Análisis químico y composición

—La evolución conjunta de las técnicas de laboratorio y las interpretaciones de la composición en el análisis químico del siglo XVIII.—

La composición es un aspecto central de la química moderna. Es habitual identificar sustancias por datos relacionados con su composición, ya sea por las proporciones e identidades de los elementos de la fórmula química de una sal o por la disposición espacial de esos elementos en la estructura molecular de una sustancia orgánica. Sin embargo, no siempre existió en química la certeza de que las especies químicas pueden caracterizarse y clasificarse según su composición. Fue un planteamiento que surgió de las operaciones manuales realizadas con distintas sustancias en los laboratorios químicos.

Los relatos históricos tradicionales, incluyendo el famoso artículo de Robert Siegfried y Betty Jo Dobbs, han asociado la aparición de esta visión de la composición química con la revolución química de finales del siglo XVIII. En esa época, Antoine Lavoisier (1743-1794) y sus colegas franceses desarrollaron un nuevo sistema químico, en el que las sustancias se nombraban y clasificaban según su composición creciente, es decir, desde las más simples a las más complejas. El sistema se centraba en una lista de elementos químicos o “sustancias simples”, cuerpos imposibles de descomponer, que sustituían así definitivamente a los cuatro elementos como constituyentes primeros de todas las sustancias químicas. Uno de los aspectos novedosos, según Siegfried y Dobbs, fue que Lavoisier basó explícitamente sus conclusiones sobre la composición en métodos experimentales de análisis y síntesis, por ejemplo, a través de la descomposición y recomposición del agua en los famosos experimentos públicos de 1785. De este modo, caracterizó los elementos químicos como sustancias susceptibles de obtenerse mediante operaciones químicas, “el último punto que el análisis es capaz de alcanzar”. Sin embargo, desde los años setenta del siglo XX, los historiadores han cuestionado el carácter revolucionario de la obra de Lavoisier mostrando que una visión “analítica” de la composición química se desarrolló gradualmente a lo largo del siglo XVIII y siguió evolucionando en el siguiente. En este texto presentaré algunos de los aspectos de ese desarrollo gradual y explicaré su relación con la evolución de las técnicas de análisis químico.

A lo largo del siglo XVIII surgió una metodología relativamente estandarizada de análisis químico en la intersección de los saberes académicos, artesanales e industriales. El procedimiento se iniciaba con una descripción preliminar de las sustancias, que incluía el color, la forma, la textura y el sabor, para posteriormente realizar el análisis mediante los métodos denominados “húmedos” y “secos”, ambos destinados a determinar tanto la naturaleza como la proporción de los componentes. Los primeros (“húmedos”) se aplicaban al estudio de las sustancias minerales en disolución, mientras que los segundos (“secos”) incluían procedimientos de ensayo realizados a alta temperatura, tales como la fusión, la calcinación o la vitrificación. Muchas de estas técnicas surgieron paulatinamente en la Europa de los siglos XVI y XVII dentro del mundo de la farmacia, la metalurgia y otras artes químicas de esos siglos. Permitían identificar y descomponer un gran número de sales, aleaciones y soluciones acuosas.

Grabado de un laboratorio y una tabla de afinidad copiados del curso de química de Rouelle. Encyclopédie, planche 1ère, Recueil des planches t. III «Chimie». ENCCRE, Édition Numérique Collaborative et CRitique de l’Encyclopédie.

La distinción entre métodos “húmedos” y “secos” surgió en las tablas de afinidad de principios del siglo XVIII. En ellas, las sustancias se clasificaban y ordenaban según su tendencia a sustituirse unas a otras en una operación química. La práctica de establecer tablas de afinidad se extendió por toda Europa a raíz de la publicación en 1718 de la Table des différents rapports observés en chimie entre différentes substances de Etienne François Geoffroy (1672-1731). En esta tabla de afinidades se resumían visualmente los resultados de estudios experimentales y sistemáticos de la composición, centrados en los modos de separación y recombinación de diversas sustancias, particularmente las relacionadas con la química de las sales de principios del siglo XVIII. Tal enfoque surgió en el contexto de la química europea del siglo XVIII, una actividad practicada en diversos espacios, tanto académicos como extracadémicos, y centrada principalmente en el estudio de materias primas que podían encontrarse también en minas, talleres, destilerías o boticas.

A lo largo del siglo XVIII, los métodos analíticos siguieron desarrollándose gracias en gran medida a estas actividades económicas, tecnológicas e industriales. Varios gobiernos europeos propusieron medidas para el fomento de sus industrias nacionales y contrataron funcionarios para investigar la composición y la producción de diversos materiales. Bajo este impulso, muchos métodos de análisis tuvieron su origen en prácticas artesanales e industriales. Por ejemplo, los mineralogistas químicos suecos y centroeuropeos de mediados del siglo XVIII adoptaron el soplete que habían utilizado habitualmente los sopladores de vidrio y los orfebres para fundir vidrio y metales. Con este soplete, formado por un tubo con una apertura más pequeña que se introducía en la boca, se podía soplar aire sobre una llama para cambiar su dirección y aumentar su temperatura, lo que permitía disponer de un método portátil, rápido y barato para realizar una versión simplificada del análisis en seco que podía utilizarse para obtener resultados fácilmente reproducibles en el terreno.

