Química neumática

"Entre 1770 y 1785, los químicos de toda Europa comenzaron a capturar, aislar y pesar diferentes gases." ^{[ 8 ] : 40}

La cubeta neumática fue fundamental para el trabajo con gases (o, como los llamaban los químicos de la época, aires). El trabajo de Joseph Black, Joseph Priestley, Herman Boerhaave y Henry Cavendish giró en gran medida en torno al uso de este instrumento, que les permitió recolectar aires liberados por diferentes reacciones químicas y realizar 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 una nueva vía para explorar problemas antiguos, como por ejemplo en el campo de la química medicinal. Un inglés en particular, James Watt, comenzó a aplicar la idea de los aires en lo que se denominó terapia neumática , es decir, el uso de aires para mejorar el funcionamiento de los laboratorios con aire fresco y también para ayudar a pacientes con diversas enfermedades, con resultados variables. La mayor parte de la experimentación humana se realizó en 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 ese momento, el agua se consideraba un elemento fundamental en lugar de un compuesto. James Watt también buscó explorar el uso de diferentes " aires artificiales ", como el hidrocarbonato, en tratamientos medicinales como "terapia neumática", colaborando con el Dr. Thomas Beddoes y Erasmus Darwin para tratar a Jessie Watt, su hija que padecía tuberculosis , utilizando aire fijo. ^{[ 10 ]}

Joseph Black fue un químico que se interesó en el campo neumático tras estudiar con William Cullen . Inicialmente se interesó por la magnesia alba, o carbonato de magnesio (MgCO₃ ₎ , y la caliza , o carbonato de calcio (CaCO₃ ₎ , y escribió una disertación titulada " 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 (CO₂ ₎ , se liberaba durante las reacciones con diversas sustancias químicas, incluida la respiración . A pesar de no haber utilizado nunca la cubeta neumática ni otros instrumentos inventados para recolectar y analizar los aires, sus deducciones impulsaron una mayor investigación sobre el aire fijo en lugar del aire común, llegando incluso a utilizarse la cubeta. ^{[ 2 ]}

El amoníaco gaseoso fue aislado por primera vez por Joseph Black en 1756 mediante la reacción de cloruro de amonio ( sal amoniaco ) 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 Observaciones sobre diferentes tipos de aire, fue uno de los primeros en describir el aire como compuesto de diferentes estados de la materia, y no como un solo elemento. ^{[ 17 ]} Priestley desarrolló las nociones de aire fijo (CO ₂ ), aire mefítico y aire inflamable para incluir "aire nitroso inflamable", " aire de ácido vitriólico ", " aire alcalino " y " aire deflogistizado ". ^{[ 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 utilizando aire fijo en sus Instrucciones para impregnar agua con aire fijo. El trabajo de Priestley sobre química neumática tuvo influencia en sus visiones del mundo natural. Su creencia en una "economía aérea" provenía de su creencia en que el "aire deflogistizado" 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 recolectar varios aires nuevos solubles en agua . Esto se logró principalmente mediante la sustitución del mercurio por agua y la implementación de una repisa debajo del cabezal para mayor estabilidad, aprovechando 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 la Elementa Chimiae en 1727. Este tratado incluía apoyo al trabajo de Hales y también desarrollaba la idea de los aires. A pesar de no haber publicado su propia investigación, esta sección sobre aires en la 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 haber contribuido al mundo de la termometría química a través de su trabajo con Daniel Fahrenheit , también tratado en la Elementa Chimiae. ^{[ 20 ]}

Henry Cavendish , a pesar de no ser el primero en reemplazar el agua en la cubeta con mercurio , fue uno de los primeros en observar que el aire fijo era insoluble sobre 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 la cubeta neumática. Sin embargo, no explotó su propia idea al máximo y, por lo tanto, no utilizó la cubeta neumática de mercurio en toda su extensión. ^{[ 2 ]} A Cavendish se le atribuye un análisis casi correcto del 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 química, Stephen Hales inventó la cubeta neumática para recolectar gases de las muestras de materia que utilizaba. Si bien no le interesaban las propiedades de los gases recolectados, quería investigar la cantidad de gas que se desprendía de los materiales que quemaba o dejaba fermentar . Hales logró evitar que el aire perdiera su elasticidad, es decir, que experimentara una disminución de volumen, burbujeando el gas a través del agua y, por lo tanto, disolviendo los gases solubles.

Tras la invención del canal neumático, Stephen Hales continuó su investigación sobre los diferentes aires y realizó numerosos análisis newtonianos de sus diversas propiedades. En 1727 publicó su libro Vegetable Staticks , que tuvo un profundo impacto en el campo de la química neumática, ya que muchos investigadores lo citaron en sus trabajos académicos. En Vegetable Staticks , Hales no solo presentó su canal, sino que también publicó los resultados obtenidos del aire recolectado, como la elasticidad y la composición de los aires, así como su capacidad de mezclarse con otros. ^{[ 22 ]}

Stephen Hales , considerado el creador de la química neumática, inventó la cubeta neumática en 1727. ^{[ 23 ]} Este instrumento fue ampliamente utilizado por muchos químicos para explorar las propiedades de diferentes aires, como el llamado aire inflamable (actualmente conocido como hidrógeno). Lavoisier lo empleó, además de su gasómetro, para recolectar gases y analizarlos, lo que le ayudó a elaborar su lista de sustancias simples.

La cubeta neumática, si bien fue fundamental durante todo el siglo XVIII, se modificó varias veces para recolectar gases de manera más eficiente o simplemente para recolectar más gas. Por ejemplo, Cavendish observó que la cantidad de aire fijo que se liberaba en una reacción no se encontraba completamente sobre el agua; esto significaba que el agua fija absorbía parte de este aire y no podía utilizarse cuantitativamente para recolectarlo. Por lo tanto, reemplazó el agua de la cubeta con mercurio, en el cual la mayoría de los gases no eran solubles. De esta manera, no solo pudo recolectar todos los gases liberados en una reacción, sino que también pudo determinar la solubilidad de los gases en agua, lo que dio inicio a una nueva área de investigación para los químicos neumáticos. Si bien esta fue la principal adaptación de la cubeta en el siglo XVIII, se realizaron varios cambios menores antes y después de esta sustitución del agua por mercurio , como la adición de una repisa para apoyar el cabezal durante la recolección de gases. Esta repisa también permitiría el uso de cabezales menos convencionales, como la vejiga animal de Brownrigg . ^{[ 2 ]}

Una aplicación práctica de un canal neumático fue el eudiómetro , que Jan Ingenhousz utilizó para demostrar que las plantas producían aire desflogistizado cuando se exponían a la luz solar , un proceso que ahora se denomina fotosíntesis . ^{[ 8 ]}

Durante su revolución química, Lavoisier creó un nuevo instrumento para medir gases con precisión. Lo llamó gasómetro . Tenía dos versiones diferentes: una que usaba en demostraciones para la Academia y el público, que era una versión grande y costosa diseñada para dar la impresión de tener una gran precisión, y una versión más pequeña y práctica para el laboratorio, con una precisión similar. Esta última era más barata de construir, lo que permitió que más químicos utilizaran el instrumento de Lavoisier. ^{[ 17 ]}