ROBERT BOYLE Y EL CONCEPTO DE ELEMENTO, por Miguel Katz (y Parte 2)

ROBERT BOYLE Y EL CONCEPTO DE ELEMENTO (Parte 1)

 

ROBERT BOYLE Y EL CONCEPTO DE ELEMENTO

(y Parte 2)

En muchos textos se suele considerar a Robert Boyle como el científico que introdujo en la Química un concepto de elemento diferente al empleado por los aristotélicos o por los alquimistas y que sirvió de antecedente al que formulara Lavoisier en 1789. Mediante una breve descripción de diversas concepciones. imperantes en la Edad Media, el Renacimiento y el siglo XVII, analizamos la definición dada por Boyle en su “The Skeptical Chymist” y tratamos de demostrar que esa definición no es novedosa ni tiene el mismo sentido que la dada por Lavoisier.

Por Miguel Katz

Universidad Nacional Tres de Febrero 

 

El corpuscularismo de Boyle

En la profusa obra de Boyle , no hay ninguna mención al vacío. Sólo tomando en cuenta la profunda religiosidad de Boyle puede entenderse como, luego de comprobar experimentalmente las relaciones de compresibilidad del aire, se resistía a aceptar la idea del vacío. Al escribir su trabajo Of the Atomical Philosophy había tomado las ideas de Daniel Sennert , y de Joachim Junge (1587 – 1657) quien exponía sus ideas atomistas . Pero si sólo hay átomos y vacío ¿Dónde está el alma? El alma no es materia, no está formada por átomos. Pero en la concepción cristiana, existe. Si los átomos, como su nombre lo indica, son indivisibles y, como sugirieron atomistas como Gassendi , son indestructibles. ¿Cómo se explica la transubstanciación del pan en carne y del vino en sangre? Indudablemente, las contradicciones entre las creencias religiosas y las conclusiones derivadas de sus experimentos deben haber ocupado buena parte de las meditaciones de Boyle .

Por otra parte, muchos filósofos europeos, creían en un “ plenum ”, en que el Universo está lleno de materia. Así, por ejemplo, Descartes sostenía que el movimiento era posible sin necesidad de concebir el vacío. Para demostrarlo, proponía hacer un agujero en la base de un tonel completamente lleno de líquido, sólo si se hacía otro agujero en la parte superior para que entrara el aire — que para él era una sustancia extensa — el líquido podía salir. De este experimento se concluyó que la falta de vacío no impide el movimiento y que el “ lleno ” es una de las condiciones para que haya movimiento ( 12) .

 

 

Boyle tomó la idea de Sennert de que se podía dividir la materia hasta una mínima naturalia , pero rehusó siempre pronunciarse sobre si esos mínimos naturalias debían considerar átomos en el sentido estricto del término o no. Si bien era partidario de reformar la física hipotética para transformarla en una filosofía experimental, le resultó imposible probar experimentalmente tanto la existencia de los átomos como las hipótesis de Descartes . De allí que quedó a un camino intermedio entre esas dos posiciones extremas y su concepción se conoce como corpuscularismo mecanicista . En sus escritos trataron de ilustrar las ideas de los filósofos mecanicistas y, de esta manera, demostrar que la filosofía corpuscular tenía su fundamento en los experimentos. Al respecto escribió

» Espero poder al menos hacer algún servicio, que no sea inapropiado, a las filosofías corpusculares ilustrando algunas de sus nociones mediante experimentos sensibles ” (13)

 

Daniel Sennert (14) en 1631 y Sébastien Basso (15) en 1636 habían puesto sobre el tapete una pregunta que subsistió durante más de dos siglos. ¿Qué relación existe entre los átomos y los cuerpos que tienen propiedades químicas específicas y que pueda ser detectable mediante experimentos?

