03 marzo 2014

La teoría del flogisto, una explicación a la combustión

A principios del siglo XVIII, Ernst Stahl (1660 - 1734) químico y médico alemán, propuso la teoría del flogisto para explicar el fenómeno de la combustión. Se basa en las ideas del alquimista alemán Johann Becher (1635 – 1682). Supone que cuando un cuerpo combustible ardía se desprende el flogisto con acompañamiento de luz y calor, y queda la “ceniza”. Por lo tanto la ceniza o residuo que queda era el cuerpo inicial menos el flogisto (o cuerpo material desflogisticado).

De acuerdo con esto, las sustancias que arden rápidamente o cuanto mas inflamable sean, contienen una gran cantidad de flogisto y viceversa. Esta fue la primera teoría importante de la química. En forma simplificada, para un metal combustible tenemos:

Metal (en la combustión)  →   Ceniza + Flogisto

El principal interés está en que explica el fenómeno inverso de la combustión (reducción del óxido metálico), pues si se calienta la ceniza metálica con una sustancia rica en flogisto, tal como el carbón, éste cede su flogisto a la ceniza y el metal se restituye. Así por ejemplo, cuando se caliente un poco de plomo pulverizado, se funde, quema y forma su “ceniza” (óxido de plomo de color amarillo llamado “litargirio”). Si se calienta el litargirio con carbón (considerado flogisto casi puro) recupera la cantidad precisada de flogisto y se convierte de nuevo en plomo metálico, que en forma simplificada sería:

Litargirio  +  flogisto  →   plomo

No obstante, de que la teoría del flogisto fue considerado correcta por mas de un siglo, por eminentes precursores de la química moderna, se presentaron varias dificultades. Se sabia que al calcinar un metal y formarse su ceniza (óxido) aumentaba el peso, esto es, la pérdida del flogisto era acompañada por un aumento de peso, y también que el aire era necesario para la combustión. El primer hecho pudo explicarse mediante la hipótesis fantástica adicional de que el flogisto tenia un peso negativo, y el segundo, al suponer que un medio material era necesario para absorber el flogisto. Otro aspecto era de que el aire residual que quedaba luego de la combustión ocupaba un volumen menor que el aire inicial (antes de la combustión).

La teoría del flogisto sirvió de guía a los grandes investigadores del siglo XVIII, quienes frente a las respuestas incoherentes de esta teoría buscaron respuestas coherentes en base a otros experimentos e hipótesis, dando inicio así una labor experimental, que constituye la base de la química como ciencia. Entre los mas importantes tenemos:

René Antoine Réaumur (1683 – 1757)

Naturalista, químico y físico francés, cuyas investigaciones sobre la fundición del hierro permiten considerarlo como el fundador de la siderurgia científica y uno de los instauradores de la industria moderna.

Andreas Sigismud Marggraff (1709 – 1782)

Químico alemán, descubrió un nuevo procedimiento para obtener el fósforo y el ácido fosfórico, obtuvo el zinc a partir de sus minerales y distinguió sales de sodio de las del potasio por el color de llama que emitían. Sus estudios acerca de la extracción del azúcar a partir de la remolacha hicieron posible su fabricación industrial desde 1796.

M.W. Lomonosov (1711 – 1765)

Químico ruso, hizo experimentos con la calcinación de los metales en vasos cerrados, con empleo sistemático de la balanza. Además establece la constancia de la materia en los procesos naturales o ley de conservación de la masa, sostiene que a combustión es una combinación del cuerpo combustible con el aire y logró explicar las propiedades de los cuerpos a partir de la existencia de átomos y moléculas (en 1743) es decir mucho antes que John Dalton. Pero lamentablemente para su época, sus ideas fueron muy avanzadas, razón por la cual fueron ridiculizadas y olvidadas, hasta su descubrimiento y publicación por su compatriota Menschutkin en 1904.

