🔬👨‍🔬⚗️Surgimiento de la Química como Ciencia. Segunda Parte. «De la suposición, a la Evidencia Experimental»

Bienvenidos nuevamente queridos lectores.

Antes de iniciar, vale la pena hacer un breve resumen de las tres últimas entregas: Surgimiento de la Química como Ciencia, Método Científico y Sociedad del Conocimiento, de manera de organizar, comprender y refrescar los objetivos perseguidos con la información socializada en ese entonces. 

En la primera entrada se presentó un breve resumen de la evolución de la Química. En primer lugar, los filósofos ofrecían respuestas a las interrogantes generadas al observar Fenómenos, pero no lograron satisfacer las demandas de las mentes más exigentes. Se cambió del modelo de la suposición a uno que generaba  respuestas concretas, basadas en la evidencia física, permitiendo el crecimiento del Conocimiento Científico, pero luego fueron apareciendo nuevas teorías que desafiaban las ya establecidas, por lo que fue necesario, dar un orden y rigurosidad a las nuevas ideas. La comunidad científica encontró una respuesta inteligente en el llamado Método Científico mencionado en la segunda entrega.

Hoy en día gracias a los avances en las Tecnologías de Información, es posible el acceso a trabajos de grandes personajes de la Ciencia, pero el lenguaje utilizado es muy técnico, ya que está orientado a un grupo o panel de especialistas en el área de estudio. Para socializar estos aportes, se emplea la divulgación, en un lenguaje más amigable, con la finalidad de despertar en los ciudadanos un cambio de actitud y aptitud, es decir, no sólo motivar la búsqueda de información de carácter científico, sino también adoptar hábitos generados de las prácticas de experimentación, que permitan posteriormente Innovar y adecuarse al nacimiento del nuevo conocimiento.

Introducción

La breve síntesis plasmada refleja que la cimentación del saber científico no es un hecho simple, por el contrario, se requiere de la colaboración y aportes de grandes mentes en distintas áreas de estudio: Matemática, la Física, Química y la Biología, que mediante un Aprendizaje Cooperativo construyeron las bases del conocimiento.  Por tal motivo, es pertinente rendir un pequeño homenaje a aquellos gigantes que revolucionaron la Ciencia, dando un vistazo a sus trabajos, mencionando sus aportes y la trascendencia de los mismos en la ciencia que hoy conocemos.

En esta entrada y en las posteriores se abordarán importantes hechos históricos ocurridos en el siglo XVIII, haciendo énfasis en el surgimiento de la Química Moderna. Diferentes autores citan como su máximo representante al francés Antoine Laurent Lavoisier [1]. Gracias a sus contribuciones se derribaron paradigmas profundamente arraigados en las mentes Alquimistas, como la teoría del Flogisto y la transmutación de los Cuatro Elementos.  Además, propicia una perspectiva distinta al uso de la balanza, empleándola como evidencia experimental, donde categorías como Exactitud y Precisión fueron importantes en ese entonces y se mantendrán vigentes en la actualidad [2]

El siguiente diagrama presenta la estructura, ideas y contenido que se plasmará y socializará en las entregas, dando al lector una perspectiva general de los objetivos que se persiguen.

^{⚛️ Imagen 1. Diagrama conceptual sobre Surgimiento de la Química. Autor: @wilmer14molina}

Antes de entrar en detalles de los aportes de A. Lavoisier, es necesario hacer una construcción epistemológica de las diferentes percepciones que se tenía sobre la materia y su constitución, en la Edad Media.

Constitución de la Materia en la Antigua Grecia [3]

Entre los años 500 a 300 a.C, se dieron participaciones importantes en área de Química por parte de los Filósofos Griegos. Con un método teórico o especulativo partieron de lo visible, llegando a la conclusión que los cuerpos estaban formados por unos pocos elementos. Empédocles de Agrigento (483 a 430 a.C) establece que estos elementos son el «agua, el aire, la tierra y el fuego». Posteriormente, Aristóteles (384 a 322 a.C) agrega un quinto, «éter», presente en el espacio celeste.

^{⚛️ Imagen 2. Constitución de la materia en la Antigua Grecia. Fuente: Pixabay Autor: @wilmer14molina}

Otros partieron de lo no observable, postulando la existencia de partículas diminutas.  Leucipo de Mileto (460 a 370 a.C), afirma que la materia no puede dividirse indefinidamente, que llegaría un instante en donde se obtendría una partícula que no podría seguir dividiéndose. Demócrito de Abdera (460 a 370 a.C) discípulo de Leucipio, dio a esta partícula el nombre de átomo (del griego a=sin y tomos=división). También afirmó que los átomos se diferenciaban en tamaño y forma, y que esta diferencia era la razón por la cual la materia presentaba diferentes propiedades. Al asumir la existencia de estas partículas, supone que la materia no es continua, sino discreta, es decir, con espacio entre partículas.  Para Aristóteles, no existía el vacío, por lo que no era seguidor de esta teoría, y cómo era el pensador más influyente de la Edad Media, el atomismo perdió seguidores [4].