 

 

Basso utilizó dos metáforas para describir a los átomos. La primera los consideró como a las letras del alfabeto, cuya combinación da origen a distintas palabras. Mediante esta metáfora, Basso sugeriría la posibilidad de que hubiera átomos diferentes y que la diferencia entre los átomos permitiría que su conjunto tuviera sentido. En la segunda metáfora, Basso comparó a los átomos con los ladrillos de un edificio. Aunque todos los ladrillos eran idénticos, las edificaciones construidas con ellos no tienen por qué ser iguales. Este átomo ladrillo daba la idea de una materia primordial homogénea, con lo que las diferencias entre los agregados era una mera cuestión de configuración .

Las metáforas usadas por Basso dividieron las opiniones de los corpuscularistas . Unos optaron por el átomo “ alfabeto ” y otros por el átomo “ ladrillo ”. Los que optaron por esta última imagen, según la cual las partículas últimas tienen solamente propiedades primarias -extensión, forma, impenetrabilidad y masa- han sido llamados “ químicos mecanicistas ”.

Sennert consideró que los mixtos eran agregados y al plantear el problema de la identidad de tales agregados parecía que, al formarse un mixto, se conservaban las formas de los elementos aunque sus propiedades disminuían en intensidad. Al respecto daba como ejemplo que al disolver oro en agua regia sus propiedades se debilitan tanto que se vuelven imperceptibles, pero al recuperar el oro ( de la solución ) este recobra todas sus propiedades.

Boyle se oponía a las concepciones de los escolásticos y de los seguidores de Paracelso , quienes explicaban las cualidades de un cuerpo ( frío, calor, fragilidad, fusibilidad, etc. ) a partir de las cualidades propias de cada elemento. Sostenía, en cambio, que las cualidades de los cuerpos eran el producto de las diferentes agregaciones de partículas y no de la combinación de las cualidades de las supuestas sustancias elementales.

Para demostrarlo repitió un experimento de Sennert . Plata disuelta con ácido nítrico. A la solución de nitrato de plata se le agregó carbonato de sodio, precipitando el carbonato de plata. Una vez filtrado, calentó el carbonado de plata en un crisol recuperando la plata metálica. Con esa plata se podía repetir indefinidamente el experimento. De esta manera demostraba que la plata puede perder sus cualidades y sus formas y seguir siendo plata. En su concepción, las propiedades químicas de los cuerpos macroscópicos eran el resultado de las propiedades e interacciones mecánicas de los corpúsculos que los forman. Al igual que otros baconianos suponían posible encontrar esa relación, pero una cosa era exponer esta hipótesis y otra comprobarla experimentalmente.

Algunos corpuscularistas , cifraban sus esperanzas de alcanzar el éxito utilizando los instrumentos ópticos que se estaban desarrollando recientemente. Christopher Wren , creía que con el perfeccionamiento de los microscopios se podría establecer la forma de agregación de los constituyentes de la materia. Al respecto escribía:

» Los fenómenos naturales, habiendo sido ordenados últimamente en una forma geométrica de razonamiento a partir de experimentos oculares, han de probar una Ciencia de la Naturaleza real, no una hipótesis de lo que la naturaleza puede ser, la perfección de los telescopios y microscopios mediante los cuales nuestros sentidos pueden avanzar infinitamente, parecen ser el único modo de penetrar en las más ocultas partes de la Naturaleza… ” (16).

 

Pero en el siglo XVII cualquier intento de aislar con certeza un elemento estaba condenado al fracaso.

 

El mecanicismo de Boyle

Boyle hizo suya la concepción mecanicista de Des Cartes . Para Des Cartes , el Universo era una suerte de mecanismo de relojería gigante. Según él, el mundo se reduce a materia en movimiento. Su mecanicismo se fundamentaba en unos pocos principios físicos y metafísicos, algunas teorías auxiliares, datos de observación y normas epistemológicas derivadas de sus principios metafísicos.

i) La esencia de la materia es su extensión.

ii) La materia es infinitamente divisible.

iii) Espacio y materia es son dos aspectos de una misma entidad.

