La Teoría del Flogisto

Considerada como la última de las teoría antiguas que tuvo una vigencia alrededor de un siglo, el flogisto suena tan bien o tiene un encanto especial, que a pesar de ya no es utilizado por los químicos desde hace siglos, aún mantiene su vigencia. Una búsqueda en el Google de esa palabra nos arroja 27,400 resultados.

Dos teorías importantes surgieron en el siglo 18; el flogisto y la afinidad. Me ocuparé ahora sólo del flogisto. La observación visual, al calentar las sustancias orgánicas con el fuego era que ocurría un cambio que en esa época no era entendida. Cuando una sustancia orgánica se calentaba al fuego algo se perdía en el proceso, ya que las cenizas pesaban menos que la sustancia original. Contrariamente los metalurgistas sabían muy bien que al calentarse los metales éstos se convertían en polvos que pesaba más que la sustancia inicial.

En esa época se descubrió que para la combustión era necesario el aire. Boyle había descubierto que al calentar azufre al vacio no ocurría su combustión, pero en presencia del aire sí. Asimismo, los científicos de esa época pensaban que el aire era necesario para la vida y debía contener algo (un espíritu vital que alimenta a la vida). Tomemos en cuenta que en aquella época reinaba el criterio aristotélico de que la materia estaba compuesta por 4 elementos: fuego, aire, agua y tierra. Esta visión de la materia duro cerca de 2,000 años. A cada uno de estos elementos se les atribuía propiedades fundamentales como: caliente, frio, húmedo y seco. Seco y frio se unían para formar tierra. Húmedo y caliente; aire. Caliente y seco; fuego. Frio y húmedo; agua.

En esa época se conocían varias reacciones químicas, no se sabía por qué ocurrían, no se tenía idea de lo que es un elemento químico tal como ahora lo conocemos y tampoco había una teoría química unificadora. Las teorías alquímicas eran predominantes.

En ese contexto Johann Joachim Becher (1635-1682) publicó "Actorum laboratorit chymici" donde consideraba que la vida orgánica debía ser la parte fundamental de las teorías y aceptaba la teoría de que el aire, el fuego y agua eran elementos, pero postuló que habían diferentes clases de tierra: vítrea, grasa y fluida. El asumió en 1669 que había diferentes tipos de tierra debido a que había diferencias entre las diferentes sustancias conocidas en esa época. A cada tipo de tierra le asoció propiedades diferentes: la vítrea comunicaba cuerpo a las sustancias (solidez de los minerales), la grasa otorgaba inflamabilidad y era ligera y la fluida le confería maleabilidad y brillo metálico.

Esta teoría de Becher se parecía a la teoría China que tenía al fuego, agua y tres tipos de sólidos: tierra, madera y metal.

La hipótesis de Becher fue seguida por su discípulo Georg Ernst Stahl (1660-1734) quien se centró más en los metales en vez de los compuestos orgánicos de su profesor. Stahl en 1703 acogió la idea de los átomos sin abandonar completamente la teoría aristotélica, asignó otras propiedades y dio a la tierra grasa el nombre “das verbrennliche Wesen”, o sea principio combustible. Luego otros lo llamaron flogisto, derivado de la palabra griega que significa quemado o inflamable. La teoría de Becher y Stahl relacionaba el flogisto de la siguiente manera:

1. Toda sustancia que al calentarse se transforma debe poseer tierra grasa (flogisto, que tenia la propiedad de inflamabilidad).

2. Todo metal es una mezcla de flogisto y cal (óxido) y el calor desprendía al flogisto: metal + calor ---> flogisto + cal metálica (óxido).
3. Toda sustancia capaz de arder contiene flogisto que se escapa por la llama en la combustión.

Por esta teoría el metal era considerado una sustancia más compleja que la cal (óxido en términos modernos) y se regeneraba cuando la cal se combinaba con el flogisto. Este flogisto que se desprendía del metal se dispersaba en el aire. Este proceso es crucial, ya que como se mencionó antes, se sabía que para la combustión era imprescindible el aire que debía contener un espíritu vital: el flogisto.

Esta teoría explicaba el proceso de la combustión. Una sustancia se convertía en cenizas a quemarse porque el flogisto había salido de ella. La razón por la cual la cal (óxido metálico) se tornaba metal, al ser calentada sobre carbón, era que tomaba el flogisto del carbón. Además, las plantas captaban el flogisto del aire y los animales al consumir plantas también lo podían obtener. Por ello, las plantas y animales eran ricos en flogisto y el carbón vegetal era la sustancia más rica conocida en flogisto.

El espíritu vital (flogisto) era el centro de atención y al explicar la combustión captó la atención de muchos científicos y consiguió muchos adeptos como Cavendish y Priestley, algunos se opusieron, pero durante cerca de un siglo tuvo vigencia. Ello sucedió porque en esa época no se asociaba que una sustancia química era un ente físico, se consideraba que un elemento nunca podía aislarse y que tenía propiedades específicas observables solo cuando formaban compuestos.

