En la historia de la ciencia , la química neumática es un área de investigación científica de los siglos XVII, XVIII y principios del XIX. Los objetivos importantes de este trabajo fueron la comprensión de las propiedades físicas de los gases y cómo se relacionan con las reacciones químicas y, en última instancia, la composición de la materia . El surgimiento de la teoría del flogisto , y su reemplazo por una nueva teoría después del descubrimiento del oxígeno como un componente gaseoso de la atmósfera terrestre y un reactivo químico que participa en las reacciones de combustión , se abordaron en la era de la química neumática.
En el siglo XVIII, cuando el campo de la química estaba evolucionando a partir de la alquimia , se creó un campo de la filosofía natural en torno a la idea del aire como reactivo . Antes de esto, el aire se consideraba principalmente una sustancia estática que no reaccionaba y simplemente existía. Sin embargo, como insistirían Lavoisier y varios otros químicos neumáticos, el aire era de hecho dinámico y no solo se vería influenciado por el material quemado, sino que también influiría en las propiedades de diferentes sustancias.
La preocupación inicial de la química neumática fueron las reacciones de combustión, a partir de Stephen Hales . Estas reacciones darían lugar a diferentes "aires", como los llamarían los químicos, y estos diferentes aires contenían sustancias más simples. Hasta Lavoisier, estos aires se consideraban entidades separadas con diferentes propiedades; Lavoisier fue en gran medida responsable de cambiar la idea de que el aire estaba constituido por estos diferentes aires que sus contemporáneos y químicos anteriores habían descubierto. [1]
El estudio de los gases fue iniciado por Hales con la invención del canal neumático, un instrumento capaz de recoger el gas desprendido por las reacciones con resultados reproducibles. El término gas fue acuñado por J. B. van Helmont , a principios del siglo XVII. Este término se deriva de la palabra griega antigua χάος, caos , como resultado de su incapacidad para recoger adecuadamente las sustancias desprendidas por las reacciones, ya que fue el primer filósofo natural que intentó estudiar con detenimiento el tercer tipo de materia. Sin embargo, no fue hasta que Lavoisier realizó su investigación en el siglo XVIII que la palabra fue utilizada universalmente por los científicos como reemplazo de airs . [2]
Van Helmont (1579-1644) es considerado a veces el fundador de la química neumática, ya que fue el primer filósofo natural en interesarse por el aire como reactivo. [3] Alessandro Volta comenzó a investigar la química neumática en 1776 y argumentó que había diferentes tipos de aire inflamable basándose en experimentos con gases de los pantanos. [4] Los químicos neumáticos a los que se les atribuye el descubrimiento de los elementos químicos incluyen a Joseph Priestley , Henry Cavendish , Joseph Black , Daniel Rutherford y Carl Scheele . Otras personas que investigaron los gases durante este período incluyen a Robert Boyle , Stephen Hales , William Brownrigg , Antoine Lavoisier , Joseph Louis Gay-Lussac y John Dalton . [5] [6] [7]
"Entre 1770 y 1785, los químicos de toda Europa comenzaron a capturar, aislar y pesar diferentes gases". [8] : 40
El canal neumático era fundamental para el trabajo con gases (o, como los llamaban los químicos contemporáneos, aires). El trabajo realizado por Joseph Black, Joseph Priestley, Herman Boerhaave y Henry Cavendish giró en gran medida en torno al uso del instrumento, lo que les permitió recolectar aires emitidos por diferentes reacciones químicas y análisis de combustión. Su trabajo condujo al descubrimiento de muchos tipos de aires, como el aire desflogistizado (descubierto por Joseph Priestley).
Además, la química de los aires no se limitaba a los análisis de combustión. Durante el siglo XVIII, muchos químicos utilizaron el descubrimiento de los aires como un nuevo camino para explorar viejos problemas, siendo un ejemplo el campo de la química medicinal. Un inglés en particular, James Watt, comenzó a tomar la idea de los aires y a utilizarlos en lo que se denominó terapia neumática , o el uso de aires para hacer que los laboratorios fueran más funcionales con aires frescos y también para ayudar a pacientes con diferentes enfermedades, con distintos grados de éxito. La mayoría de los experimentos humanos realizados se llevaron a cabo con los propios químicos, ya que creían que la autoexperimentación era una parte necesaria para el progreso del campo.
