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¿Fórmulas y leyes químicas en el siglo XVIII?

Las fórmulas químicas se popularizaron en la década de 1830, pero no surgieron de la nada. Procedían de otras propuestas que se revisan aquí a través de nuevas investigaciones históricas.

Las personas que trabajan en química disponen en la actualidad de una gran variedad de formas de representación de las sustancias: fórmulas empíricas y moleculares, representaciones bi- y tridimensionales con diverso grado de precisión, fórmulas de Lewis, modelos atómicos y moleculares, etc. Esta rica cultura visual ha sido construida en los últimos dos siglos, aunque incluye ingredientes que tienen un origen todavía más remoto. Antes de la llegada de las modernas fórmulas químicas, se emplearon un gran número de símbolos para representar sustancias, muchos de ellos procedentes de la alquimia. El simbolismo alquímico era fundamentalmente alegórico e incluía relaciones que no siempre fáciles de adivinar en la actualidad. Incluso los propios alquimistas podían efectuar diferentes interpretaciones de un símbolo, aunque muchos otras imágenes tenían un significado preciso para las personas conocedoras del tema.

 Las relaciones entre los metales y los planetas, por ejemplo, crearon toda una serie de símbolos basados en la astrología que dejaban poco margen para ambigüedades. Los alquimistas también emplearon abreviaciones de determinadas palabras, representaciones simplificadas de los objetos o pictogramas que se empleaban para designar operaciones e instrumentos como el baño María o el alambique. Muchos de estos símbolos aparecen también en obras médicas y farmacéuticas, así como en tratados sobre artes y manufacturas en los siglos XVI y XVII.

Tabla de sustancias del curso chimico de N. Lemery, 1727


Los símbolos alquímicos aparecen en los primeros manuales de “chymia” del siglo XVII. Un ejemplo es la tabla que aparece en la edición española del famoso curso de química publicado por Nicolas de Lémery a finales de ese siglo. Los cuatro elementos aparecen representados por triángulos con diferente orientación y una barra que permite diferenciarlos. Estos símbolos proceden de la diferencia entre elementos “específicamente ligeros” (el aire y el fuego), que son representados por triángulos con vértices que apuntan hacia arriba, y elementos “específicamente pesados” (el agua y la tierra), con vértices hacia abajo. Los metales aparecen representados por los símbolos astrológicos de los planetas, según las relaciones forjadas en los siglos anteriores por los alquimistas: el con el Sol; la plata con la Luna; el del plomo con el planeta Saturno, etc. También aparecen símbolos para instrumentos, como la retorta o el crisol, y operaciones químicas como “amalgamar”, “baño de María”, “calcinar”, “destilar”, “purificar”, “sublimar”, etc. Muchas de estos últimos son pictogramas o abreviaturas, en ocasiones letras unidas para formar un símbolo, como ocurre en el caso de “baño de vapor”.

Tabla de afinidad de E. Geoffroy en un manual de mediados del siglo XVIII realizado por Pierre Macquer
Tabla de afinidad de E. Geoffroy en un manual de mediados del siglo XVIII realizado por Pierre Macquer

Las tablas de afinidades utilizaron los símbolos de origen alquímico para recoger y simplificar una gran cantidad de información sobre las transformaciones químicas conocidas en esos años. En las primeras tablas, como la de Étienne François Geoffroy, la más popular en el siglo XVIII, se representan sustancias en columnas de orden decreciente de “afinidad” por los productos situados en la primera fila. Se trata de un conjunto de transformaciones muy variadas (sales, amalgamación, ácidos y bases, etc.) cuyos patrones generales que se resumen de forma gráfica a través de estos símbolos alquímicos. Las tablas fueron herramientas fundamentales para la investigación y la enseñanza en el siglo XVIII y proliferaron enormemente en cursos y manuales de la segunda mitad del siglo. Se enriquecieron con nuevas aportaciones y aumentó el número de compuestos descritos: si la tabla de Geoffroy publicada a principios de siglo contenía 16 columnas, la tabla publicada por Bergman en 1775 estaba formada por 50 columnas y distinguía entre reacciones por vía húmeda y por vía seca.

De este modo, el uso de los símbolos alquímicos se extendió a nuevos campos y surgieron nuevas posibilidades de uso. Algunos autores, como el sueco Torbern Bergman o el británico Joseph Black, emplearon estos símbolos para representar las dobles descomposiciones de sales. También fueron utilizados para indicar la composición, de modo que contribuyó a consolidar un nuevo concepto de composición química en ese siglo. Y sirvieron para organizar el número creciente de sustancias conocidas en diversos grupos. Por ejemplo, Bergman utilizó imágenes similares para representar sustancias que consideraba formaban parte de un mismo grupo. Por ejemplo, empleó triángulos para referirse a los cuatro elementos y a las sustancias combustibles, utilizó círculos para sales y álcalis, una corona para los cuerpos metálicos (“régulos”, como se denominaban en la época) y una cruz para designar a los ácidos. Aunque estaban basados, en muchos casos, en los símbolos alquímicos, Bergman introdujo otros nuevos para representar las sustancias desconocidas por los alquimistas, por ejemplo, la platina, un nuevo metal descubierto en el siglo XVIII y que que representó mediante la unión de los símbolos del oro y de la plata. También hubo de inventar símbolos para los nuevos “aires” descubiertos durante el siglo XVIII como resultado de las investigaciones de la química pneumática: el “aire fijo”, el “aire inflamable”, etc. 