El pensamiento Alquimista

Entre los siglos XVI y XVII prosperó la química médica o «Iatroquímica» desarrollada por el medico suizo Teofrasto Bombast vo Hohenheim conocido como Paracelso (1493-1541 d.C) [3]. Esta consistía en el uso de mercurio, azufre, hierro láudano, derivados de plomo, zinc y arsénico para tratar enfermedades. Sus postulados se basaban en que la materia estaba constituida por tres principios «Sal, Mercurio y Azufre», doctrina conocida como «Tría Prima» [2]. Para este personaje los metales estaban constituidos por dos principios Mercurio y Azufre, pensaba que el brillo y la fluidez era aportada por el «principio Mercurio» y la inflamabilidad por el «principio Azufre». De alguna manera, este postulado se conecta con el pensamiento griego. El azufre con el fuego, «seco, caliente e inflamable». El mercurio con el agua, «frío y húmedo» y la sal con la tierra, «frío y seco» [2].

^{⚛️ Imagen 3. Constitución de la materia según la Alquimia. Autor: @wilmer14molina}

Con la práctica experimental se presenta un problema para muchos de los científicos del siglo XVIII, al no tener una idea clara de la constitución de los materiales, aflora la confusión, tratando de describir sus observaciones, por lo que emplean una terminología propia, basado en las características antes mencionadas «aire inflamable», por ejemplo. Algunos nombres usados por los alquimistas se conservaron en el periodo moderno, por ejemplo, el aceite de vitriolo para referirse al ácido sulfúrico y vitriolo azul para el sulfato de cobre [3].

Transmutación de la Materia

A pesar de que existía cierto consenso de que algunas sustancias tendrían que ser más fundamentales que otras, había opiniones divididas si en verdad era posible que estos elementos podrían convertirse unos a otros, fenómeno conocido como «Transmutación».

La evidencia en el siglo XVIII indicaba que algunos materiales se transforman en otros al ser sometidos a diferentes procesos. Por ejemplo, la obtención de metal a partir de «minerales rocas» [2]. 

Para la época, un fenómeno conocido y aceptado era la transmutación del agua en tierra. Los estudios del químico y alquimista Jan Baptista Van Helmont (1577-1644) sobre el crecimiento de plantas, entre ellas «el Sauce» catapultaron esta teoría [2].

Mediante un diseño experimental controlado, se dispuso a probar la hipótesis de que, con sólo agregar agua, la planta crecería y ganaría materia «el agua agregada se transforma en tierra». Por un tiempo de cuatro (04) otoños, regó de agua a un macetero que disponía una cantidad fija de tierra y un vástago de Sauce (ambos previamente pesados). Observó no sólo el crecimiento, sino que la cantidad de tierra en el macetero permaneció invariable durante el experimento, concluyendo que el agua podía transmutarse en materia orgánica o tierra. Además, supone que la tierra no es un elemento puro porque ésta se disuelve en medio ácido. Por este motivo, era partidario de la idea que la materia estaba constituida únicamente por aire y agua [5]

^{⚛️ Video 1. Estudios de J.B. Van Helmont, Crecimiento del Sauce. Autor: @wilmer14molina}

En el periodo comprendido de 300 a.C hasta el año 1650 d.C el conocimiento de las ciencias, en especial la química, fue avanzando gracias primeramente al aporte de los griegos y seguidamente por la participación de los alquimistas. Esto fue posible por la difusión y traducción de los textos griegos a otros idiomas, primeramente, al árabe y seguidamente al latín, por lo que el saber se extendió desde Grecia a Egipto y Europa [3]

Los diferentes paradigmas del pensamiento químico en Europa estaban influenciados por la alquimia, pero fue hasta el siglo XVII que los científicos de la época comenzaron a cuestionarla. Robert Boyle (1627-1691) en su obra «el químico escéptico» publicada en 1661, recalca que la teoría química tiene que obtenerse a partir de la evidencia experimental [3]

En este periodo de la historia entra en escena el químico Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794)

Nacido de una familia pudiente Parisina, se formó inicialmente en el área de Derecho, pero sus mayores aportes derivan de su posterior formación en el área de Química. Recibe la Medalla de Oro de la Academia de Ciencias por su trabajo sobre iluminación de la ciudad de París. A temprana edad pasa a formar parte de la Academia Francesa y para 1785 se convierte en su Director.