La investigación de James Watt en química neumática implicó el uso de aires inflamables ( H2 ) y desflogistizados ( O2 ) para crear agua . En 1783, James Watt demostró que el agua estaba compuesta de aires inflamables y desflogistizados, y que las masas de los gases antes de la combustión eran exactamente iguales a la masa del agua después de la combustión. [ 9] Hasta este punto, el agua era vista como un elemento fundamental en lugar de un compuesto. James Watt también buscó explorar el uso de diferentes " aires ficticios " como el hidrocarbonato en tratamientos medicinales como "terapia neumática" al colaborar con el Dr. Thomas Beddoes y Erasmus Darwin para tratar a Jessie Watt, su hija que sufría tuberculosis , utilizando aire fijo. [10]
Joseph Black fue un químico que se interesó en el campo neumático después de estudiar con William Cullen . Primero se interesó en el tema de la magnesia alba, o carbonato de magnesio (MgCO 3 ), y la piedra caliza , o carbonato de calcio (CaCO 3 ) , y escribió una disertación llamada " De humore acido a cibis orto, et magnesia alba " sobre las propiedades de ambos. [11] Sus experimentos con carbonato de magnesio lo llevaron a descubrir que el aire fijo, o dióxido de carbono (CO 2 ), se desprendía durante las reacciones con varios productos químicos, incluida la respiración . A pesar de que nunca utilizó el canal neumático u otra instrumentación inventada para recolectar y analizar el aire, sus inferencias llevaron a más investigaciones sobre el aire fijo en lugar del aire común, con el canal realmente utilizado. [2]
El amoníaco gaseoso fue aislado por primera vez por Joseph Black en 1756 al hacer reaccionar sal amónica ( cloruro de amonio ) con magnesia calcinada ( óxido de magnesio ). [12] [13] Fue aislado nuevamente por Peter Woulfe en 1767, [14] [15] por Carl Wilhelm Scheele en 1770 [16]
Joseph Priestley , en Observations on different kind of air, fue una de las primeras personas en describir el aire como compuesto de diferentes estados de la materia, y no como un solo elemento. [17] Priestley elaboró sobre las nociones de aire fijo (CO 2 ), aire mefítico y aire inflamable para incluir "aire nitroso inflamable", " aire ácido vitriólico ", " aire alcalino " y " aire desflogistizado ". [17] Priestley también describió el proceso de respiración en términos de la teoría del flogisto . [17] Priestley también estableció un proceso para tratar el escorbuto y otras dolencias usando aire fijo en sus Instrucciones para impregnar agua con aire fijo. El trabajo de Priestley sobre química neumática tuvo una influencia en sus visiones del mundo natural. Su creencia en una "economía aérea" surgió de su creencia en que el "aire desflogistizado" era el tipo de aire más puro y que el flogisto y la combustión estaban en el corazón de la naturaleza. [18] Joseph Priestley investigó principalmente con el canal neumático, pero fue responsable de la recolección de varios nuevos aires solubles en agua . Esto se logró principalmente mediante la sustitución del agua por mercurio y la implementación de un estante debajo del cabezal para aumentar la estabilidad, capitalizando la idea propuesta por Cavendish y popularizando el canal neumático de mercurio. [2]
Aunque no se le atribuye la investigación directa en el campo de la química neumática, Boerhaave (profesor, investigador y erudito) publicó Elementa Chimiae en 1727. Este tratado incluía apoyo al trabajo de Hales y también profundizaba en la idea de los aires. A pesar de no publicar su propia investigación, esta sección sobre los aires en Elementa Chimiae fue citada por muchos otros contemporáneos y contenía gran parte del conocimiento actual sobre las propiedades de los aires. [19] A Boerhaave también se le atribuye la contribución al mundo de la termometría química a través de su trabajo con Daniel Fahrenheit , también analizado en Elementa Chimiae. [20]