 

Hay 3 tipos de partículas, caracterizadas por sus propiedades geométricas y cantidad de movimiento . El primer género de materia se caracteriza por sus dimensiones ínfimas. Son producidas por rocas y raspaduras de partículas más grandes y se mueven a tal velocidad que al chocar con otros cuerpos son deshechas a tamaños aún menores. El otro género de materia está compuesto por partículas esféricas y muy pequeñas y, por su tamaño, se mueven a velocidades menores y tienen menor probabilidad de desintegrarse e un choque. Un tercer género consta de partes de materia , que, por ser más gruesas y por su figura no son tan apropiadas para el movimiento como las precedentes. Las partes más gruesas forman los planetas, cometas, etc. En los intersticios de este tipo de materia, se encuentra el éter -que es lo que forman los cielos-, y en los intersticios del éter, se encuentra la luz -que es lo que forman al Sol ya las estrellas fijas .

Los principios físicos que constituyen la base de la teoría mecanicista de Des Cartes son:

El Principio de inerciaCualquier cosa, en tanto que es simple e indivisible, siempre permanece en las mismas condiciones sin cambio a no ser que intervengan fuerzas externas(17) .

El Principio de movilidad rectilíneo : “ Ninguna porción de materia considerada en si misma, (sin intervención de un agente exterior) tiende a continuar su movimiento de forma curva sino que lo hace en línea recta ”.

El principio de la conservación de la cantidad de movimiento . “ Cuando un cuerpo en movimiento se encuentra con otro, si este tiene menos “fuerza” para continuar en línea recta que el otro para oponérsele entonces es reflejado a otro lugar manteniendo su movimiento aunque pierda la dirección del mismo; sin embargo, en caso de tener más fuerza que el otro objeto, entonces lo mueve consigo mismo y pierde tanto movimiento como el que transmite al otro cuerpo ”.

Boyle utilizó esta concepción para justificar el movimiento que hacen los “ corpúsculos ” del aire cuando se comprime o se expande sin comprometerse en la aceptación de la existencia del vacío.

 

El escepticismo de Boyle y su definición de elemento

En su libro EL QUIMISTA ESCÉPTICO: O CHYMICO – Dudas y paradojas físicas que tocan los PRINCIPIOS DEL ESPAGIRISTA Comúnmente llamados HIPOSTÁTICOS, ya que deben ser propuestos y defendidos por la generalidad del ALQUIMISTA , Boyle se explaya en argumentos para rebatir las teorías de la existencia de principios o elementos aristotélicos o paracélsicos que se encuentran en todos los cuerpos mixtos. En la página 350 de este libro se menciona la definición de “ elemento ” o “ principio ” que daban los químicos de la época:

 

Y para prevenir confusiones, debo advertirles que ahora llamo elementos, como lo que los químicos expresan llanamente como principios, a ciertos cuerpos primitivos y simples perfectamente puros y sin mezcla; que no están formados por ningún otro cuerpo, ni unos por otro, que son los ingredientes a partir de los cuales se componen todos los que llamamos mixtos perfectos, y en los que finalmente estos se pueden descomponer: y lo que me pregunto ahora es si existe un cuerpo de este tipo que se encuentre de manera constante en todos, y en cada uno, de los que consideramos constituidos por elementos.

 

Y para evitar errores, debo anunciarte, que ahora entiendo por Elementos, como lo hacen los Químicos que hablan más claramente con sus Principios, ciertos cuerpos Primitivos y Simples, o perfectamente sin mezclar, que no estando hechos de otros cuerpos, o de otros cuerpos. unos de otros, son los ingredientes de los que se componen inmediatamente todos los llamados Cuerpos perfectamente mezclados y en los que finalmente se resuelven: ahora bien, si existe tal cuerpo que se encuentre constantemente en todos y cada uno de los que están Se dice que son cuerpos elementales, es lo que ahora cuestiono” (18).

