Government & Nonprofit

18 views

L'Electrificació del canvi químic : els inicis al primer quart del segle XIX

L'Electrificació del canvi químic : els inicis al primer quart del segle XIX
of 7
All materials on our website are shared by users. If you have any questions about copyright issues, please report us to resolve them. We are always happy to assist you.
Share
Tags
Transcript
     I   S   S   N   (  e  n   t  r   à  m   i   t   ) ,   S   C   Q  -   I   E   C    E   d  u  c  a  c   i   ó   Q  u   í  m   i  c  a    E   d  u   Q  n .   1   (   2   0   0   8   ) ,  p   5   1  -   5   7 51 L’electrificaciódel canvi químic.Els inicis al primer quart delsegle XIX Electrification of chemical changes at the beginning of C19th: the first 25 years Pere Grapí i Vilumara  / Centre d’Estudis d’Història de la Ciència. Universitat Autònoma de BarcelonaIES Joan Oliver. Sabadell resum La irrupció de la pila elèctrica de Volta en el territori de la química a principis del segle XIX varepresentar un repte important respecte a la concepció que es tenia del canvi químic. Lesaportacions de Humphry Davy, Michael Faraday i Jöns Jakob Berzelius a aquesta empresa vaninaugurar un nou discurs en la química que permetria tant interpretar de nou les reaccionsquímics com justificar les lleis que les regien. paraules clau canvi químic, electricitat, Davy, polaritat, Berzelius.. abstract  The arrival of Volta’s battery to the chemical world at the beginning of C19th started animportant challenge for the traditional concepts of chemical change. The contributions of Davy, Faraday and Berzelius to this cause announced the arrival of a new chapter in chemis-try that would allowed a new interpretation of chemical reactions and a justification of theirlaws. key words chemical change, electricity, Davy, polarity, Berzelius. La química i les afinitatsquímiques El canvi químic constitueix lapròpia essència de la química,perquè es tracta de l’aspecte queha permès diferenciar-la més béd’altres pràctiques i disciplines alllarg de la història. Això va seraixí perquè la química es va inte-ressar molt més per allò que dife-renciava els materials que no pasper unes altres qualitats —comara la solidesa— que els mostra-va semblants. Malgrat que unabona part dels canvis químicsvan acompanyats de canvis sen-sibles (colors, olors, textures,fases...), les interaccions íntimesde les substàncies que reaccionenno són assequibles als nostressentits. A partir del segle XV , elssavis implicats en la pràctica dela química van començar a utilit-zar el terme «afinitat» per inten-tar explicar i, precisament, visua-litzar els canvis químics.A la segona meitat del segle XVIII , en determinats cercles il·lus-trats, es va començar a parlar del’afinitat química com d’un con-cepte perfectament assimilat a laidea d’unió entre dues substàn-cies i, a partir del segle XIX , el    D   O   I  :   1   0 .   2   4   3   6   /   2   0 .   2   0   0   3 .   0   2 .   8   h   t   t  p  :   /   /  s  c  q .   i  e  c .  c  a   t   /  s  c  q   /   i  n   d  e  x .   h   t  m   l     E   d  u  c  a  c   i   ó   Q  u   í  m   i  c  a   n   ú  m  e  r  o   1 52 terme va adquirir definitivamentel sentit d’atracció i de tendènciaa la unió entre dues entitats dis-tintes per formar-ne una de nova.El concepte d’afinitat ha verte-brat la majoria de les interpreta-cions sobre el canvi químic ques’han succeït històricament.Algunes d’aquestes visions vancoexistir temporalment en con-textos determinats i variats, enels quals van mostrar la seva uti-litat més enllà de la mera inter-pretació del canvi químic 1 .El pensament d’Isaac Newtonno va deixar indiferent els quí-mics i, durant el segle XVIII , n’hiva haver molts que van trobarextraordinàriament persuasiva iprometedora la interpretació delcanvi químic en termes d’unesatraccions de curt abast entrepartícules. Aquest somni newto-nià, però, va començar a esvair-sedurant la segona dècada del segle XIX , quan es va perdre l’esperançad’explicar satisfactòriament elsfenòmens químics a partir de for-ces d’atracció de curt abast i