Química neumática

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Química neumática (neumatología) (del griego πνεῦμα  - aliento, aliento, espíritu) - el nombre de la química de gases , utilizado a fines del siglo XVIII y principios del XIX. Actualmente se utiliza exclusivamente como un término histórico que caracteriza el período inicial del estudio químico de los gases.

Convirtiéndose

Hasta mediados del siglo XVII, los gases aún no se distinguían y se consideraban solo diferentes tipos de aire. El químico flamenco Jan Van Helmont , al parecer, el primero en demostrar que la existencia de una serie de diferentes cuerpos parecidos al aire, a los que llamó gases (en francés gaz , del griego caos  - caos ), debe ser reconocida. Sentó las bases de la química neumática con sus observaciones sobre la formación de " gas de bosque " ( gas sylvestre ), a diferencia del aire, durante la acción de los ácidos sobre la piedra caliza , durante la fermentación del vino joven y durante la combustión del carbón.

Después de Van Helmont, investigadores separados se dedicaron al estudio de los gases. Jean Re en 1630 sugirió la participación del aire en la cocción de los metales . Robert Boyle , el fundador del enfoque experimental para la determinación de los elementos, diseñó una de las primeras bombas de aire y descubrió con su ayuda en 1660 la ley de los gases que ahora lleva su nombre. En 1665, Robert Hooke , en Micrographia, también sugirió la presencia de una sustancia especial en el aire, similar a la sustancia contenida en estado ligado en el salitre . Estos puntos de vista se desarrollaron aún más en el libro "Sobre el salitre y el espíritu del aire del salitre", escrito en 1669 por el químico inglés John Mayow . Meiou, después de haber realizado los famosos experimentos con una vela encendida bajo una campana, trató de demostrar que el aire contiene un gas especial ( spiritus nitroaëreus ), que favorece la combustión y es necesario para respirar.

La formación en la segunda mitad del siglo XVII de la teoría del flogisto  , la primera teoría científica de la química, sirvió como un poderoso estímulo para el desarrollo de la investigación cuantitativa, sin la cual era imposible confirmar experimentalmente la hipótesis de los elementos químicos . Una consecuencia importante del surgimiento de la teoría del flogisto fue el estudio activo por parte de los químicos de los gases en general y de los productos gaseosos de la combustión en particular. El hecho de que el aire sea fácilmente comprimible se convirtió en un argumento indudable a favor del renacimiento de las ideas atomistas, y ya los primeros experimentos con sustancias gaseosas llevaron a la hipótesis de una estructura discreta ( corpuscular , del lat. corpuscula - partícula) de la materia.

A principios del siglo XVIII. los químicos mostraron poco interés en el estudio de los gases. La razón principal de esto fue la falta de métodos convenientes para obtener, recolectar y estudiar las propiedades de los gases individuales a su disposición. Sin embargo, algunos científicos todavía intentaron investigar las propiedades de los gases conocidos en ese momento, utilizando la bomba de aire de Boyle y dispositivos primitivos para recolectar gases liberados en varios procesos. Entonces, Mikhail Lomonosov , quien estudió el mecanismo de disolución de metales en ácidos , obtuvo óxidos de nitrógeno al disolver cobre en ácido nítrico y describió algunas de las propiedades de este gas. Usó una burbuja de toro para recolectar gas.

Un paso importante a principios del siglo XVIII para superar las dificultades experimentales lo dio el químico inglés Stephen Hales , quien inventó el " baño neumático ", un dispositivo para atrapar los gases liberados durante la descomposición de sustancias, que era un recipiente de agua sumergido boca abajo. en un baño de agua. Así, los investigadores han recibido la herramienta más importante para el aislamiento, identificación y estudio de diversas sustancias volátiles.

Descubrimiento e investigación de gases en la segunda mitad del siglo XVIII

El comienzo de la química neumática fue establecido por el trabajo del científico inglés Joseph Black . Black estableció (1756) que cuando se calienta la magnesia blanca , se libera gas y se forma magnesia quemada con una pérdida de masa . Basándose en estos experimentos, Black concluyó que la composición de los álcalis blandos ( sales carbónicas ) incluye cierto " aire ligado ", más tarde llamado dióxido de carbono . Black también descubrió la reacción de absorber dióxido de carbono con " agua de cal ". De ahí surgió la idea de que, debido a ciertas influencias, es posible aislar gases individuales de sus mezclas. Esta experiencia fue el requisito previo más importante para el surgimiento del análisis de gases . Además, Black descubrió la posibilidad de determinar la masa de sustancias gaseosas considerando sus compuestos en estado sólido.