Nótese que no da una definición propia de “ elemento ” sino que, para exponer sus argumentos, toma la que usan “ aquellos químicos que hablan llanamente de sus principios ” como cuerpos simples y que forman todos los compuestos.

En la parte final de este párrafo, Boyle también se pregunta si existe o no un cuerpo elemental que esté presente en todos los cuerpos. Es decir, se pregunta si existe un “ átomo ladrillo ”. Si, realmente, el sustrato último de la materia estaba constituido por corpúsculos homogéneos, que sólo difieren en su disposición, eso explicaría la transmutación. La posibilidad de la transmutación chocaría frontalmente con la tesis sostenida por los atomistas de que los átomos son inmutables (19) .

 

 

Refiriéndose a la existencia de cuerpos simples , Boyle expresa:

No voy a ser tan absurdo de negar que hay tales cuerpos, como la tierra y el agua y el mercurio y el azufre: pero considero a la tierra y el agua como partes componentes del Universo, o mejor del Globo terrestre, y no como parte de todos los cuerpos mixtos. Y si bien no voy a negar imperiosamente que, a veces, puede obtenerse mercurio o una sustancia combustible de un mineral, o aún de un metal, no necesito conceder que cualquiera de ellos sea un elemento en el sentido más arriba declarado ( como constituyente de todos los cuerpos mixtos )

 

Más adelante, Boyle explica que, a través de sus experimentos con zapallos, menta y otros vegetales, él ha comprobado la transmutación del agua :

Mediante esos experimentos, resulta evidente que el agua puede ser transmutada en todos los otros elementos, de donde se puede inferir que no cada una de las cosas que los químicos llaman sal, azufre o espíritu necesita ser siempre un cuerpo primordial e ingenerable ”.

 

Por lo tanto, espero que estén satisfechos, con que los argumentos que acostumbran a usar los químicos para probar que todos los cuerpos consisten en tres principios, o cinco, distan mucho de ser tan fuertes como los que he empleado para probar que no hay ninguna. certidumbre y número determinado de tales principios o elementos que puedan encontrarse universalmente en todos los cuerpos mixtos.

 

The Skeptical Chymist , más que un intento de establecer nuevos conceptos sobre la constitución de la materia, trata de probar que no existe un número reducido de principios que constituyen todos los cuerpos. En la “ Conclusión Boyle expresa:

Porque espero que con esto quede satisfecho de que los argumentos que suelen presentar los químicos para demostrar que todos los cuerpos constan de tres principios o de cinco, están lejos de ser tan sólidos como los que he empleado para explicarlo. demostrar que no existe un número cierto y determinado de dichos Principios o Elementos que deban cumplirse universalmente en todos los Organismos mixtos (20) .

Boyle no intentó dar una definición novedosa de elemento, ( como lo haría posteriormente Lavoisier ). Sólo explícitamente la formulada en 1632 por Joachim Junge (21) y otros alquimistas de la época. En la opinión de Junge se requería una concepción distinta de las ciencias naturales en cuanto a la existencia de un número finito de principios. Sostuvo que, así como la geometría euclidiana se basa sobre un pequeño número de entidades básicas, las ciencias naturales deben estructurarse tan axiomáticamente como lo es la geometría. Insistió en que sólo la experiencia sensorial y una metodología inductiva podrían conducir a la identificación de esas “ unidades más recientes de la realidad ”. Encontró que fibras textiles, o superficies pulidas, que a simple vista parecían homogéneas resulta ban heterogéneas cuando las observaba con el anchiscopium. Junge , llegó a establecer que hay un número de sustancias ( plata, oro, mercurio, azufre, sal, antimonio y algunas otras ), que no podían ser sujetas a posteriores diacrisis, como por ejemplo, mediante ácidos o el fuego. De modo que postuló que eran realmente homogéneas y, por lo tanto, elementos verdaderos.