Este científico se destaca por su enfoque no teórico [6] y por rigurosidad en la medición de pesos de cada material que emplea en sus experimentos, este proceder posiblemente se derive de sus actividades diarias en Ferme Générale [7], una compañía de gran importancia en Francia dedicada a la recaudación de impuestos y que cimentó su posición al casarse con Marie Anne Pierrette Paultze (1758-1836) hija de otro socio de la Ferme. A la postre se convertiría en su secretaria, ayudante de laboratorio y traductora de trabajos científicos escritos en inglés [8]

^{⚛️ Imagen 4. Antoine Lavoiser y su Esposa Marie Pierrette Pailtze. Autor: @wilmer14molina Fuente Wikimedia Commnos: CC0 BY 1.0}

Primeros pasos para un cambio «Potabilidad del Agua, un problema aparente»

En Europa era un hecho que someter el agua pura repetidamente a calentamiento a temperatura de ebullición, en recipientes de vidrio cerrados y por prolongados periodos de tiempo, se obtenía un residuo sólido en el fondo del recipiente. La interpretación de este fenómeno surge del trabajo de J.B. Van Helmont, el agua se transmutaba en tierra [9]

Para A. Lavoiser esta interpretación representaba problemas prácticos. La potabilidad del agua de manantial se confirmaba con la aparición de un residuo sólido o impureza. Si el agua pura se transmutaba en tierra, el test carecía de confiabilidad. Por lo que fue necesario considerar otra hipótesis, por ejemplo ¿y si el residuo sólido viene de otro lugar y no del agua? [9]

^{⚛️ Imagen 5. Formación de residuos posterior a la purificación del agua. Autor: @wilmer14molina}

Para probar la hipótesis, modificó el diseño experimental empleado en la potabilización del agua, empleando un matraz de destilación llamado pelícano, permitiendo la evaporación y posterior condensación del líquido dentro del mismo recipiente. Pero a diferencia de la metodología tradicional, tomó nota de los pesos de todo el equipo y materiales (agua y matraz) antes y después de la experimentación, procedimiento similar al empleado por J.B Van Helmont. Hizo hervir el agua por un tiempo de 101 días, finalmente destiló, midió y pesó el agua, encontrando que no presenta variaciones en su peso. Posteriormente, registró el peso del matraz junto con el depósito polvoriento y observó el mismo peso inicial del balón de destilación. Estas evidencias permitieron concluir que el residuo proviene del vidrio y no del agua, como aseguraban los alquimistas [9]. De manera indirecta, se puede inferir la mala calidad con la que se elaboraba el instrumental de vidrio para la época.

Hoy en día se conoce que los residuos sólidos observados a la imagen 5, son cationes de Ca(II) que precipitan en la forma de CaCO₃ [10]

^{⚛️ Video 2. Estudio de la transmutación del agua potable por A. Lavoisier. Autor: @wilmer14molina}

Conclusiones y Aportes de la Temática desarrollada.

A primera vista este experimento de A. Lavoisier no parece significativo, pero establece una forma de pensar y proceder «no deja nada al azar o a la casualidad». Estos hábitos dentro del laboratorio junto con el uso de la balanza, serán las armas utilizadas para desmontar teorías profundamente establecidas durante la Edad Media y que se darán a conocer en la siguiente entrega.

Se puede apreciar que la manera de investigar de J.B Van Heltmont y de A. Lavoisier presentada en esta entrega, se convertirá a la postre en la doctrina que siguen los laboratorios del mundo para hacer Ciencia, empleando el Método Científico para refutar los saberes o postular teorías que generen un nuevo conocimiento.

Referencias Bibliográficas.

[1] A. Blaset, Antoine Laurent Lavoisier. El Revolucionario, Educación Química (2008), 226-233

[2] R. Badillo, R. Pérez, A. Gallego, Del modelo científico del flogisto al modelo de la oxidación. El concepto de frontera, Educación Química 26 (2015), 242-249.

[3] Enciclopedia Lúmina Siglo XIX. Tomo Química-Genética-Ecología y Geología, Grupo Editorial Norma, Colombia, (2001).

[4] Mundo de la química, Empresas Polar, Impreso y Distribuido por el Diario Últimas Noticias.

[5] S. Ducheyne,  Algunas notas metodológicas sobre los experimentos de Van Helmont, Azogue 5 (2007), 100-107

[6] Libro: R. Olby, Chapter III Antoine Lavoisier, Late Eighteenth Century European Scientists, Volume 2 (1966), 67-93

[7] Pablo A. Viglioglia, Antoine Laurent Lavoisier, Act Terap Dermatol, 29 (2006), 288-289.

[8] A. Muñoz, A. Garritz, Mujeres de la Química II. Siglos XVIII y XIX, Educación Química 1 (2013), 156-162.

[9] Gellon, Lavoisier y la Transmutación del agua, Ciencia Hoy 19, Nº 111 (2009), 45-52.

[10] S. Armendáris, M. Porta-Gándara, R. Foster, P. Koutsoukos, R. Bautista, J. Grado, G. Alonso, Estudio de la precipitación de carbonato de calcio en un destilador solar ambiental, Revista Internacional de Contaminación Ambiental 21 (2005), 5-15.

Créditos

Los audios empleados en los vídeos 1 y 2 son de dominio público. Licencia CC0 BY 1.0 Fuente: FreePD

Imagen 1 incrustada en el vídeo 2. Créditos: Ge.arboit Licencia: CC BY-SA 3.0

Los vectores empleados en la elaboración de los vídeos pertenecen a Freepik y a Pixabay, y son de dominio público. Fueron editadas en Microsoft PowerPoint2016 por el autor @wilmer14molina

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^{Créditos: @emiliomoron}