denaturalesa anàloga a les forcesgravitatòries. Química i electricitat abansde la pila de Volta El descobriment de la pila elèc-trica per part de Volta al principidel segle XIX va obrir als químicsles fronteres d’un nou territorique va resultar força fructífer endiversos camps (exploracionspràctiques, innovacions teòri-ques, descobriments d’elementsdesconeguts i disseny d’una ins-trumentació nova de laboratori).No obstant això, va ser durant elsegle XVIII que l’electricitat enforma de guspires va entrar enles pràctiques químiques. A prin-cipis d’aquest segle XVIII , no esconeixia de l’electricitat gairemés d’allò que ja se’n sabia al’antiga Grècia, però, a meitat desegle, va haver-hi una proliferaciód’experiments elèctrics amb l’a- jut d’uns instruments cada copmés potents.L’electrificació de la químicadurant el segle XVIII va suposar unapropament del territori de laquímica al de la física experi-mental. Els instruments elèctrics(màquines elèctriques, ampollesde Leyden i electròfors) vancomençar a ser habituals en lespràctiques químiques al costatd’altres aparells, com ara labomba de buit, el termòmetre oel baròmetre. Tots acompanyarenla química cap la seva aproxima-ció a la física experimental.Malgrat que, en aquest procés, hivan participar personalitats quevan aconseguir un determinatprestigi en el món de la química,cal puntualitzar que, en principi,van ser persones alienes a lespràctiques químiques les que vanobrir el pas de l’electricitat a laquímica (Grapí, 2008).A la fi del segle XVIII , els fenò-mens elèctrics es coneixien fona-mentalment per les seves mani-festacions estàtiques i formavenpart de l’anomenada  física experi-mental , una disciplina basada enl’ús d’una instrumentació pro-gressivament més sofisticada.Entre aquests fenòmens elèctrics,s’hi distingien els estudis o elsexperiments realitzats amb elec-tricitat artificial —produïda mit- jançant la fricció entre determi-nats cossos— i els relatius a l’ elec-tricitat natural —que la naturalesaoferia sense necessitat de sermanipulada. Els fenòmens elèc-trics naturals tenien l’srcen enl’atmosfera o bé en els éssersvius, com era el cas del peix tor-pede i el de la contracció muscu-lar. La controvèrsia que es vaestablir en l’última dècada delsegle XVIII sobre l’srcen d’aquestaelectricitat animal, escenificadaen les investigacions de LuigiGalvani i d’AlessandroVolta, vaacabar amb el descobriment, perpart d’aquest últim, de l’electrici-tat generada pel contacte entremetalls distints i la invenció pos-terior d’un instrument —la pilaelèctrica— que acabaria impul-sant una nova tradició en la quí-mica 2 . La pila de Volta i la Naturphilosophie Volta va escollir la RoyalSociety de Londres per anunciarel seu invent a través d’una cartaenviada al seu secretari JosephBanks el 20 de març de 1800. Lacarta va ser llegida, primer, el 26de juny a la Royal Society i publi-cada el mes de setembre següenta les PhilosophicalTransactions , larevista de l’esmentada institució.No obstant això, aquesta carta vaser coneguda, abans de ser publi-cada, per AnthonyCarlisle iWilliamNicholson. Tots dos, almaig del mateix any, van comen-çar a construir la seva pròpia pilaamb la qual van ser capaços dedescompondre l’aigua per elec-tròlisi. L’any següent, en el labo-ratori de la RoyalInstitution deLondres, el seu director, un joveHumphryDavy, va iniciar unesaccelerades investigacions peraprofitar el potencial analític dela pila de Volta. Finalment, l’octu- 1. Per una visió històrica succinta del paper de l’afinitat química en la interpretació del canvi químic, vegeu Grapí (2004).2. En relació amb aquests episodis, vegeu Pera (1992) i Pancaldi (2003). durant el segle XVIII elsinstruments elèctricsacompanyaren laquímica cap la sevaaproximació a la físicaexperimental  bre de 1807, Davy va poder anun-ciar la descomposició de la sosa ide la potassa —considerades cos-sos simples fins aleshores— i eldescobriment de dos metallsnous: el sodi i el potassi. El galva-nisme, la nova disciplina basadaen l’ús de la nouvinguda electri-citat voltaica, que havia tingutl’srcen en