No obstante los múltiples experimentos químicos que Boyle realizó, en ninguna de sus publicaciones hizo referencia explícita a qué cuerpos él consideraba como elementos. Sólo al comentar que había repetido el experimento del sauce de van Helmont (22) concluyó que la materia que formaba su planta provenía principalmente de polvo del aire. Su concepción baconiana lo hizo dudar si cada elemento entra o no en la constitución de todos los cuerpos, de la función del elemento en las reacciones químicas e incluso de la existencia de de esos cuerpos “ elementales ”. Su empirismo lo llevó a ser escéptico respecto y la posibilidad de desarrollar una teoría, aristotélica , paracelsiana o cartesiana , de la naturaleza íntima de la materia y sus transformaciones sobre la base de experimentos químicos.

En una carta fechada un día antes de la muerte de Boyle , Leibniz le dijo a Huygens (23) que estaba “ asombrado ” por el hecho de que Boyleque había realizado tan detallados experimentos no haya llegado a (exponer) alguna teoría química luego. de haber meditado tanto tiempo sobre ellos. Sino que, en sus libros, y por todas las consecuencias que extrajo de sus observaciones, él concluye solamente en lo que todos sabemos, que todo ocurre mecánicamente ”. “ Sus libros ” como le hizo notar Huygens a Leibniz a la muerte de Boyleestán llenos de experimentos. Pero la experimentación era lo único que a Boyle realmente le interesaba(24) . Él tenía un cierto fervor en propagar la concepción corpuscularista , pero no estaba interesado en construir una teoría detallada sobre la relación entre los átomos y las propiedades químicas.

 

 

Del concepto de Boyle al de Lavoisier

Un siglo más tarde, en 1789, Lavoisier ofreció en su Traité élémentaire de chimie una definición operacional de elemento químico: el último término alcanzable mediante el análisis químico. A diferencia de Boyle , quien no dio un solo ejemplo de elemento, Lavoisier publicó una tabla donde se exponían treinta y tres sustancias elementales, como el oxígeno, el hidrógeno, el ázoe ( nitrógeno ), el calórico, la luz, etc., la mayor parte de las cuales son correctas desde el punto de vista actual.

Boyle fracasó en su intento de vincular las propiedades mecánicas de los  corpúsculos últimos con las propiedades químicas de los cuerpos macroscópicos . En cambio, Lavoisier tuvo buen cuidado al desligar la determinación de estos elementos de cualquier especulación sobre la naturaleza atómica de la materia . A su juicio, identificar a los elementos con los átomos era condenarse a no saber nada sobre aquéllos. Su concepto de elemento era de carácter operativo, apegado a la práctica química y lejos de hipótesis físicas puramente teóricas. Sostuvo que definir a una especie como elemento era siempre provisorio ya que el perfeccionamiento de los métodos de análisis podría demostrar que, en realidad, era compuesta . Esa concepción de elementos como aquellas sustancias a las que podemos reducir los cuerpos por descomposición, perduró hasta bien entrado el siglo XX y es muy común encontrar en los libros de texto que las sustancias se clasifican en “ elementos y compuestos ”.

Deberían pasar más de tres siglos desde los trabajos de Boyle hasta que la Química Cuántica pudiese conectar las características físicas de los corpúsculos con las propiedades químicas de los cuerpos.

 

 

Conclusión

Según él mismo lo reconoció, la definición de elemento adoptada por Boyle en “ The Skeptical Chymist …”, no es original. Creía que toda la materia estaba formada por corpúsculos idénticos y que las cualidades de los cuerpos eran el producto de las diferentes agregaciones de esos corpúsculos.

A diferencia de Lavoisier , Boyle no propuso una tabla de los cuerpos a los que se consideraba dentro de la definición de elemento. De haberlo hecho quizás hubiera tenido muchos adeptos, pero dejó el tema en un estado tan poco concreto que sus ideas no gozaron de mucha aceptación de sus contemporáneos.

Encorsetado por su concepción baconiana , el empirismo de Boyle no le permitió establecer un nexo entre los constituyentes últimos de la materia y las propiedades macroscópicas de la misma.

