LA QUÍMICA DE LOS GASES (QUÍMICA NEUMÁTICA) UNIDAD Nº 1: DESARROLLO HISTÓRICO DE LA QUÍMICA Profesor: Daniel Novoa Soracco Curso 7º Año básico

Siglo XVIII – Período de la Química Neumática Uno de los principales motores del desarrollo de la Química en el siglo XVIII fue el interés por el aire en particular y por los gases en general. Surge así lo que se denomina Química Neumática que permitió desvelar el misterio de la composición del aire, así como el descubrimiento de sustancias gaseosas sumamente importantes. El aire había sido considerado como un elemento químico hasta la época moderna. Se le consideraba homogéneo e inerte, o sea, que no participaba en las reacciones químicas, premisa en la que se fundamenta la teoría del flogisto. Debido a lo anterior, la Teoría del Flogisto Retrasó el proceso de investigación sobre el estudio de los gases.

El Fuego… un enigma para el siglo XVII Desde los tiempos más antiguos las ideas acerca de la combustión han procedido de una detallada observación del fuego.  A partir de 1650 el interés por este fenómeno radicaba en la posibilidad de encontrar nuevas aplicaciones al fuego y, `por medio de la máquina de vapor, obligarle a realizar los trabajos duros de la tierra. Este creciente interés llevó a los químicos a una nueva conciencia del fuego. Según las antiguas concepciones griegas, todo lo que puede arder contiene dentro de sí el elemento fuego, que se libera bajo condiciones apropiadas. Las nociones alquímicas eran semejantes, salvo que se concebían los combustibles como algo que contenía el principio de "azufre" (no necesariamente el azufre real).

Teoría del Flogisto En 1702, Georg Ernest Stahl (1660-1734), desarrolló la teoría del flogisto para poder explicar la combustión. El flogisto o principio inflamable, descendiente directo del "azufre" de los alquimistas y más remoto del antiguo elemento "fuego" era una sustancia imponderable, misteriosa, que formaba parte de los cuerpos combustibles. Cuanto más flogisto tuviese un cuerpo, mejor combustible era. Los procesos de combustión suponían la pérdida del mismo en el aire. Lo que quedaba tras la combustión no tenía flogisto y, por tanto, no podía seguir ardiendo.

¿Cuál era la función del aire en la combustión durante el siglo XVII? El aire era indispensable para la combustión, pero con carácter de mero auxiliar mecánico.Las reacciones de calcinación de los metales se interpretaban a la luz de esta teoría del siguiente modo: el metal, al calentarse perdía flogisto y se transformaba en su cal. Es precisamente aquí donde falla la teoría del flogisto. ¿Cómo la cal es más pesada que el metal correspondiente, pese a que éste ha perdido flogisto?. Este problema sin resolver no era tan serio en el siglo XVIII como nos parece hoy a nosotros. Mientras la teoría del flogisto explicase los cambios de aspecto y las propiedades, cabía ignorar las variaciones en la masa. Fue Lavoisier quien demostró la inexistencia del flogisto

Diseño Experimental de Lavoisier El esquema muestra el caso de sustancias que al combustionarse, en vez de perder masa, la ganan. Lavoisier comprobó al realizar una combustión “cerrada” que el Flogisto no existe, sólo existe una transformación de la materia.

El aire del siglo XVII Todos los gases conocidos hasta entonces eran "aires" ya que se suponía que el aire podía estar contaminado por vapores y olores que lo impurificaban temporalmente. En el siglo XVIII los gases pasan a tener una entidad propia y diferenciada, como los sólidos y los líquidos, y planteaban su desafío a los químicos. Muchos de ellos dedicaron sus esfuerzos a dilucidarlos.

EL DESCUBRIMIENTO DEL DIÓXIDO DE CARBONO (CO2) Joseph Black (1728-1799) El asalto definitivo al conocimiento de los gases fue emprendido por J. Black, médico escocés,  al descubrir el anhídrido carbónico (dióxido de carbono). Black estaba estudiando las posibilidades del bicarbonato de magnesio para neutralizar el exceso de acidez en el estómago. Comprobó que se liberaba una sustancia gaseosa cuando dicha sustancia se ponía en contacto con ácido vitriólico (ácido sulfúrico). Se le llamó "aire fijo", ya que parecía que se encontraba fijo en el bicarbonato en forma sólida. Black demostraría más tarde la presencia del "aire fijo" en los productos de la fermentación y en el aire espirado. El descubrimiento contradecía todas las creencias sobre la inercia del aire y se abría con ello la sospecha de que en muchas reacciones se liberasen sustancias  gaseosas.