el context de la fisio-logia animal i que s’havia mate-rialitzat en el territori de la físicaexperimental, va acabar en mansdels químics, qui, en estar mésben organitzats, en van saberexplotar el potencial al límit. Unclar exemple de com, entre terri-toris científics, també existeixendrets d’ocupació.La invenció de la pila de Voltava ser acollida amb entusiasmepels seguidors del romanticismegermànic vinculats al correntfilosòfic de la Naturphilosohie , enentendre que proporcionava una justificació empírica a les sevesidees. Aquest corrent consideravaque els fenòmens naturals reque-rien ser tractats no tant en ter-mes de les partícules que consti-tuïen la matèria, sinó, més aviata partir de les forces que aquestamanifestava. Aquestes forces, amés, eren polars; cadascuna teniala seva contrària, com el magne-tisme, amb la polaritat nord osud, i l’electricitat, de signe posi-tiu o negatiu. Friedrich Wilhelm Joseph vonScheeling, el filòsof romàntic que sistematitzà millorles idees de la Naturphilosophie , vapostular que tots els contrarispolars que s’observaven a lanaturalesa eren expressionsd’una mateixa  força subjacent , és adir, les  forces que la matèria posa-va de manifest —la llum, la calor,l’electricitat, el magnetisme i l’ac-ció química— es consideraven elsefectes d’aquesta  força universal .Si això era així, llavors, hauria deser possible fer la conversió entreaquestes forces. En aquest con-text, la pila de Volta va aparèixercom un instrument que certifica-va la conversió de l’acció química(suposadament, en aquest cas,entre la salmorra i un delsmetalls de la pila) en l’electrici-tat. És fàcil d’entendre, doncs,que, per als seguidors de la Naturphilosophie , les afinitats quí-miques i les polaritats elèctri-ques estiguessin en una disposi-ció més bona per explicar deter-minats fenòmens que no pas lesforces newtonianes de curt abastassociades a les partícules de lamatèria. HumphryDavy. La naturalesaelèctrica del canvi químic La figura de HumphryDavy vaser crucial per al desenvolupa-ment de la química a la GranBretanya durant les dues prime-res dècades del segle XIX . La sevacarrera com a investigador va serpeculiarment diferent de la d’al-tres químics britànics situats pro-fessionalment en la química apli-cada i en l’ensenyament. Davy vagaudir, a diferència dels seuscol·legues, del mecenatge de l’a-ristocràcia i dels recursos posatsa la seva disposició per part d’or-ganitzacions com ara la RoyalSociety i la RoyalInstitution. Lesidees de la Naturphilosophie vantrobar una adequada acomodacióen l’esquema de Davy sobre lesafinitats químiques. No obstantaixò, no és segur que Davy esti-gués totalment compromès ambaquest corrent del romanticismealemany. Segurament, Davy vatrobar en la Naturphilosophie unacorroboració als dos pilars princi-pals de la tradició britànica en elsquals ell s’havia format: el cris-tianisme i el newtonianisme(Levere, 1971, p. 34). S’ha de tenirpresent que, entre els compromi-sos del newtonianisme, hi haviael de la creença en la uniformitatde les lleis de l’atracció astronò-mica per a tota la naturalesa i enel paper de Déu com a valedord’aquesta. D’altra banda, des del’ortodòxia cristiana, la unitat dela naturalesa es contemplavacom el resultat del pla diví de la    H   i  s   t   ò  r   i  a   i  n  a   t  u  r  a   l  e  s  a   d  e   l  a  q  u   í  m   i  c  a    E   d  u  c  a  c   i   ó   Q  u   í  m   i  c  a   n   ú  m  e  r  o   1 53 Figura 1. Fins al primer quart del segle XIX, la màquina elèctrica, l’electròfor i l’am- polla de Leyden van formar part de la instrumentació habitual als laboratoris dequímica. Figura 2.  