El descubrimiento de métodos para obtener ácidos minerales (principalmente sulfúrico y clorhídrico ) en el siglo XVII marcó el comienzo de las observaciones de la liberación de un cierto "aire" cuando los ácidos actúan sobre el hierro y otros metales. El científico inglés Henry Cavendish fue el primero en describir la naturaleza de este gas . En 1766, Cavendish publicó Aire artificial, que informaba del descubrimiento del "aire combustible" ( hidrógeno ) y describía métodos para recolectar, purificar y estudiar gases. Cavendish logró obtener hidrógeno puro y dióxido de carbono, para establecer su densidad relativa y otras propiedades.

En 1781, Cavendish determinó la composición del aire, y en 1784, quemando hidrógeno, estableció la composición cualitativa del agua, refutando la noción de su elementalidad (indescomponibilidad en sustancias más simples). En su investigación, Cavendish aplicó un nuevo método: la acción de una descarga eléctrica sobre una mezcla de gases en recipientes de vidrio aislados del aire. Así es como Cavendish obtuvo agua por primera vez a partir de una mezcla de hidrógeno y oxígeno. En 1785, Cavendish llamó la atención sobre las burbujas de "aire residual" (1/120 del volumen original), que no cambiaban bajo la influencia de la electricidad (solo en 1894 Lord Rayleigh estableció que el "aire residual" es el aire inerte gas argón ). La conclusión de que el "aire combustible" es una sustancia simple fue hecha en 1784 por el químico francés Antoine Lavoisier . Primero lo obtuvo del agua y le dio a esta sustancia el nombre de hidrogenio (hidrógeno).

El sacerdote protestante Joseph Priestley logró un gran éxito en el aislamiento de gases y el estudio de sus propiedades . Cerca de Leeds , donde sirvió, había una fábrica de cerveza, de donde era posible obtener "aire combinado" en grandes cantidades para experimentos. Priestley descubrió que los gases podían disolverse en agua y sugirió recolectarlos no sobre agua, sino sobre mercurio. Así logró recolectar y estudiar “ gas hilarante ”, amoníaco , cloruro de hidrógeno , dióxido de azufre . En 1774, Priestley hizo su descubrimiento más importante: el oxígeno : al calentar óxido de mercurio rojo , liberó un gas en el que las sustancias se quemaban de manera especialmente brillante. Como defensor de la teoría del flogisto , llamó al gas "aire desflogistizado". El gas descubierto por Priestley parecía ser la antítesis del "aire flogistizado" ( nitrógeno ) químicamente inerte aislado en 1772 por el químico inglés Daniel Rutherford .

De la mayor fuerza y ​​brillo de la llama de la vela en este aire puro, se puede concluir que (el gas de Priestley) puede ser especialmente útil para los pulmones en ciertos casos dolorosos. He tenido la oportunidad de experimentar su efecto en mí mismo al inhalar una cantidad significativa a través de un tubo. Me dio una maravillosa sensación de libertad y ligereza en mi pecho. ¿Quién podría negar que algún día este aire limpio se convertirá en un medio de entretenimiento de moda? Sin embargo, hasta ahora, solo dos ratones y yo hemos tenido el privilegio de respirarlo.
No puedo dejar de enorgullecerme de que, a su debido tiempo, el uso de estos diversos tipos de gases será ampliamente utilizado en medicina.

— Trans. por [1]

Cabe señalar que las propiedades del gas liberado por Priestley fueron descritas allá por 1771 por el químico sueco Carl Wilhelm Scheele , quien lo obtuvo por descomposición del salitre , pero su mensaje, debido a la negligencia del editor, apareció impreso únicamente. en 1777. Scheele llamó a este gas "aire ardiente" e informó sobre su experiencia con Lavoisier. Scheele usó las vejigas respiratorias de peces grandes para atrapar gases. Solo las extraordinarias habilidades de Scheele como experimentador le permitieron, con la ayuda de esta técnica primitiva, hacer descubrimientos tan destacados como el descubrimiento del cloro (1774) y el sulfuro de hidrógeno (1776).

Una etapa importante que contribuyó al descubrimiento del oxígeno fue el trabajo del químico francés Pierre Bayen , quien publicó Trabajo sobre la oxidación del mercurio y la posterior descomposición de su óxido (1784).

