El Siglo de las Luces: Contexto Histórico y Social

Al siglo XVIII se le conoce por el nombre de Siglo de las Luces. Semejante bautizo encuentra razón en el movimiento que invadió a Europa en el terreno de las ideas, promoviendo la modernización y el rechazo a todo lo que representara el Antiguo Régimen. Las monarquías, a tenor con estos nuevos aires, condujeron las reformas financieras y educativas que caracterizan al despotismo ilustrado como sistema de gobierno, para continuar con el status quo de dominación clasista y perpetuación de sus privilegios económicos. Por su parte, la burguesía, aliada de los cambios que significaban el progreso social, prosiguió minando las bases del régimen monárquico. Con este propósito, levantó las banderas del liberalismo político y económico y abrazó como suyo el modelo racional-empirista.

Esta atmósfera social, unida a la crisis que se desarrolló hacia la segunda mitad del siglo, provocó una oleada de movimientos revolucionarios que tuvo su más alta expresión en la Revolución Francesa. El dominio colonial se estremeció con la explosión de la Rebelión Haitiana, la Guerra de Independencia de las Trece Colonias y la sublevación de Túpac Amaru en el Perú. Se asistió al comienzo de la llamada Era Moderna.

Avances Tecnológicos y el Despertar de la Química Industrial

En el campo de los avances de la tecnología, se produjo en el Reino Unido la Revolución Industrial, que en un contexto socioeconómico favorable e impulsada decisivamente por la innovación de la máquina de vapor de James Watt (1769) y el telar mecánico de Cartwright (1783), provocó una transformación renovadora de la industria siderúrgica y textil. Este crecimiento de la industria textil, a su vez, demandó el desarrollo de los tintes y acabados que abrieron el camino de la química industrial. A partir de entonces, una creciente interrelación se estableció entre la tecnología y la ciencia; pero si al siglo anterior correspondió esencialmente la Revolución de la Mecánica, al siglo XVIII le tocó el cambio de paradigma en el ámbito de la Química.

La Ciencia del Siglo XVIII: De la Mecánica a la Química

El pensamiento enciclopédico, signo de la época, y la etapa de naciente formación en las ciencias, tal vez expliquen la inclinación abarcadora de los científicos del momento. Los grandes matemáticos incursionaron con frecuencia en el campo filosófico, se esforzaron por explicar los fenómenos en su totalidad e intentaron construir los instrumentos matemáticos requeridos para la formalización de los experimentos en el campo de la Mecánica. Los primeros trabajos sobre el calor y la energía se desarrollaron en este siglo y representaron la base de la penetración en la estructura de la materia y de sus formas de movimiento que se produciría en el siglo XIX. Bordeando la frontera del interés de físicos y químicos, las ideas iniciales sobre el calor se correspondieron con toda una etapa del desarrollo de las ciencias en que se introdujeron un conjunto de varios agentes sustanciales entre los que se destacan el éter, el calórico y el flogisto. Estas posiciones, un tanto ingenuas, se basaban en el principio de no introducir la acción a distancia para explicar los fenómenos físicos al no disponer de conceptos y núcleos teóricos acerca de los campos, de las múltiples formas de energía, de sus transformaciones de unas formas en otras y, por otro lado, para mantener el principio de las relaciones causa-efecto.

La Teoría del Calórico

La idea de que el calor era una forma de movimiento de la sustancia ya había sido expresada por Robert Boyle y Robert Hooke (1635-1701) entre otros, pero no fue elaborada y completada hasta mediados del siglo XIX. Predominó desde alrededor de 1787 la concepción expresada por Lavoisier del carácter sustancial del calor, que llamó a dicha sustancia calórico. En este siglo XVIII se pensaba que el calórico tenía las siguientes propiedades:

1. Es una sustancia sutil que no puede ser creada ni destruida, pero sí fluir de un cuerpo a otro cuando estos estén en contacto.
2. El calórico se comporta como un fluido elástico y sus partes se repelen entre sí, pero son atraídas por las partículas que componen los cuerpos y esta atracción depende de la naturaleza de cada cuerpo.
3. El calórico se puede presentar en estado «sensible» o «latente». El primer estado se manifestaba cuando el calórico rodeaba a las partículas como una especie de atmósfera a su alrededor, mientras que en estado latente se encontraba combinado con las partículas materiales de forma similar a las de las combinaciones químicas. Para muchos, el calórico era considerado un elemento químico.

