Anàlisi química i composició

—L’evolució conjunta de les tècniques de laboratori i les interpretacions de la composició en l’anàlisi química del segle XVIII.—

La composició és un aspecte central de la química moderna. És habitual diferenciar substàncies per dades relacionades amb la seua composició, ja sigui per les proporcions i identitats dels elements de la fórmula química d’una sal o per la disposició espacial d’aquests elements en l’estructura molecular d’una substància orgànica. Tanmateix, no sempre va existir en química la certesa que les espècies químiques poden caracteritzar-se i classificar-se segons la seua composició. Va ser un plantejament que va sorgir de les operacions manuals realitzades amb diferents substàncies als laboratoris químics.

Els relats històrics tradicionals, incloent el famós article de Robert Siegfried i Betty Jo Dobbs, han associat l’aparició d’aquesta visió de la composició química amb la revolució química de finals del segle XVIII. En aquella època, Antoine Lavoisier (1743-1794) i els seus col·legues francesos van desenvolupar un nou sistema químic, en què les substàncies s’anomenaven i classificaven segons la seua composició creixent, és a dir, des de les més simples a les més complexes. El sistema se centrava en una llista d’elements químics o “substàncies simples”, cossos impossibles de descompondre, que substituïen així definitivament els quatre elements com a constituents primers de totes les substàncies químiques. Un dels aspectes nous, segons Siegfried i Dobbs, va ser que Lavoisier va basar explícitament les seues conclusions sobre la composició en mètodes experimentals d’anàlisi i síntesis, per exemple, a través de la descomposició i recomposició de l’aigua en els famosos experiments públics de 1785. D’aquesta manera, va caracteritzar els elements químics com a substàncies susceptibles d’obtenir-se mitjançant operacions químiques, “l’últim punt que l’anàlisi és capaç d’assolir”. Tanmateix, des dels anys setanta del segle XX, els historiadors han qüestionat el caràcter revolucionari de l’obra de Lavoisier mostrant que una visió “analítica” de la composició química es va desenvolupar gradualment al llarg del segle XVIII i va seguir evolucionant al següent. En aquest text presentaré alguns dels aspectes d’aquest desenvolupament gradual i explicaré la seua relació amb l’evolució de les tècniques d’anàlisi química.

Al llarg del segle XVIII va sorgir una metodologia relativament estandarditzada d’anàlisi química en la intersecció dels sabers acadèmics, artesanals i industrials. El procediment s’iniciava amb una descripció preliminar de les substàncies, que incloïa el color, la forma, la textura i el gust, per a posteriorment realitzar l’anàlisi mitjançant els mètodes denominats “humits” i “secs”, ambdós destinats a determinar tant la naturalesa com la proporció dels components. Els primers (“humits”) s’aplicaven a l’estudi de les substàncies minerals en dissolució, mentre que els segons (“secs”) incloïen procediments d’assaig realitzats a alta temperatura, tals com la fusió, la calcinació o la vitrificació. Moltes d’aquestes tècniques van sorgir paulatinament a l’Europa dels segles XVI i XVII dins del món de la farmàcia, la metal·lúrgia i altres arts químiques d’aquells segles. Permetien identificar i descompondre un gran nombre de sals, aliatges i solucions aquoses.

Gravat d’un laboratori i una taula d’afinitats copiats del curs de química de Rouelle. Encyclopédie, planche 1ère, Recueil des planches t. III «Chimie». ENCCRE, Édition Numérique Collaborative et CRitique de l’Encyclopédie.

La distinció entre mètodes “humits” i “secs” va sorgir a les taules d’afinitat de principis del segle XVIII. En elles, les substàncies es classificaven i ordenaven segons la seua tendència a substituir-se unes a altres en una operació química. La pràctica d’establir taules d’afinitat es va estendre per tota Europa arran de la publicació el 1718 de la Table des différents rapports observés en chimie entre différentes substances d’Etienne François Geoffroy (1672-1731). En aquesta taula d’afinitats es resumien visualment els resultats d’estudis experimentals i sistemàtics de la composició, centrats en les maneres de separació i recombinació de diverses substàncies, particularment les relacionades amb la química de les sals de principis del segle XVIII. Aquest enfocament va sorgir en el context de la química europea del segle XVIII, una activitat practicada en diversos espais, tant acadèmics com extraacadèmics, i centrada principalment en l’estudi de matèries primeres que podien trobar-se també en mines, tallers, destil·leries o apotecaries.

Al llarg del segle XVIII, els mètodes analítics van seguir desenvolupant-se gràcies en gran manera a aquestes activitats econòmiques, tecnològiques i industrials. Diversos governs europeus van proposar mesures per al foment de les seues indústries nacionals i van contractar funcionaris per a investigar la composició i la producció de diversos materials. Sota aquest impuls, molts mètodes d’anàlisi van tenir el seu origen en pràctiques artesanals i industrials. Per exemple, els mineralogistes químics suecs i centreeuropeus de mitjan segle XVIII van adoptar el bufador que havien utilitzat habitualment els bufadors de vidre i els orfebres per a fondre vidre i metalls. Amb aquest bufador, format per un tub amb una obertura més petita que s’introduïa a la boca, es podia bufar aire sobre una flama per a canviar-ne la direcció i augmentar-ne la temperatura, la qual cosa permetia disposar d’un mètode portàtil, ràpid i barat per a realitzar una versió simplificada de l’anàlisi en sec que podia utilitzar-se per a obtenir resultats fàcilment reproduïbles en el terreny.