Finalmente, A. Lavoisier finalmente descubrió la naturaleza del gas resultante, utilizando información de Priestley y Scheele. Recurriendo constantemente al pesaje preciso en su investigación, Lavoisier demostró que durante el proceso de combustión, la sustancia no se libera del cuerpo en llamas, sino que se une a él. Habiendo establecido su nueva visión sobre los procesos de combustión y oxidación (obras de 1775-1789), Lavoisier al mismo tiempo entendió correctamente la composición del aire. A través del análisis y la síntesis, demostró que el aire es una mezcla de dos gases: uno de ellos es un gas que sustenta principalmente la combustión, “aire sano ( salubre ), aire limpio, aire vital, oxígeno”, como lo llamaba constantemente el propio Lavoisier, el otro gas - aire insalubre ( moffette ), o nitrógeno. Su obra fue de gran importancia, pues gracias a ella se derrocó la teoría del flogisto que dominaba en esa época y obstaculizaba el desarrollo de la química.

Lavoisier también sugirió (1778) que la presencia de oxígeno en la composición de una sustancia determina sus propiedades ácidas (fue esta hipótesis la que le dio el nombre al oxígeno como elemento químico). El hecho de obtener hidrógeno (aire combustible) y oxígeno (aire extremadamente puro) a partir del agua fue establecido en 1783 por el famoso inventor de la máquina de vapor, James Watt . En el mismo año, Lavoisier revisó los experimentos de Cavendish y Priestley y ya afirmó con toda certeza que el agua no es un elemento, pero puede descomponerse y recombinarse. Watt se enteró de esta explicación de Lavoisier y, con un sentimiento de profundo resentimiento, escribió a uno de sus amigos:

Lavoisier conocía mi teoría pero no me mencionó en lo más mínimo. A los ricos se les permite hacer malas acciones.

— Cita. según [2]

Durante el último cuarto de siglo, la química se ha enriquecido con el descubrimiento de varias sustancias gaseosas, entre las cuales nunca se ha encontrado ninguna sustancia idéntica al flogisto. Así, a fines del siglo XVIII, hubo una revolución en los puntos de vista teóricos de los químicos, generalmente llamada “revolución química”. Los descubrimientos de los gases y la teoría de la oxidación de Lavoisier llevaron a la racionalización de la química. Desde ese momento, el estudio de los gases comenzó a darse exclusivamente sobre la base de métodos de pesaje, medición de volumen y presión.

Exploración de gases a principios del siglo XIX

La investigación sobre la acción de los gases (especialmente el oxígeno) sobre los organismos vivos, iniciada por Priestley y Scheele, dio lugar a un pasatiempo de moda de corta duración pero muy curioso llamado " medicina neumática ". El Dr. Thomas Beddoe quedó fascinado con la perspectiva de utilizar gases para tratar enfermedades, en particular la tuberculosis , mediante la inhalación de gases; sus ideas encontraron una respuesta muy calurosa y todo tipo de ayuda en la sociedad [3] . En marzo de 1799, por iniciativa de Beddo, a expensas de los patrocinadores , se creó el Instituto Neumático cerca de Bristol  , una institución científica y médica con laboratorios, un hospital con 10 camas y un departamento policlínico . El instituto llevó a cabo extensas pruebas de inhalaciones de oxígeno, hidrógeno, nitrógeno y algunos hidrocarburos descubiertos recientemente , creó y probó los primeros inhaladores , espirómetros , cilindros para gases comprimidos, etc. La investigación de Beddo y sus colegas sentó las bases de la terapia respiratoria moderna. : se utilizó por primera vez con oxígeno objetivo terapéutico; se desarrollan las bases de la aerosolterapia; la capacidad pulmonar total se midió por el método de dilución de hidrógeno.

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En el mismo año, el joven químico Humphrey Davy , invitado al Instituto Neumático, comenzó su trabajo en el estudio de los gases . Davy prestó especial atención al óxido nitroso . Las propiedades narcóticas de este gas permitieron a Davy llamarlo antes "laughing" ( gas de la risa ). En 1800, Davy describe los efectos analgésicos de la inhalación de óxido nitroso:

Durante la erupción de un diente desafortunado, llamado dentes sapientiae, experimenté una inflamación aguda de las encías, acompañada de un gran dolor, que interfería igualmente con el descanso y el trabajo consciente. Una vez, cuando la inflamación era extremadamente sensible, inhalé tres grandes dosis de óxido nitroso. El dolor desapareció por completo después de las primeras cuatro o cinco respiraciones, y la incomodidad fue reemplazada por una sensación de placer durante unos minutos. Cuando el anterior estado de conciencia volvió, el estado en el órgano volvió con él, e incluso me pareció que el dolor era más fuerte después de la experiencia que antes.

— Cita. según [4]

El gran mérito de Davy durante su trabajo en el Instituto Neumático fue el desarrollo de métodos para purificar gases de impurezas tóxicas. Davy popularizó ampliamente sus hallazgos a través de conferencias públicas en la Royal Institution, creada por iniciativa de Benjamin Thompson (Earl Rumfoord) , Joseph Banks y Henry Cavendish . Según un contemporáneo, "... gente de primer rango y talento, de la sociedad literaria y científica, practicantes y teóricos", "medias azules" y damas de la alta sociedad, viejas y jóvenes, llenaron con avidez la audiencia " [5] .