Por ejemplo, en el caso de combustión del cobre con el aire a altas temperaturas:
4Cu (s) + O2 (g) -- > 2Cu2O (s)

Podemos postular por la teoría de Stahl que el proceso sería:
Cu + calor -- > flogisto + 2Cu2O

De acuerdo a nuestros conceptos actuales, en este proceso, al cobre se le incorpora el oxígeno, según Stahl se desprendía el flogisto.
También el flogisto explicaba la reacción de la piedra caliza que con el calor produce cal viva y dióxido de calcio:

CaCO3 (s) + flogisto --- > CaO (s) + CO2 (g)
el CaCO3 toma el flogisto de aire para producir cal viva.

En la actualidad el proceso de combustión se explica por el proceso de oxidación y reducción. El caso de combustión del cobre con el aire a altas temperaturas es en realidad la reacción del cobre con el oxígeno:

4Cu (s) + O2 (g) ---> 2Cu2O (s)
donde el cobre cede sus electrones al oxígeno. Podemos postular por la teoría de Stahl que el proceso sería:
Cu + calor ---> flogisto + 2Cu2O

De acuerdo a nuestros conceptos actuales el cobre cede (desprende) electrones al oxígeno. Según Stahl se desprendía el flogisto. Podría pensarse que Stahl imaginaba unos entes (el espíritu vital) a lo que ahora se consideran electrones, fundamentales en toda reacción química, pero tanto Stahl como Becher consideraban la propiedad de inflamabilidad al flogisto. De todos modos sería muy arriesgado realizar hipótesis para reactivar el concepto de flogisto, ya que como se mencionó antes, la idea de cómo eran las sustancias estaba plagada de ideas aristotélicas, atomísticas, corpusculares y se les asociaban propiedades e incluso emociones (se querían y odiaban).

Cuando prevaleció la idea que una sustancia era un ente físico y se utilizaron balanzas más precisas los experimentos arrojaron incongruencias en la teoría del flogisto. Al combustionar la materia orgánica lo que queda pesa menos que ella, la combustión completa de una sustancia orgánica típica es:

CH3CH2CH2 (g) + 5O2 (g) ---> 3 CO2 (g) + 4 H2O (g)
La combustión incompleta da lugar a CO y C.

En el caso de los metales al calentarse éstos se convierten en polvos que pesan más que la sustancia inicial:
4Cu (s) + O2 (g) ---> 2Cu2O (s)
4V(s) + 5 O2(g) ---> 2 V2O5 (s)

Luego el flogisto a veces pesaba, otras no e incluso en algunos casos tenía peso negativo. Se llegó a considerar que el flogisto carecía de peso.

Joseph Black (1728 – 1799) quien es pocas veces mencionado realizó una serie de reacciones el carbonato de calcio y el carbonato de magnesio. Demostró luego que para esas reacciones no era necesario el flogisto.

Asimismo, Antoine Laurent Lavoisier (1743- 1794) realizó varios experimentos. Puedo mencionar cuando colocó en un matraz estaño, selló el matraz y lo pesó. Lo calentó hasta formar una cal y volvió a pesar el matraz con el producto obtenido. Comprobó que no había ocurrido cambio de peso. Luego quitó el sello al matraz y al pesarlo comprobó un aumento de peso. Dedujo que la aumento de peso se debía al aire que había entrado al matraz. Lavoisier no estaba seguro de que era lo que había sustraído el aire la calentar el estaño. Más adelante, Joseph Priestley descompuso el polvo de óxido de mercurio calentándolo por medio de una lente de aumento y observó la liberación de un gas la que llamó aire desflogisticado. Lavoisier usó este gas y comprobó que producía la combustión y que mantenía la respiración de los animales. Al encontrar que tenía la propiedad de formar ácidos lo llamó oxígeno, del griego oxys (ácido) y gene (formar).

Posteriormente, Lavoisier realizó más experimentos con las reacciones químicas y comprobó que el peso total de los productos es igual al peso inicial de los reactivos. Las transformaciones químicas no ocasionan un aumento o disminución de la masa.

Posteriormente en 1777 Lavoisier da a luz su Teoría Completa de la Combustión donde establece que: a) en toda combustión se desprende calor y luz b) los cuerpos no arden más que en el aire puro (oxígeno) c) el aire puro se consume en la combustión y el aumento de masa del cuerpo quemado es exactamente igual a la disminución de la masa del aire d) el cuerpo quemado se transforma ordinariamente en un ácido, por su combinación con el aire puro. En las mismas condiciones los metales se transforman en sales metálicas (óxidos metálicos).

Los experimentos de Joseph Black, Joseph Priestley Antoine Laurent Lavoisier dieron el puntillazo final a la teoría del flogisto y con esto cayó la última de las viejas teorías química. Luego de ello, la experimentación rigurosa, minuciosa y los nuevos instrumentos de medición mejorados pasaron a formar parte importante e imprescindible de todo experimento químico que fundamentaría muchas nuevas teorías químicas.