Gravat de l’Explanatory Dictionary of the Apparatus and Instruments Employed in the Various Operations of Philosophical and Experimental Chemistry (1824) de Friedrich Accum, que representa diversos instruments i aparells químics, inclòs un bufador (figura 17). Science History Institute Museum & Library, Digital Collections.

De la mateixa manera, els mètodes per via humida es van millorar gràcies a l’addició de nous indicadors, reactius i altres proves que permetien detectar i identificar components d’una dissolució mineral. Aquests mètodes també van millorar gràcies a la mineralogia química i l’anàlisi d’aigües. Per exemple, sota la direcció de Torbern Bergman (1735-1784), es van sistematitzar els procediments existents i se’n van afegir de nous, a la qual cosa van contribuir també molts farmacèutics que analitzaven aigües minerals. A França, per exemple, els mètodes de Bergman van gaudir de gran popularitat, ja que les aigües minerals van començar a caracteritzar-se cada vegada més per la seua composició química, en comptes de la tradicional descripció pels seus efectes medicinals. A l’igual de Bergman, els farmacèutics del segle XVIII van recórrer a mètodes per via humida per a l’estudi de les substàncies vegetals i animals. En aquest terreny es va rebutjar aviat l’ús del foc perquè es va considerar que la seua acció era destructora dels components d’aquestes substàncies. Es preferien els mètodes humits com l’extracció perquè semblava separar els components inalterats de les substàncies vegetals i animals.

Taula de substàncies simples de Lavoisier extreta del seu llibre de text de 1789. Gallica, Bibliotèque nationale de France.

En el context d’aquests estudis sistemàtics sobre la descomposició i recombinació de les substàncies químiques, l’heterogènia comunitat química del segle XVIII va adoptar gradualment una nova caracterització de les substàncies basada en la seua composició. No hi ha dubtes respecte a l’existència d’aquest canvi conceptual, tot i que els especialistes en història de la ciència segueixen debatent quan es va produir exactament la nova aproximació. Els treballs de Lavoisier, lluny de ser revolucionaris en si mateixos, han passat a ser considerats un pas més, encara que important, en l’ascens gradual del que Hasok Chang ha denominat “compositionism”, una manera d’abordar la pràctica química centrada en l’estudi experimental de la composició i en la caracterització de les substàncies com a simples o compostes.

Altres historiadors, com David Oldroyd i Hjalmar Fors, han argumentat que els mineralogistes químics suecs i centreeuropeus van abraçar implícitament una concepció analítica dels elements químics. Enfront del sistema de Linné, que classificava els minerals en funció de la seua forma i color, aquests mineralogistes van adoptar una ordenació basada en la composició química, segons els sistemes de Bergman, Axel Fredrik Cronstedt (1745-1765) i Abraham Gottlob Werner (1749-1817), tots ells basats directament en l’anàlisi química. En lloc de reflexionar sobre la composició final, aquests mineralogistes van adoptar un enfocament pragmàtic, centrat en les parts constituents que realment podien manipular al laboratori i que van esdevenir així una espècie d’“elements químic”, diferents dels quatre elements de la filosofia natural.

També s’han suggerit orígens més remots d’aquesta visió basada en la diferenciació entre substàncies simples i compostes. Segons Ursula Klein, l’esmentada taula d’afinitats de Geoffroy (1718) contenia implícitament el primer exemple d’un nou concepte de compost químic. Segons Klein, la seua novetat radicava en la idea que components estables, aparentment simples, podien combinar-se per a formar compostos químics i reproduir-se posteriorment mitjançant la descomposició d’aquests compostos. Aquest punt de vista diferia d’anteriors concepcions que imaginaven totes les substàncies compostes com perfectament homogènies i, per tant, no permetien distingir clarament entre cossos simples i compostos. Aquest punt de vista de Klein ha estat criticat per historiadors de l’alquímia com William Newman, que ha argumentat que idees sobre (re)combinacions reversibles de components estables es poden trobar ja en textos de l’alquímia medieval i de l’edat moderna. De fet, es pot afirmar que les investigacions del mestre de Geoffroy, Wilhelm Homberg (1652-1715), connecten directament el concepte del segle XVIII de composts químic amb les idees de les tradicions químiques del segles anteriors, segons es desprèn de les recerques de Mi Gyung Kim i Lawrence Principe. Tot apunta que potser sigui més apropiat considerar aquesta evolució com una transició gradual, més que com un canvi revolucionari, susceptible de ser situat en un moment i lloc concret.