Grabado del Explanatory Dictionary of the Apparatus and Instruments Employed in the Various Operations of Philosophical and Experimental Chemistry (1824) de Friedrich Accum, que representa diversos instrumentos y aparatos químicos, incluido un soplete (figura 17). Science History Institute Museum & Library, Digital Collections.

Del mismo modo, los métodos por vía húmeda se mejoraron gracias a la adición de nuevos indicadores, reactivos y otras pruebas que permitían detectar e identificar componentes de una disolución mineral. Estos métodos también mejoraron gracias a la mineralogía química y el análisis de aguas. Por ejemplo, bajo la dirección de Torbern Bergman (1735-1784), se sistematizaron los procedimientos existentes y se añadieron otros nuevos, a lo que también contribuyeron muchos farmacéuticos que analizaban aguas minerales. En Francia, por ejemplo, los métodos de Bergman gozaron de gran popularidad, ya que las aguas minerales empezaron a caracterizarse cada vez más por su composición química, en lugar de la tradicional descripción por sus efectos medicinales. Al igual que Bergman, los farmacéuticos del siglo XVIII recurrían a métodos por vía húmeda para el estudio de las sustancias vegetales y animales. En este terreno se rechazó pronto el uso del fuego por considerar que su acción era destructora de los componentes de estas sustancias. Se preferían los métodos húmedos como la extracción porque parecía separar los componentes inalterados de las sustancias vegetales y animales.

Tabla de sustancias simples de Lavoisier extraída de su libro de texto de 1789. Gallica, Bibliotèque nationale de France.

En el contexto de estos estudios sistemáticos acerca de la descomposición y recombinación de las sustancias químicas, la heterogénea comunidad química del siglo XVIII adoptó gradualmente una nueva caracterización de las sustancias basada en su composición. No hay dudas respecto a la existencia de este cambio conceptual, aunque los especialistas en historia de la ciencia siguen debatiendo cuándo se produjo exactamente la nueva aproximación. Los trabajos de Lavoisier, lejos de ser revolucionarios en sí mismos, han pasado a ser considerados un paso más, aunque importante, en el ascenso gradual de lo que Hasok Chang ha denominado “compositionism”, un modo de abordar la práctica química centrado en el estudio experimental de la composición y en la caracterización de las sustancias como simples o compuestas.

Otros historiadores, como David Oldroyd y Hjalmar Fors, han argumentado que los mineralogistas químicos suecos y centroeuropeos abrazaron implícitamente una concepción analítica de los elementos químicos. Frente al sistema de Lineo, que clasificaba los minerales en función de su forma y color, estos mineralogistas adoptaron una ordenación basada en la composición química, según los sistemas de Bergman, Axel Fredrik Cronstedt (1745-1765) y Abraham Gottlob Werner (1749-1817), todos ellos basados directamente en el análisis químico. En lugar de reflexionar sobre la composición final, estos mineralogistas adoptaron un enfoque pragmático, centrado en las partes constituyentes que realmente podían manipular en el laboratorio y que se transformaron así en una especie de “elementos químicos”, distintos de los cuatro elementos de la filosofía natural.

También se han sugerido orígenes más remotos de esta visión basada en la diferenciación entre sustancias simples y compuestas. Según Ursula Klein, la mencionada tabla de afinidades de Geoffroy (1718) contenía implícitamente el primer ejemplo de un nuevo concepto de compuesto químico. Según Klein, su novedad radicaba en la idea de que componentes estables, aparentemente simples, podían combinarse para formar compuestos químicos y reproducirse posteriormente mediante la descomposición de dichos compuestos. Este punto de vista difería de anteriores concepciones que imaginaban todas las sustancias compuestas como perfectamente homogéneas y, por tanto, no permitían distinguir claramente entre cuerpos simples y compuestos. Este punto de vista de Klein ha sido criticado por historiadores de la alquimia como William Newman, que ha argumentado que ideas acerca de (re)combinaciones reversibles de componentes estables pueden encontrarse ya en textos de la alquimia medieval y de la Edad Moderna. De hecho, se puede afirmar que las investigaciones del maestro de Geoffroy, Wilhelm Homberg (1652-1715), conectan directamente el concepto dieciochesco de compuesto químico con las ideas de las tradiciones químicas de los siglos anteriores, según se desprende de las investigaciones de Mi Gyung Kim y Lawrence Principe. Todo apunta a que tal vez sea más apropiado considerar esta evolución como una transición gradual, más que como un cambio revolucionario, susceptible de ser situado en un momento y lugar concreto.