Alessandro Volta i la pila elèctrica     E   d  u  c  a  c   i   ó   Q  u   í  m   i  c  a   n   ú  m  e  r  o   1 54 creació i, en conseqüència, lesdiferents manifestacions de les  forces de la naturalesa estavensotmeses a una única llei dictadaper la divinitat. Sota aquestaperspectiva, la visió dinàmica deDavy sobre el canvi químic tambéreflectia el newtonianisme delsegle XVIII , en el qual estavenfonamentades tant la seva teoriade les afinitats com les sevesidees sobre la composició de lessubstàncies.El descobriment de la pila elèc-trica i dels efectes químics de l’e-lectricitat que aquesta subminis-trava va obrir unes perspectivesnoves en les quals aviat s’integra-rien les afinitats químiques. Davyva creure que el corrent elèctricde la pila de Volta estava generatper una reacció química i que, enl’experiment de Carlisle iNicholson, aquest corrent era elresponsable de la descomposicióde l’aigua. A partir de 1801, Davyva portar a terme una sèrie d’in-vestigacions a la RoyalSociety,aprofitant el potencial analític del’electricitat voltaica, que vanacabar per convèncer-lo que l’afi-nitat química i la interacció elèc-trica eren manifestacions d’unamateixa força. Figura 3. Humphry Davy treballant alseu laboratori. Observeu les baterieselèctriques sobre la taula. Davy va llegir, el 20 de novem-bre de 1806, davant la RoyalSociety , la conferència bakeriana(en compliment del llegat deHenry Baker a http://www.inter-nostrum.com/insbil/index.php?lang=es-ca&palabra=Royalaquestainstitució), que duia per títol OnSomeChemical Agencis of Electricity (Davy, 1807). Aquesta dissertació—absolutament central enfrontde qualsevol consideració sobreles afinitats químiques en la pri-mera meitat del segle XIX — hapassat a la història de la químicacom l’episodi que va suposar lapresentació pública de la pila deVolta. Però aquesta conferènciatambé va proporcionar a Davyl’oportunitat de fer públiques lesseves primeres idees sobre lanaturalesa elèctrica de les afini-tats químiques, les quals va pre-sentar de forma més definitiva enel seu text de 1812: Elements of chemicalphilosophy . Aquestes ideeses poden resumir de la manerasegüent: primera, dos cossos quetenen tendència a combinar-ses’electritzen amb polaritats con-tràries al posar-se en contacte,encara que anteriorment fossinelèctricament neutres. Segona,les forces que es generen a causad’aquesta electrificació acabenper unir els cossos per formar uncompost elèctricament neutre,encara que els components ambcàrrega elèctrica oposada roman-guin elèctricament carregats enla nova combinació.A partir d’aquesta posició teòri-ca, Davy va prendre partit peruna interpretació del canvi quí-mic en termes d’afinitats electi-ves 3 , afirmant que quan dos cos-sos que es repel·lien mútuamenteren atrets amb una intensitatdiferent per un tercer cos, n’erarepel·lida la substància energèti-cament més feble, amb la qualcosa deixava de formar part de lanova combinació. Les aportacionsde Davy,conjuntament amb lesde Hans Christian Oersted,André-Marie Ampère i MichaelFaraday, vanconstituir uns tímidsintents per construir una teoriaelectroquímica del canvi químicque acabaria completantBerzelius. Encara que aquestsúltims personatges van ser mésconeguts per les seves aporta-cions al camp de l’electromagne-tisme, també van reflexionarsobre problemes fonamentals dela química, com ara l’estructurade la matèria i el mecanisme del’acció química.En particular, Faraday, quehavia estat ajudant de laboratoride Davy a la RoyalInsitution,aviat va quedar persuadit per lacreença en la unicitat de les cau-ses dels fenòmens naturals i dela identitat entre les afinitats quí-miques, les forces elèctriques,magnètiques i gravitatòries. Igualque el seu mentor, Davy, les sevesidees de caire newtonià i pròxi-mes a la Naturphilosophie es vanacoblar satisfactòriament a lesseves profundes creences religio-ses. Faraday va dur a terme unaprolífica sèrie d’experiments ambgran rigor metodològic que el vanconduir a descobrir diverses lleisfonamentals sobre els fenòmensde la inducció i l’autoinduccióelectromagnètica, com també 3. El caràcter electiu de l’afinitat implicava que si una substància C tenia més afinitat per una substància A i no tant per unasubstància B, aleshores, quan C entrava en contacte amb un compost AB, es formava preferentment el compost AC i s’allibe-rava la substància B. Les aportacions de Davy,Oersted, Ampère iFaraday, van constituiruns tímids intents perconstruir una teoriaelectroquímica del canviquímic que acabariacompletant Berzelius  