En el cas de les substàncies vegetals i animals, l’impuls de l’enfocament basat en la composició (o “compositionist approach”, segons Hasok Chang) no apareix tan clarament marcat a principis del segle XVIII. D’una banda, les investigacions es van centrar cada cop més a determinar la composició elemental d’aquestes substàncies, sobretot a mesura que la química s’establia com a disciplina independent de la farmàcia, la medicina i la història natural. De l’altra, l’anàlisi elemental tenia l’inconvenient de descompondre aquestes substàncies sense cap possibilitat de tornar-les a recompondre, tal com ocorria amb la química mineral. Aquesta dificultat va motivar que molts farmacèutics recorreguessin a mètodes d’extracció per a obtenir els principis immediats de les substàncies vegetals i animals i conservar-ne així les propietats medicinals. Encara que es van desenvolupar diversos mètodes d’anàlisi elemental, com el mètode de combustió de Lavoisier, la determinació de la composició exacta de les substàncies vegetals i animals va ser un problema difícil de resoldre fins ben entrat el segle XIX.

Historiadors com Sacha Tomic han argumentat que la química orgànica finalment va sorgir de la convergència de l’anàlisi immediata i l’anàlisi elemental. La dificultat d’identificar la composició elemental de principis immediats com els alcaloides va impulsar el desenvolupament de nous procediments i instruments analítics, com ara el famós Kaliapparat de Justus von Liebig (1803-1873), un instrument de vidre habitualment associat amb el naixement de la química orgànica a la dècada del 1830. Recentment, Catherine Jackson ha demostrat que el desenvolupament posterior de la nova especialitat es va basar en la pràctica combinada de l’anàlisi i de la síntesi orgànica, la qual cosa va conduir a l’estabilització de punts de vista teòrics sobre l’estructura molecular al llarg de la segona meitat del segle XIX.

En definitiva, la recerca històrica de les últimes dècades mostra clarament que l’evolució de la interpretació de la composició química per part de la comunitat química està completament entrellaçada amb el desenvolupament dels mètodes pràctics d’anàlisi. A mesura que s’estabilitzaven les pràctiques de descomposició, identificació i recombinació de substàncies, també ho feien les concepcions teòriques sobre les maneres de composició de les substàncies. Malgrat els diversos canvis en la teoria química de finals del segle XVIII, poden identificar-se moltes continuïtats amb el segle següent. Una d’elles és la relativa estabilitat dels mètodes utilitzats per a l’anàlisi mineral. Encara que la pràctica va perdre importància relativa a partir de la dècada del 1830, amb l’auge de la química orgànica, els mètodes d’“anàlisi clàssica” originats al segle XVIII van seguir exercint un paper central en la forma estàndard de caracteritzar les substàncies minerals fins a mitjan segle XIX. Tal com explica Armel Cornu, aquests mètodes es basaven freqüentment en l’ús dels sentits. Inclús quan els enfocaments quantitatius van guanyar importància, les persones que treballaven en química van seguir confiant en el gust, l’olfacte, la vista i el tacte per a la identificació de substàncies.

Primer pla dels flascons de vidre del gabinet de química del segle XVIII de Leopold, Gran Duc de Toscana, al Museo Galileo de Florència (Itàlia). Museo Galileo.

De la mateixa manera, es poden assenyalar continuïtats entre les classificacions químiques del segle XIX i les pràctiques del segle XVIII. No es tracta solament de la persistència de grups específics com els àcids i els àlcalis, hereus d’alguna manera de la química de les sals del segle XVIII. També es troben continuïtats en la pràctica més general de classificar les substàncies per patrons basats en una major o menor tendència a combinar-se amb altres substàncies. L’ús d’aquests patrons –també anomenats “analogies químiques”– per a la identificació de famílies de substàncies es troba ja present a les taules d’afinitat del segle XVIII i, en certa manera, es pot dir que perdura fins avui a les columnes de la taula periòdica.

Sota el supòsit que la similitud de propietats era indici de semblança en la composició, les analogies químiques es van utilitzar regularment per a predir la composició de cossos encara sense descompondre durant el segle XIX. En altres paraules, a pesar de l’afirmació explícita de Lavoisier i dels seus seguidors que exigia conèixer la composició a través de l’anàlisi i la síntesi, la comunitat química del segle XIX va tenir també en compte altres indicis més indirectes per abordar el problema de la composició de les substàncies. Es pot afirmar, per tant, que la concepció “analítica” de la composició química es va centrar més a caracteritzar les substàncies en funció de la seua composició elemental que a descompondre progressivament cada cos i aïllar-ne les substàncies elementals. Encara que l’anàlisi química tenia com a objectiu principal la identificació de la composició, aquesta qüestió requeria en molts casos la integració de sabers procedents de treballs experimentals i de raonaments.

Sarah Hijmans
Université Paris Cité

* Traducció: Judit Gil-Farrero

Com citar aquest article:
Hijmans, Sarah. Anàlisi química i composició. Sabers en acció, 13-11-2024. https://sabersenaccio.iec.cat/analisi-quimica-i-composicio/.

Per a saber-ne més

Pots ampliar la informació amb la bibliografia i recursos disponibles.