Uno de los pioneros en la construcción de la teoría moderna del calor fue el físico-químico escocés Joseph Black (1728-1799). A él se debe la introducción de los conceptos del calor específico y el calor latente de vaporización de las sustancias. También descubrió que sustancias diferentes muestran capacidades caloríficas distintas. Le corresponde el mérito, además, de haber influido sobre su alumno y ayudante James Watt, quien puso en práctica sus descubrimientos al introducir las mejoras a la primera máquina de vapor. No sería hasta mediados del próximo siglo XIX cuando nuevos resultados experimentales permitieran la edificación de un cuerpo teórico acerca del calor, como energía en tránsito. No obstante, los experimentos llevados a cabo por Benjamín Thompson (conocido como Conde de Rumford) a fines de este propio siglo demostraron que el trabajo mecánico podía producir calor, lo cual dio por resultado la identificación del calor como una forma de energía y condujo al desarrollo de la ley de conservación de la energía.

El Nacimiento de la Química Moderna: Antoine Lavoisier

El inicio de la Química como ciencia experimental está marcado por los trabajos de la Escuela Francesa encabezada por el eminente químico Antoine Laurent de Lavoisier (1743-1794). A partir de entonces, la Historia de la Química quedó partida en dos; el hito se corresponde con el estudio sistemático de las reacciones químicas sobre bases cuantitativas y la intención de explicarlas sobre una base atomística.

La Escuela Sueca de Química y la Mineralogía

En otro polo del trabajo científico europeo, en Suecia, donde con algún retraso se había fundado en 1710 la Sociedad Real de las Ciencias en Uppsala, el desarrollo de la minería y la mineralogía condicionó el surgimiento de una escuela de químicos que a lo largo de este siglo realizó numerosos aportes en el análisis de minerales, en la comprensión y gobierno de los procesos de su reducción, enterrando definitivamente el ideal alquimista de transformar metales nobles en oro. Entre 1730 y 1782 se reportaron los descubrimientos del cobalto, níquel, manganeso, wolframio, titanio y molibdeno. En poco más de cincuenta años se superaría el número de metales descubiertos por más de seis siglos de infructuosa búsqueda alquimista. Con el paso del tiempo, estos metales se emplearían en la fabricación de materiales estratégicos para el avance tecnológico.

La Teoría del Flogisto y la Combustión

Dada la importancia práctica de los procesos de combustión, es comprensible que las primeras propuestas teóricas estuvieran enfiladas a explicar lo que acontecía durante la quema de los combustibles. No es posible olvidar que en la Europa de la segunda mitad del siglo XVII la industria metalúrgica experimentó cierta expansión, y este desarrollo implicaba un costo energético que se sustentó en la tala de los bosques europeos. Resulta sorprendente, sin embargo, que fueran tempranamente emparentadas las reacciones de combustión y el enmohecimiento que sufrían los metales.

Corría la primera década del siglo XVIII cuando surgió la teoría del flogisto, defendida por el médico-químico alemán George E. Stahl (1660-1734). Según Stahl, el flogisto podía considerarse como un principio elemental que se liberaba rápidamente por los combustibles al arder y durante la calcinación de los metales, o lentamente durante su enmohecimiento. Siguiendo el pensamiento del flogista, el metal representaba la sustancia compuesta, mientras que la escoria oxidada, resultante de la pérdida del flogisto, significaba la sustancia más elemental.

La tercera transformación química, de máxima importancia en la época, la liberación de los metales por reducción de los minerales bajo la acción del carbón vegetal y el calor, era interpretada como una transferencia del flogisto desde el carbón hacia el mineral, con lo cual el metal resultante se hacía rico en flogisto.

Se discute la influencia de la teoría del flogisto en el desarrollo inicial de la Química; pero lo cierto es que la larga actividad profesoral de Stahl desde su cátedra en la Universidad de Halle preparó a numerosos discípulos que luego difundieron sus doctrinas. Por otra parte, el esfuerzo teórico integrador de dos procesos químicos relevantes puede situarla en el terreno de lo positivo; pero lo cierto es que la aplicación de estas concepciones a la interpretación de los resultados experimentales obtenidos al estudiar reacciones en que participaban los gases condujo a no pocos errores y desviaciones del camino conducente a la explicación objetiva de los hechos. Así, Henry Cavendish (1731-1810), al investigar con particular atención las propiedades sobresalientes del gas liberado durante la reacción del ácido clorhídrico con algunos metales, especuló sobre la posibilidad del aislamiento del propio flogisto. Al lanzar esta hipótesis se basó en dos de sus propiedades: era el gas más ligero de los conocidos y presentaba una alta inflamabilidad. A Cavendish corresponde el mérito de haber determinado algunas constantes físicas que permitieron objetivamente diferenciar unos gases de otros.