sobre els fenòmens de l’electròli-si.A partir de 1815, Faraday vacomençar a interessar-se per pro-blemes químics, principalmenten l’àmbit de la química analíti-ca, en el qual es va guanyar unabona reputació. No obstant això,els seus estudis sistemàtics sobreels efectes químics del correntelèctric van haver d’esperar unsquants anys, fins al bienni 1832-1833, quan va establir les sevestres lleis sobre l’electròlisi(Cantor i altres, 1994, p. 31-36, 63-70). Després de descobrir aques-tes lleis, Faraday va intentarexpressar-les seguint els passosde Davy, com un reflex de lesrelacions que havien d’existirentre les forces elèctriques i lesafinitats químiques.  Jöns Jakob Berzelius.Afinitats químiques i polaritatselèctriques  Jöns Jakob Berzelius haviacomençat la carrera de medicinaa Uppsala el 1796 i, després depresentar la seva tesi sobre elsefectes terapèutics del correntelèctric, va començar a col·labo-rar amb el químic WilliamHisinger en investigacions elec-troquímiques, en el transcurs deles quals va anar adoptant a poca poc la idea d’identificar lesatraccions elèctriques amb lesafinitats electives. Els resultatsanalítics d’aquestes investiga-cions el van dur a estudiar lesproporcions de combinació en lessubstàncies i, de retruc, a interes-sar-se per la teoria atòmica deDalton. A partir de 1811, el pro-grama d’investigació de Berzeliusva anar combinant les investiga-cions sobre l’electròlisi amb lesrelatives a les proporcions decombinació en les substànciesminerals i, al mateix temps, vacomençar a formar-se l’opinióque la comprensió del canvi quí-mic estava irremeiablement vin-culada a variacions en l’estatelèctric dels components de lessubstàncies. Les descomposicionsque s’havien dut a terme amb lapila elèctrica se li van presentarcom a evidències que qualsevolfenomen de combinació o deseparació havia d’entendre’s comuna operació electroquímica.Si, en mans de Davy, la pilaelèctrica s’havia convertit en unpoderós instrument analític quehavia conduït, per primera vega-da, a electrificar el canvi químic,en mans de Berzelius va esdeve-nir el mitjà per interpretar lescombinacions químiques no tansols en termes de proporcions dematèria combinada, sinó tambédels fluxos elèctrics que hi esta-ven implicats. No més tard de1811, Berzelius havia concebutamb caràcter general la naturale-sa elèctrica de tota combinacióquímica, en declarar que lamateixa causa que «dintre» lapila provocava combinacions idescomposicions, també havia decooperar en els mateixos fenò-mens «fora» de la pila. La concep-ció elèctrica del canvi químic ésdel tot deutora del procés decreació i comprensió d’un instru-ment: la pila de Volta.[...] il est clair que la mêmecause, qui produït des combinai-sons ou des décompositions dans la pile électrique, doit coopéreraussi dans les mêmes phénomè-nes hors de la pile 4 . (Berzelius,1811, p. 257)La poca atenció que Daltonhavia prestat al problema de lesafinitats químiques va facilitarque Berzelius presentés una ver-sió de la teoria corpuscular de lamatèria que acabaria proporcio-nant una visió més detallada deles afinitats químiques que qual-    H   i  s   t   ò  r   i  a   i  n  a   t  u  r  a   l  e  s  a   d  e   l  a  q  u   í  m   i  c  a    E   d  u  c  a  c   i   ó   Q  u   í  m   i  c  a   n   ú  m  e  r  o   1 55 Figura 4. Michael Faraday al seu laboratori de la Royal Institution. Observeu lamàquina elèctrica a la part inferior dreta. 4. Els emfasitzats són del text de Berzelius. Berzelius va iniciar laconjugació de lahipòtesi corpuscularamb l’afinitat químicaamb la intenciód’acoblar lesinvestigacions sobre lescauses de la tendència ala combinació entreàtoms amb lesinvestigacions sobre lescauses de lescombinacions enproporcions fixes
Advertisement
Related Documents
View more
Related Search
We Need Your Support
Thank you for visiting our website and your interest in our free products and services. We are nonprofit website to share and download documents. To the running of this website, we need your help to support us.

Thanks to everyone for your continued support.

No, Thanks