LA CARACTERIZACIÓN DEL HIDRÓGENO Y EL DESCUBRIMIENTO DEL NITRÓGENO Henry Cavendish (1731-1810) Aunque el hidrógeno ya fue obtenido por Boyle y por otros químicos, nadie lo había caracterizado ni probado su individualidad. Se conocía que podía obtenerse hidrógeno por la acción de un ácido sobre un metal, reacción que utilizó Cavendish para determinar el peso específico del hidrógeno. El nitrógeno es más que probable que fuese encontrado independientemente  por tres  científicos, y por métodos científicos: Daniel Rutherford (1749-1819), discípulo de Black, Scheele  y Cavendish. Ninguno de ellos hizo públicos sus resultados. Los tres coincidieron al evaluar de forma bastante aproximada la proporción de nitrógeno en el aire, aunque avanzaron poco en la comprensión de su naturaleza.

EL DESCUBRIMIENTO DEL OXÍGENO Carl Wilhelm Scheele (1742-1786) Joseph Priestley (1733-1804)  Pese a las reivindicaciones que hubo en su momento, no cabe duda que fue Scheele el primero que caracterizó al oxígeno entre 1770 y 1773. Mediante el calentamiento de óxido de mercurio, carbonato de plata y otras sustancias, Scheele recogió un gas, al que inicialmente llamó "aire vitriólico", caracterizado por ser inodoro e insípido y, sobre todo, por alimentar la combustión de forma más activa que el aire ordinario. Scheele también descubrió el cloro, el molibdeno y el tungsteno. En la misma época, Priestley da a conocer sus resultados sobre el mismo gas. Muy habilidoso para el trabajo de laboratorio, en especial para con los gases, caracterizó un número mayor que ningún otro químico en su tiempo. Entres otros: el óxido nítrico, el monóxido de carbono, el dióxido de azufre y el amoniaco. El descubrimiento del oxígeno por parte de Priestley se gestó hacia 1774. También utilizó el óxido de mercurio como sustancia de partida.

LEYES DE LOS GASES A partir del estudio de los gases y su composición durante este período se desarrolló toda una línea de investigación físico – química en relación a los gases y su comportamiento. Surgen así las leyes de los gases. Las más conocidas son:

Ley de Boyle Relación entre la presión y el volumen de un gas cuando la temperatura es constante Fue descubierta por Robert Boyle en 1662. Edme Mariotte también llegó a la misma conclusión que Boyle, pero no publicó sus trabajos hasta 1676. Esta es la razón por la que en muchos libros encontramos esta ley con el nombre de Ley de Boyle y Mariotte. La ley de Boyle establece que la presión de un gas en un recipiente cerrado es inversamente proporcional al volumen del recipiente, cuando la temperatura es constante.

Ley de Charles Relación entre la temperatura y el volumen de un gas cuando la presión es constante. En 1787, Jack Charles estudió por primera vez la relación entre el volumen y la temperatura de una muestra de gas a presión constante y observó que cuando se aumentaba la temperatura el volumen del gas también aumentaba y que al enfriar el volumen disminuía.

Ley de Gay-Lussac Relación entre la presión y la temperatura de un gas cuando el volumen es constante. Fue enunciada por Joseph Louis Gay-Lussac a principios de 1800. Establece la relación entre la temperatura y la presión de un gas cuando el volumen es constante.

Preguntas para desarrollar: (Complementar con los apuntes tomados en clases) ¿A qué se le denomina “Química Neumática” ? ¿Cuál era el planteamiento de la Teoría del Flogisto? ¿Porqué actualmente el aire no es considerado un elemento químico? ¿Qué situación observada en las reacciones químicas permitió dudar de la existencia del Flogisto? ¿A qué se refiere que a partir del siglo XVIII los gases pasan a tener una entidad propia y diferenciada como los sólidos y los líquidos? Identifica los nombres de los científicos, los gases que descubrieron y el período. Identifica nombres de compuestos químicos mencionados y con la ayuda del profesor identifica sus fórmulas químicas. Identifica los nombres y los postulados de las Leyes de los Gases