Lomonosov , Flogisto

LOMONOSOV

Joseph Black (1728 – 1799)

Químico inglés, demostró que el “gas fijo” (gas carbónico) es fijado por la cal (CaO). Sus estudios cuantitativos acerca de los carbonatos son modelos de lógica y unidad, que sirvieron para dar al mundo científico una idea clara sobre la naturaleza de la combinación química.

Karl Wilhelm Scheele (1742 – 1786)

Químico sueco, uno de los mas extraordinarios investigadores de todos los tiempos. Descubrió el oxígeno (algo antes que Priestley, pero lo publicó posteriormente) y el cloro (espíritu de sal desflogisticada), como producto de sus experimentos con el dióxido de manganeso (MnO2).

Estudió diversos ácidos inorgánicos y orgánicos como el fluorhídrico, cianhídrico, molíbdico, tartárico y oxálico, aisló el gas sulfhídrico (H2S) y la arsenamina (AsH3). Su nombre ha quedado unido al arsenito de cobre que se conoce como “verde de Scheele”, y en el mineral scheelita (Wolframato de calcio).

En su obra “Tratado elemental del aire y del fuego”, indica que el aire es una mezcla de dos gases distintos, el “aire igneo” y el “aire viciado”.

Joseph priestley (1733 – 1804)

Contribuyó a dar el primer paso hacia una nueva teoría de la combustión, teólogo inglés, no fue químico de profesión, pero hábil experimentador y firme creyente de la teoría del flogisto, pero en 1774 sin darse cuenta abrió el camina para su caída final. Priestley estaba experimentando con un polvo rojo (HgO) que originalmente se había formado al calentar al mercurio en un crisol abierto, como era muy curioso, decidió calentar el polvo rojo y recoger cualquier gas que se desprendiera. Dos desconcertantes hechos surgieron con el extraño gas (oxígeno) formado:

  1. Cuando se colocaba un ratón dentro de una campana de vidrio que contenía el nuevo gas, vivía tres veces mas que un ratón colocado dentro de una campana que contenía aire.
  2. Una vela ardía por más tiempo y con mas brillo cuando se colocaba dentro de una campana que contenía ese gas extraño
Joseph Priestley , Flogisto

JOSEPH PRIESTLEY

Priestley llamó al gas descubierto “aire desflogisticado”. Surgieron muchas dudas, ¿porqué la vela ardía por mas tiempo y con mas brillo? Su tenaz adhesión a la teoría del flogisto le impidió progresar en la interpretación de sus valiosas observaciones.

Priestley en 1174, visitó a Lavoisier en París, a quién le comunicó de sus observaciones. Este aceptó los hechos, pero no la teoría. ¿Podría ser, meditaba Lavoisier, que cuando las sustancias arden se une con algo del aire, en lugar de desprender algo?. Rápidamente Lavoisier sometió su hipótesis a una prueba. Se acercaba el nacimiento de la química moderna.

Además de descubrir el oxígeno, Priestley desarrolló y perfeccionó la ténica de preparación, recogida y manipulación de los gases. Preparó y estudió numerosos gases (HCl , NH3 , SO2 , N2O , NO , PH3 , C2H2 , etc..)

Henry Cavendish (1731 – 1810)

Químico inglés, dueño de una gran fortuna, dedicó toda su vida a la química. Se dice de él “que fue el mas rico de todos los sabios y el mas sabio de los ricos”. Fue el primero que utilizó la cuba de mercurio y al hacer actuar el H2SO4 y HCl acuosos sobre los metales (fe, Zn y Sn) descubrió en 1766 el hidrógeno, al que llamó “aire inflamable”. Encontró con sorpresa que el hidrógeno al combustionar con el aire y con el oxígeno se formaba agua y que las proporciones en que dichos gases se combinaban eran de dos volúmenes de “aire inflamable” por un volumen de “aire desflogisticado” (O2). La síntesis del agua realizada en 1781 constituye una fecha muy marcada en la historia de la química.

En un análisis que realizó al aire encontró que el oxígeno representaba un 20,8% en volumen. Cavendish, químico flogista, no supo comprender la importancia de sus investigaciones acerca de la síntesis del agua.