Primeros Indicios de la Composición del Aire

A mediados del siglo XVIII, Joseph Black estudiaba la descomposición térmica de la piedra caliza cuando advirtió que se formaba cal y se liberaba un gas. Llamó su atención que la cal producida en esta reacción, expuesta al aire, regeneraba la caliza. Era la primera vez que se tenía una clara evidencia acerca de la reversibilidad de un proceso químico y, por otra parte, se ponía de manifiesto que el aire debía contener el gas que luego se fijaba a la cal para «devolver» la caliza. Pero la concepción del aire como elemento inerte impedía penetrar en la esencia del proceso.

Nuevos resultados de Black, al abordar la combustión de una vela en un recipiente cerrado, serían otra vez malinterpretados. Fue comprobado que se liberaba el mismo gas que en la descomposición de la caliza y que si este gas era colectado en un recipiente, en la atmósfera resultante tampoco se lograba reiniciar el proceso de combustión de la vela.

En términos de la teoría del flogisto, se empañaba la lectura de los resultados, y se hacía ver que era obtenido un aire «saturado de flogisto» que impedía la combustión en su seno.

El primer nexo entre la combustión de una sustancia y la respiración de un animal se obtuvo por el discípulo de Black, Daniel Rutherford (1749-1819). Este fue más lejos en los experimentos de su tutor, demostrando que en un aire «saturado de flogisto» tampoco lograba sobrevivir un ratón. Aclarar esta relación exigía romper con la noción de que el aire era un elemento inerte en el cual se portaba o transportaba el flogisto.

Por segunda ocasión en pocos años, los experimentos demostrarían que un vínculo profundo existía entre combustión y respiración. Estos resultados fueron alcanzados por el químico-físico inglés Joseph Priestley (1738-1804) en la década de los setenta. En primer lugar, comprobó que en una atmósfera compuesta por el gas liberado en la combustión de una vela («saturado de flogisto», donde moría un ratoncillo) podía vivir una planta. Y algo más sorprendente aún, demostró que el aire residual, que quedaba después de largas horas de permanencia de una planta en su seno, resultaba vivificante, pues en él un ratón se mostraba especialmente activo y juguetón. Al mismo tiempo, observó que en este aire inicialmente «saturado de flogisto», y luego modificado por la acción de las plantas, los materiales ardían con más facilidad. Desde otro ángulo, los resultados de Priestley resultaron los primeros indicios de que plantas y animales formaban un equilibrio químico que hacía respirable la atmósfera de la Tierra. La enorme significación de este equilibrio ha sido lentamente comprendida por la humanidad. Pero en el siglo XVIII, de nuevo, la teoría del flogisto impuso una línea de pensamiento que hacía ver la obtención de un aire desflogistizado, la antítesis del aire aislado por Rutherford.

La reversibilidad del proceso químico fue ya apuntada por Black al estudiar la descomposición de la caliza y en el verano de 1774, una sólida evidencia a favor de esta tendencia fue obtenida por Priestley cuando comprobó que el sólido formado durante la reacción del aire con el mercurio, al calentarse, regeneraba el mercurio y se liberaba un gas que podía colectarse por desplazamiento del agua y que mostraba las cualidades correspondientes al conocido aire vivificante («un aire desflogistizado»). Es este experimento el causante de la polémica histórica alrededor del descubrimiento del oxígeno.

Dos años antes, en Estocolmo, el químico sueco Carl Wilhelm Scheele (1742-1786) logró aislar el aire desflogistizado de Priestley, al cual bautizó con más propiedad aire incendiario, para destacar que en su seno ardía vivamente una vela y una astilla incandescente rápidamente se inflamaba. Sin embargo, no publicó sus investigaciones hasta 1777, en el libro de sugerente título Tratado Químico sobre el aire y el fuego. En este libro describe los procedimientos para determinar la composición del aire, que según demuestra está constituido por «fluidos ligeros de dos géneros». Por primera vez, estaba apuntando la existencia de los dos principales componentes del aire: el nitrógeno y el oxígeno. Se venía derrumbando la noción del aire como algo elemental e inerte.