El interés del público por la inhalación del "gas de la risa" fue tan alto que incluso quedó reflejado en numerosos panfletos y caricaturas .

El interés público en la "medicina neumática" se desvaneció rápidamente. La razón de esto fue la falta de base científica para el uso empírico de gases en diversas enfermedades. Después de algún tiempo, la "medicina neumática" fue declarada charlatanería y prohibida, el Instituto Neumático ya se cerró en 1802.

Joseph Louis Gay-Lussac y John Dalton hicieron una contribución significativa al estudio de los gases durante este período , quienes comenzaron en 1802 estudios independientes sobre la elasticidad de los gases en función de la temperatura, así como los procesos de vaporización. Gay-Lussac obtuvo un valor muy preciso para el coeficiente de expansión térmica de los gases y encontró que este número es el mismo para todos los gases, a pesar de la creencia generalmente aceptada de que diferentes gases se expanden de diferentes maneras cuando se calientan ( Ley de Gay-Lussac ).

En 1808, Gay-Lussac publicó una breve nota "Sobre la combinación recíproca de sustancias gaseosas", que contenía los resultados de los primeros estudios cuantitativos de reacciones entre gases. Las conclusiones hechas en este artículo resultaron ser tan importantes que luego recibieron el nombre de la ley de las proporciones volumétricas. Gay-Lussac estableció que " los gases , al actuar unos sobre otros, están conectados en relaciones simples, por ejemplo 1 a 1, 1 a 2 o 2 a 3" . Las conclusiones de Lussac fueron reales Gay-Lussac también descubrió que esta proporción no cambia con la temperatura, contrariamente a las nociones entonces generalmente aceptadas de que el número de partículas elementales que componen un gas cambia con la temperatura, y en diferentes proporciones para diferentes gases.

Los resultados de la investigación de Gay-Lussac formaron la base de una de las importantes disposiciones básicas de la química, formulada en 1811 por Amedeo Avogadro : "Volúmenes iguales de diferentes gases, tomados a la misma temperatura y presión, contienen el mismo número de moléculas" .

La formación de la teoría atómico-molecular puso fin al período de la química neumática, que se convirtió en secciones privadas de la química y la física.

Importancia del período de la química neumática

El desarrollo de la química neumática y la investigación analítica en la segunda mitad del siglo XVIII tuvo un impacto significativo en la comprensión de los químicos sobre los elementos. El hecho de la existencia de varios tipos de aire atestiguó el fortalecimiento de la idea de ellos como sustancias químicamente individuales, incluida la formación de una hipótesis sobre la existencia de varios elementos indescomponibles en cualquier componente y no transmutables entre sí, el cuya combinación forma compuestos químicos y determina sus propiedades.

Ampliación de los objetos de investigación química en la segunda mitad del siglo XVIII. condujo al descubrimiento de un número tan grande de los más diversos hechos experimentales que ya no podían ser sistematizados en el marco de la teoría del flogisto. El surgimiento de la química de gases y la formulación de la cuestión de las proporciones de peso jugaron aquí un papel principal. El replanteamiento teórico de la información química por parte de destacados investigadores marcó el comienzo de la primera revolución química: la sustitución de la teoría del flogisto por el concepto de combustión del oxígeno, la revisión del sistema aceptado de composición de los productos químicos, el replanteamiento de la concepto de un elemento químico, y la formación de ideas sobre la dependencia de las propiedades de las sustancias en su composición cualitativa y cuantitativa.

Véase también

Notas

  1. ↑ Priestley J. Experiments and Observations on Different Kinds of Airs. 6 vols. 1:228, 1774
  2. ↑ Introducción a la historia y metodología de la química . Consultado el 4 de septiembre de 2012. Archivado desde el original el 21 de julio de 2017.
  3. ↑ Baste decir que el famoso poeta e inventor Thomas Wedgwood puso a su disposición mil libras, y el creador de la máquina de vapor, James Watt , suministró a sus laboratorios el equipo necesario.
  4. ↑ Davy G. Investigaciones químicas y filosóficas relacionadas principalmente con el óxido nitroso o el aire desflogistizado y su inhalación . Consultado el 3 de septiembre de 2012. Archivado desde el original el 27 de agosto de 2016.
  5. ↑ Citado. por la juventud Humphrey Davy. Experimentos con óxido nitroso Archivado el 3 de diciembre de 2016 en Wayback Machine .

Literatura

Enlaces

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