a una sustancia real y material de un fluido muy sutil que se encuentra entre las moléculas y que permite que estas se separen unas de otra. El calor y este fluido sutil son dos cosas diferentes para Lavoisier, el calor es el que hace que el fluido existente entre los espacios que dejan las moléculas de los cuerpos aumente y haga la separación de las moléculas para llegar a los cambios de un estado a otro, para lo cual dice: “siendo esta sustancia, sea la que fuese la causa del calor, ó en otros términos, siendo la sensación la que llamamos calor el efecto de la acumulación de eta sustancia, no podremos en un lenguaje riguroso darle el nombre de calor; porque una misma denominación no puede expresar la causa y el efecto”. Para diferenciar uno del otro le asignó a esta sustancia el nombre de fluido ígneo o materia del calor, al cual consideraba un fluido eminentemente elástico. Ahora este fluido elástico era una sustancia sutil que penetraba los poros de las sustancias conocidas, que no había recipientes capaces de contenerlo sin que hubieran perdidas de él, y el hacerle seguimiento para poder observarlo era muy difícil debido a que no es algo palpable y escapaba con facilidad.
Lavoisier planteo una tercera fuerza que mantenía unidas las moléculas en los cuerpos, la presión de la atmosfera la cual no permitía que los sólidos hicieran una transición directa hasta el estado aeriforme al ser sometidos a un mínimo aumento del calor, de igual forma no existirían el estado aeriforme debido a que las fuerzas de atracción serian vencidas por el fluido ígneo y se dispersarían indefinidamente.
Todos los cuerpos no tienen la misma capacidad de absorber este fluido ígneo, unos absorberán más otros menos, depende del distanciamiento entre sus moléculas, la cual está dado por el equilibrio existente entre las fuerzas de atracción y repulsión, esta relación se le dio el nombre de la capacidad de un cuerpo para contener la materia del calor, aquí Lavoisier utiliza como analogía la madera para explicar la absorción del fluido ígneo en los cuerpos, dos trozos de madera de igual volumen, sumergidos en agua, uno poroso y uno denso, el trozo de madera poroso absorberá una mayor cantidad de agua y el trozo de madera denso una menor cantidad, pero hace la salvedad que también hay maderas resinosas y porosas, que aunque tengan espacio para absorber agua no lo harán en gran medida por su falta de afinidad con el agua, de aquí que según las cualidades de la madera absorberán el agua, para determinar la cantidad de agua absorbida basta con determinar el aumento del peso de los trozos de madera, pero queda la incógnita de la cantidad absoluta de agua que contienen puesto que estos ya tenían una parte en su interior, igual sucede con los cuerpos sumergidos en el fluido ígneo, con la diferencia que este es está dotado de gran elasticidad y no es un fluido incomprensible como el agua lo que causa que haya variedad de resultados.
A partir de esta explicación Lavoisier hace la diferenciación de los tipos de calor que se pueden encontrar relacionados a todos los cuerpos:
- El calor libre que no hace parte de ningún cuerpo, pero como los cuerpos tienen afinidad con el fluido ígneo, realmente nunca se va a encontrar en estado libre.
- El calor combinado es aquel que contienen los cuerpos y esta mediado por la afinidad, igual se encuentra en el estado sólido.
- El calor sensible es la capacidad que se tiene de sentir el movimiento del fluido ígneo por los órganos de los sentidos, cuando este está, pasando de un cuerpo cálido a uno frio.
- Capacidad de contener la medida de calor es la medida de la capacidad que puede recibir cada cuerpo por un aumento cualquier de la temperatura.
Estas definiciones
relacionadas con el fluido ígneo y las fuerzas atractivas que hay entre las
moléculas, son los argumentos de Lavoisier para explicar la formación de los
fluidos aeriformes, los cuales muchos se encuentran en la atmosfera, gracias a
las condiciones de temperatura y presión que les permiten estar en ese estado.
Al ser el aire atmosférico la sustancia más conocida, Lavoisier recurre a determinar las partes constitutivas de este aire a partir de la composición y descomposición del mismo, para lo cual realiza un experimento con la calcinación del azogue (mercurio), utilizando el siguiente montaje
Para lo cual tuvo en cuenta:
una cantidad fija de azogue (4 onzas) una cantidad de aire inicial dentro del
sistema (50 pulgadas cubicas) la temperatura, presión y fuego constante por un lapso de doce días sin interrupción a manera que el
mercurio estuviese a punto de hervir, realizando un seguimiento diario del
experimento noto desde el segundo día
la formación de partículas en la superficie del mercurio las
cuales aumentaron en número y tamaño
durante cinco días más, después de esto no noto ningún cambio, al cabo
de doce días ceso el calentamiento y dejo enfriar el sistema. El aire contenido dentro del sistema disminuyo
de 42 a 43 pulgadas cúbicas y el peso de las partículas formadas sobre el
mercurio fue de 45g, al hacer el análisis del aire que quedo dentro del sistema
no era apto para la respiración ni la combustión y apagaba las luces. Con esta
se evidencia la producción del CO2, durante la calcinación.