Boyle creía posible la transmutación . Por lo tanto, en su concepción las partículas últimas de la materia no son inmutables. La posibilidad de la transmutación fue el objetivo perseguido por la mayoría de los alquimistas . De modo que más que establecer un cambio entre la Alquimia y la Química , la obra de Boyle tiene aspectos alquímicos .

La definición de elemento dada por Lavoisier , en cambio, es operativa. Fue útil durante mucho tiempo a pesar de que en el siglo XIX se comprobó que algunas sustancias consideradas simples eran, en realidad, compuestas. Fue reemplazada por la de “ conjunto de todos los nucleidos iguales entre sí y sus isótopos ” cuando se comprobó que había sustancias formadas por una sola clase de átomos que podían descomponerse mediante el análisis químico. Así ozono y oxígeno son dos sustancias simples formadas por el mismo elemento pero el ozono se descompone en oxígeno según 2 O3 → 3 O2.

 

«El químico escéptico» de Robert Boyle fue publicado en Londres en 1661.

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EL CONCEPTO DE ELEMENTO BOYLE

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Notas

12 Descartes no se había enterado que en 1643, Torricelli había realizado su experimento clásico.

13 Las obras del Honorable Robert Boyle, Thomas Birch, (ed.), 6 vols. (Londres, 1772); reimpresión de la edición de 1744 por George Olms, (1966), vol. Yo, pág. 356.

14 Daniel Sennert. De chymicorum cum aristotelicis et galenicis consensu et dissensu. Witterberg, 1519.

15 Sébstien Basso. Philosophiae naturalis adversus Aristotelem libri XII. Elsevier, Ámsterdam, 1636.

16 Christopher Wren: Parentalia o Memorias de la familia de Wren. Londres. 1750. Pág. 140. Volumen I.

17 Este enunciado fue formulado por Des Cartes en 1644, pero se le atribuye a Newton quien lo publicó en sus Principia en 1687.

18 Y para prevenir confusiones, debo advertirles que ahora llamo elementos, como lo que los químicos expresan llanamente como principios, a ciertos cuerpos primitivos y simples perfectamente puros y sin mezcla; que no están formados por ningún otro cuerpo, ni unos por otro, que son los ingredientes a partir de los cuales se componen todos los que llamamos mixtos perfectos, y en los que finalmente estos se pueden descomponer: y lo que me pregunto ahora es si existe un cuerpo de este tipo que se encuentre de manera constante en todos, y en cada uno, de los que consideramos constituidos por elementos.

19 De hecho, en su trabajo De una degradación del oro hecha por un anti-elixir: una extraña narrativa química. Londres, 1678; Boyle sostuvo haber logrado la transmutación del oro en un metal vil.

20 Por lo tanto, espero que estén satisfechos, con que los argumentos que acostumbran a usar los químicos para probar que todos los cuerpos consistentes en tres principios, o cinco, distan mucho de ser tan fuertes como los que he empleado para probar que no hay ninguna certidumbre y número determinado de tales principios o elementos que puedan encontrarse universalmente en todos los cuerpos mixtos.

21 Joaquín Junge. “Experimente und Gedanken zur Begründung der Chemie als Wissenschaft”. Analizado por Hans Kangro: “Ein Beitrag zur Geistesgeschichte des siebzehnten Jahrhunderts”, The British Journal for the History of Science 4 (4) (1969), 409-411.

22 En vez del sauce, Boyle usó una planta de caña que empleaba un tiempo menor para crecer (The Skeptical Chymist… 1661. p. 107)

23 Leibniz a Huygens, 29 de diciembre de 1691, en Huygens, Christiaan., 1888, Oeuvres Complètes, 30 vols., La Haye: Martinus Nijhoff, 1888-1950 Vol 10 p. 228).

24 Huygens, Christiaan., 1888, op. cit. Vol. 10. pag. 239.

 

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