Henry Cavendish , a pesar de no ser el primero en reemplazar el agua en el comedero con mercurio , fue uno de los primeros en observar que el aire fijo era insoluble sobre el mercurio y, por lo tanto, podía recolectarse de manera más eficiente utilizando el instrumento adaptado. También caracterizó el aire fijo ( CO2 ) y el aire inflamable ( H2 ). El aire inflamable fue uno de los primeros gases aislados y descubiertos utilizando el comedero neumático. Sin embargo, no explotó su propia idea hasta el límite y, por lo tanto, no utilizó el comedero neumático de mercurio en toda su extensión. [2] A Cavendish se le atribuye el mérito de analizar casi correctamente el contenido de gases en la atmósfera. [21] Cavendish también demostró que el aire inflamable y el aire atmosférico podían combinarse y calentarse para producir agua en 1784. [21]
En el siglo XVIII, con el auge del análisis de la combustión en la química, Stephen Hales inventó el canal neumático para recoger los gases de las muestras de materia que utilizaba; aunque no le interesaban las propiedades de los gases que recogía, quería explorar cuánto gas desprendían los materiales que quemaba o dejaba fermentar . Hales consiguió evitar que el aire perdiera su "elasticidad", es decir, que experimentara una pérdida de volumen, burbujeando el gas a través del agua y, por tanto, disolviendo los gases solubles.
Después de la invención del canal neumático, Stephen Hales continuó su investigación sobre los diferentes aires y realizó muchos análisis newtonianos de las diversas propiedades de los mismos. Publicó su libro Vegetable Staticks en 1727, que tuvo un profundo impacto en el campo de la química neumática, ya que muchos investigadores lo citaron en sus artículos académicos. En Vegetable Staticks , Hales no solo presentó su canal, sino que también publicó los resultados que obtuvo del aire recolectado, como la elasticidad y la composición de los aires junto con su capacidad para mezclarse con otros. [22]
Stephen Hales , considerado el creador de la química neumática, creó el canal neumático en 1727. [23] Este instrumento fue ampliamente utilizado por muchos químicos para explorar las propiedades de diferentes aires, como el llamado aire inflamable (lo que modernamente se llama hidrógeno). Lavoisier lo utilizó además de su gasómetro para recolectar gases y analizarlos, lo que lo ayudó a crear su lista de sustancias simples.
El comedero neumático, aunque estuvo presente durante todo el siglo XVIII, fue modificado varias veces para recolectar gases de manera más eficiente o simplemente para recolectar más gases. Por ejemplo, Cavendish notó que la cantidad de aire fijo que se desprendía de una reacción no estaba completamente presente sobre el agua; esto significaba que el agua fija estaba absorbiendo parte de este aire y no podía usarse cuantitativamente para recolectar ese aire en particular. Entonces, reemplazó el agua en el comedero con mercurio, en el que la mayoría de los aires no eran solubles. Al hacerlo, no solo pudo recolectar todos los aires emitidos por una reacción, sino que también pudo determinar la solubilidad de los aires en agua, iniciando una nueva área de investigación para los químicos neumáticos. Si bien esta fue la principal adaptación del comedero en el siglo XVIII, se realizaron varios cambios menores antes y después de esta sustitución del mercurio por agua, como agregar un estante para apoyar el cabezal mientras se recolectaba el gas. Este estante también permitiría usar cabezales menos convencionales, como la vejiga animal de Brownrigg . [2]
Una aplicación práctica de un canal neumático fue el eudiómetro , que fue utilizado por Jan Ingenhousz para demostrar que las plantas producían aire desflogistizado cuando se exponían a la luz solar , un proceso ahora llamado fotosíntesis . [8]
Durante su revolución química, Lavoisier creó un nuevo instrumento para medir con precisión los gases. Lo llamó gazomètre . Tenía dos versiones diferentes: la que utilizó en demostraciones en la Academia y ante el público, que era una versión grande y costosa destinada a hacer creer a la gente que tenía una gran precisión, y la versión más pequeña, más práctica en el laboratorio, con una precisión similar. Esta versión más práctica era más barata de construir, lo que permitió que más químicos utilizaran el instrumento de Lavoisier. [17]