Los experimentos de Cavendish, Black y Priestley tienen un denominador común: pretenden penetrar en la comprensión cualitativa de los fenómenos que estudian, y al hacerlo, despliegan una enorme imaginación y creatividad.

El Legado de Lavoisier y la Química Cuantitativa

Cuando en 1774 Priestley viajó a París y reveló a Lavoisier su descubrimiento del aire desflogistizado, al investigador francés se le tornó claro que el aire no era un elemento inerte que recibía o entregaba el principio sustancial conocido como flogisto, sino que el supuesto aire desflogistizado constituía un elemento. Pasó a trabajar entonces en los experimentos con el óxido de mercurio y en 1775 aisló el aire «puro». En esos momentos, desarrolló la concepción de que en toda combustión transcurría una destrucción del aire «puro», y el peso del cuerpo que ardía se aumentaba exactamente en la misma cantidad del aire absorbido. Así, Lavoisier rompió con toda visión flogista de la combustión y la nueva comprensión de los fenómenos químicos se asentó en los resultados de introducir la balanza para medir las masas de las sustancias que participan en las reacciones.

Intentemos resumir los hechos experimentales conocidos en la época: Cuando metales como estaño y plomo se calientan en un recipiente cerrado conteniendo aire, se observa el aumento del peso del «calcinado» y la constancia del peso del sistema total, al tiempo que se crea un vacío parcial en el interior del recipiente y solo, aproximadamente, una quinta parte del volumen del aire se consume. La interpretación que dio Lavoisier a estos hechos es bien distinta a la de sus colegas británicos. Los metales no liberan flogisto al calcinarse, sino que se combinan con un elemento componente del aire que se corresponde con el aire «puro» y de ahí su incremento en peso. A partir de entonces, nombró este nuevo elemento gaseoso como oxígeno. Al componente gaseoso residual de la combustión correspondiente a las cuatro quintas partes en volumen del aire, caracterizado por su relativa inercia química (el aire flogistizado de Black), lo denominó azoe. Y por último, al enigmático gas inflamable de Cavendish que es capaz (según comprobó experimentalmente en 1783) de arder produciendo vapores que condensan en forma de gotas de agua, lo llamó hidrógeno. Quedaba resuelto así, en términos del reconocimiento de sustancias elementales determinadas, lo que Stahl pretendió asociar con sustancias combinadas con flogisto. En 1789, casi coincidiendo con la Revolución Francesa, Lavoisier publicó su Tratado Elemental de Química en el que expuso el método cuantitativo para interpretar las reacciones químicas y propuso el primer sistema de nomenclatura para los compuestos químicos del que aún perdura su carácter binomial. Se está asistiendo al nacimiento de un nuevo paradigma como coronación de un proceso revolucionario en el campo de las ideas. Desdichadamente, cuatro años más tarde, Lavoisier fue ejecutado en la guillotina al ser acusado de verse relacionado con un grupo de recaudadores de impuestos que los revolucionarios franceses consideraron un instrumento de corrupción de la odiada monarquía.

El siglo no cerraría sus puertas sin que un representante de la Escuela Francesa, Joseph L. Proust (1754-1826), por el camino del empleo sistemático de la balanza, descubriera que las sustancias se combinan para formar un compuesto en proporciones fijas de masas: la llamada ley de las proporciones definidas. Quedaba demostrado que, de un polo al otro del planeta, los compuestos químicos presentan idéntica composición. La Química del siglo XVIII representó un proceso revolucionario al debutar como ciencia experimental asentada en el tratamiento cuantitativo de los resultados. El siglo XIX traería un nuevo paradigma para el universo físico: el Electromagnetismo; otra vez los más célebres matemáticos aportarían el instrumental para operar con las magnitudes físicas y no pocas veces contribuirían de forma decisiva en la construcción de los significados. La Química iniciaría un vertiginoso ascenso, en particular hacia la segunda mitad del siglo, en la síntesis de nuevos materiales que superarían, en cierto sentido, a los productos naturales. De todo esto trataremos en el próximo tema.