En el caso de las sustancias vegetales y animales, el impulso del enfoque basado en la composición (o “compositionist approach”, según Chang) no aparece tan claramente marcado a principios del siglo XVIII. Por un lado, las investigaciones se centraron cada vez más en determinar la composición elemental de estas sustancias, sobre todo a medida que la química se establecía como disciplina independiente de la farmacia, la medicina y la historia natural. Por otro lado, el análisis elemental tenía el inconveniente de descomponer estas sustancias sin posibilidad alguna de volver a recomponerlas, tal y como ocurría con la química mineral. Esta dificultad motivó que muchos farmacéuticos recurrieran a métodos de extracción para obtener los principios inmediatos de las sustancias vegetales y animales y conservar así sus propiedades medicinales. Aunque se desarrollaron diversos métodos de análisis elemental, como el método de combustión de Lavoisier, la determinación de la composición exacta de las sustancias vegetales y animales fue un problema difícil de resolver hasta bien entrado el siglo XIX.

Historiadores como Sacha Tomic han argumentado que la química orgánica finalmente surgió de la convergencia del análisis inmediato y el análisis elemental. La dificultad de identificar la composición elemental de principios inmediatos como los alcaloides impulsó el desarrollo de nuevos procedimientos e instrumentos analíticos, tales como el famoso Kaliapparat de Justus von Liebig (1803-1873), un instrumento de vidrio habitualmente asociado con el nacimiento de la química orgánica en la década de 1830. Recientemente, Catherine Jackson ha demostrado que el desarrollo posterior de la nueva especialidad se basó en la práctica combinada del análisis y de la síntesis orgánica, lo que condujo a la estabilización de puntos de vista teóricos sobre la estructura molecular a lo largo de la segunda mitad del siglo XIX.

En definitiva, la investigación histórica de las últimas décadas muestra claramente que la evolución de la interpretación de la composición química por parte de la comunidad química está completamente entrelazada con el desarrollo de los métodos prácticos de análisis. A medida que se estabilizaban las prácticas de descomposición, identificación y recombinación de sustancias, también lo hacían las concepciones teóricas sobre los modos de composición de las sustancias. A pesar de los diversos cambios en la teoría química de finales del siglo XVIII, pueden identificarse muchas continuidades con el siglo siguiente. Una de ellas es la relativa estabilidad de los métodos utilizados para el análisis mineral. Aunque la práctica perdió importancia relativa a partir de la década de 1830, con el auge de la química orgánica, los métodos de “análisis clásico” de origen dieciochesco siguieron desempeñando un papel central en la forma estándar de caracterizar las sustancias minerales hasta mediados del siglo XX. Tal y como explica Armel Cornu, estos métodos se basaban frecuentemente en el uso de los sentidos. Incluso cuando los enfoques cuantitativos ganaron en importancia, las personas que trabajaban en química siguieron confiando en el gusto, el olfato, la vista y el tacto para la identificación de las sustancias.

Primer plano de los frascos de vidrio del gabinete de química del siglo XVIII de Leopoldo, Gran Duque de Toscana, en el Museo Galileo de Florencia (Italia). Museo Galileo.

Del mismo modo, se pueden señalar continuidades entre las clasificaciones químicas del siglo XIX y las prácticas del siglo XVIII. No se trata solamente de la persistencia de grupos específicos como los ácidos y los álcalis, herederos de algún modo de la química de las sales del siglo XVIII. También se encuentran continuidades en la práctica más general de clasificar las sustancias por patrones basados en su mayor o menor tendencia a combinarse con otras sustancias. El uso de tales patrones –también denominados “analogías químicas”– para la identificación de familias de sustancias se encuentra ya presente en las tablas de afinidad del siglo XVIII y, en cierto modo, se puede decir que perdura hasta hoy en las columnas de la tabla periódica.

Bajo el supuesto de que la similitud de propiedades era indicio de semejanza en la composición, las analogías químicas se utilizaron regularmente para predecir la composición de cuerpos todavía sin descomponer durante el siglo XIX. En otras palabras, a pesar de la afirmación explícita de Lavoisier y de sus seguidores que exigía conocer la composición a través del análisis y la síntesis, la comunidad química del siglo XIX tuvo también en cuenta otros indicios más indirectos para abordar el problema de la composición de las sustancias. Se puede afirmar, por lo tanto, que la concepción “analítica” de la composición química se centró más en caracterizar las sustancias en función de su composición elemental que en descomponer progresivamente cada cuerpo y aislar las sustancias elementales. Aunque el análisis químico tenía como objetivo principal la identificación de la composición, esta cuestión requería en muchos casos la integración de saberes procedentes de trabajos experimentales y de razonamientos.

Sarah Hijmans
Université Paris Cité

* Traducción: José Ramón Bertomeu Sánchez

Com citar aquest article:
Hijmans, Sarah. Análisis químico y composición. Sabers en acció, 13-11-2024. https://sabersenaccio.iec.cat/analisis-quimico-y-composicion/.

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