Las partículas formadas en la superficie del mercurio fueron llevadas a otro montaje diseñado para recolectar los líquidos y fluidos aeriformes, al ser sometido al calentamiento, estas partículas se fundieron poco a poco y por condensación se obtuvo 41g de mercurio y se produjeron de 7 a 8 pulgadas cubicas de un aire más puro que el aire atmosférico, mantenía la combustión y permitía la respiración de los animales, al trasvasar este aire a un tubo de cristal se evidencio que avivaba la llama de una vela, y que al introducir en el un carbón encendido en vez de quemarse lentamente ardía en este aire con llama y con gran liberación de luz.
Con este experimento de descomposición demostró que el aire está constituido por la mezcla de dos gases, y que al realizarse la calcinación del mercurio este absorbe la parte respirable del aire, y el residuo es un aire no apto para la respiración y la combustión. Para confirmar la veracidad del experimento, combino nuevamente la aire respirable con el aire no respirable y obtuvo nuevamente un aire semejante al de la atmosfera, en el cual se podía dar la combustión, la calcinación de los metales y la respiración de los animales.
Sobre este experimento Lavoisier argumenta que no es posible evidenciar el desprendimiento de la luz y el calor debido a la larga duración del mismo y que el calor producido por el horno se mezcla con el liberado en la calcinación del mercurio, para lo cual propone un segundo experimento basado en la experiencia realizada por Mr Ingenhouz calcinando un alambre de hierro en presencia del aire respirable.
Al montaje de Mr Ingenhouz le realiza una adecuación para poder
realizar una observación más detallada, de la cual obtiene que el hierro al
arder en su totalidad se libera una luz blanca y brillante y que el calor
resultante derrite el hierro, y haciendo una nueva modificación al montaje se
puede determinar el aumento del peso del hierro fundido por este experimento y
la cantidad de aire que queda sobrante.
Teniendo en cuenta los resultados de sus pruebas experimentales de
la calcinación del mercurio y el hierro, Lavoisier propone cuatro fenómenos
principales que acompañan a la combustión, un factor indispensable para que se
dé la calcinación.
- No hay combustión real, con desprendimiento de llama y luz, más que cuando el cuerpo combustible está rodeado de aire vital y en contacto con él; no solamente la combustión no se produce en el vacío, ni en ninguna otra clase aire, sino que cesa cuando en ellos se sumerge un cuerpo inflamado o encendido, de la misma manera que si se lo sumergiera en el agua;
- En toda combustión hay absorción del aire en que se realiza la combustión, y, si se opera en aire vital muy puro, se llega, tomando las precauciones convenientes, a absorberlo totalmente
- En toda combustión hay aumento de peso del cuerpo quemado, y este aumento es exactamente igual al peso del aire que ha sido absorbido;
- En toda combustión hay desprendimiento de calor y de luz.
Estos cuatro fenómenos relacionados con la combustión los pudo
establecer gracias al control que realizó en sus experiencias, creando
instrumentos para diseñar montajes que le permitieron:
- Controlar y cuantificar la cantidad de aire presente en los sistemas analizados.
- Cuantificar la masa de los metales consumidos y las cales obtenidas.
- Determinar que una parte del aire atmosférico se fijaba al metal durante la combustión lo cual explica el aumento de su peso al formar la cal.
- Determinar la composición del aire atmosférico el cual está constituido por una parte respirable, que es propicio para la combustión y otra no respirable en la cual es imposible realizar la respiración y la combustión.
- Demostrar que en ausencia del aire vital la combustión no es posible.
- Que todas las combustiones se rigen por el mismo proceso.
- Desmentir la teoría del flogisto.
El trabajo de
Lavoisier da un nuevo rumbo a la química, ya que deja de confiarse y basarse en
los resultados meramente cualitativos y se empieza a dar cabida a los procesos
sistemáticos, verificables y cuantificables, que permiten dar explicaciones
razonables y demostrables de los procesos para sustentar una teoría. En este
caso específico con el fenómeno de la combustión como el mismo lo argumenta:
“No solamente demostré entonces que el aumento de peso era una de las condiciones de toda calcinación metálica, sino que probé que esta misma ley se aplica a todas las combustiones; que el azufre, el fósforo, y todos los cuerpos combustibles en general aumentan de peso al quemarse y que este aumento se debe a la combinación y a la fijación de aire”.
- Lavoisier, A.L. (1798). Tratado elemental de química; traducido al castellano por Juan Manuel Munarriz. Recuperado. http://fondosantiguos.com/obra/425/tratado-elemental-de-quimica.
- Lavoisier, A.L. Reflexiones sobre el flogisto. Recuperado https://www.dropbox.com/home/ELECTIVA%20AN%C3%81LISIS%20DE%20TEXTOS%20HIST%C3%93RICOS%2020172%20MDQ/Textos%20Originales%20Sugeridos?preview=fragmentos+de+Lavoisier.pdf