En la segunda mitad del siglo XVIII se sucedieron varios intentos de reforma del vocabulario químico que también afectó, como es lógico, a los símbolos empleados para representar a sustancias, instrumentos y operaciones. Torbern Bergman fue también uno de los autores que más trabajó en esta dirección bajo la inspiración de la reforma de la terminología botánica realizada por su compatriota Carl von Linné (1707-1778). Al igual que Lineo, Bergman dividió las substancias minerales en clases, géneros y especies. Asignó a cada clase y a cada género un nombre particular formado por una sola palabra. Para el caso de diferentes especies de sales, Bergman utilizó generalmente el nombre latino del ácido unido a un adjetivo procedente del nombre del álcali, tierra o metal con el que había reaccionado. De ese modo, acuñó términos como “vitriolicum potassinatum” para el compuesto resultante de la unión del ácido vitriólico (sulfúrico) y la potasa, y “muriaticum barytatum” para el compuesto formado por el ácido muriático (ácido clorhídrico) y la barita. Eran expresiones que estaban en consonancia con los símbolos empleados en sus tablas de afinidad, donde se representaban a estas sustancias como la unión de sus correspondientes ácidos y bases.

Los trabajos de Bergman fueron decisivos para los autores de realizaron la principal propuesta de reforma terminológica de finales del siglo XVIII: el Méthode de nomenclature chimique que coordinó Louis-Bernard Guyton de Morveau (1737-1816), un amigo de Bergman y profesor de química en Dijon. Guyton de Morveau defendió en diversas obras la necesidad de “perfeccionar el sistema y las reglas” que se empleaban para nombrar las sustancias químicas mediante la introducción de nombres acordes con “la naturaleza de la sustancias a las que hacen referencia”. Por ello, propuso que “las sustancias simples debían preferiblemente tener un nombre simple” y que “la denominación de un compuesto químico” sólo podría ser “clara y exacta” en tanto que hiciera referencia a “sus partes constituyentes”. Seguía así la tendencia formulada por Bergman y otros autores anteriores.

Símbolos de Hassenfratz-Adet en una obra inglesa de principios del siglo XIX
Símbolos de Hassenfratz-Adet en una obra inglesa de principios del siglo XIX

La obra Méthode de nomenclature chimique napareció en 1787 con el respaldo de Guyton de Morveau y los principales autores franceses de la época: Antoine Laurent  Lavoisier, Antoine Fourcroy y Claude Louis Berthollet. Además de sus memorias y propuestas terminológias, la obra incluyó una propuesta de reforma de los símbolos químicos realizada por Jean Henri Hassenfratz (1755-1827) y Pierre Auguste Adet (1763-1834). Esta propuesta comenzaba con una crítica al estado de confusión que habían producido los símbolos empleados por los químicos hasta ese momento. Para estos autores, unos caracteres químicos adecuados deberían diferenciar, omo habían hecho los autores de la nueva nomenclatura, entre sustancias simples y compuestas.  Estas últimas debían de representarse mediante símbolos que indicaran “el número, la naturaleza, la relación de cantidad de las substancias simples” que las formaban así como “el modo en que estas sustancias actúan unas sobre las otras”. Adet y Hassenfratz consideraban que no se había todavía de suficiente información sobre este último punto, por lo que buscaron símbolos que expresaran adecuadamente las sustancias que formaban parte de los compuestos y que, al mismo tiempo, ofrecieran una indicación somera de la proporción entre las cantidades que entraban en combinación.


Símbolos de Adet y Hassenfratz en Méthode de nomenclature chimique (1787)

Adet y Hassenfratz establecieron símbolos para cada uno de los seis grupos de sustancias simples propuestos en el Méthode: una línea recta para “las sustancias que parecen entrar en la combinación de un gran número de cuerpos”: el nitrógeno y el oxígeno, junto con el “lumínico” y el “calórico”, dos fluidos imponderables que era común incluir en esos años entre los elementos químicos. Emplearon un triángulo para “álcalis y tierras”, un semicírculo para “sustancias inflamables”, un círculo para los metales, un cuadrado para los “radicales ácidos” y un rombo para aquellas substancias cuyos componentes no eran todavía conocidos. 

Además, para distinguir sustancias formadas por los mismos elementos pero en diferente proporción, Adet y Hassenfratz utilizaron la diferente posición relativa de los símbolos. Por ejemplo, los compuestos de oxígeno y nitrógeno eran designados con un segmento oblicuo (nitrógeno) y otro horizontal (oxígeno) unidos en diferentes posiciones: por el punto superior o inferior del segmento dispuesto oblicuamente, por el centro de ese segmento, etc. Para diferenciar a las sustancias dentro de cada grupo propusieron el empleo de las iniciales de sus nombres latinos. Las sustancias compuestas eran designadas mediante la unión de los símbolos de las sustancias simples que las componían, según puede comprobarse en este grupo de sulfuros. El azufre es representado por un semicírculo y se combina con sustancias alcalinas y térreas (triángulos) como la potasa (P), la sosa (S), barita (B), cal (C) y alúmina (A). La última combinación es el sulfuro de oro, siendo este último representado por un círculo con un punto central, de modo semejante a los antiguos textos alquímicos

Símbolos empleados por Dalton en su manual de 1808 para proponer sus ideas atómicas
Símbolos empleados por Dalton en su manual de 1808 para proponer sus ideas atómicas

Debido en parte a dificultades tipográficas, los símbolos de Adet y Hassenfratz tuvieron una difusión limitada en las obras de química de finales del siglo XVIII y principios del XIX. Tampoco circularon mucho los símbolos empleados por John Dalton (1766-1844) para expresar su teoría atómica que aparecieron en su New System of Chemical Philosophy publicado entre 1808 y 1810. Dalton empleó círculos en cuyo interior incluyó las iniciales de los diferentes elementos, con la excepción de algunos casos como el oxígeno, el hidrógeno, el fósforo, etc., para los que Dalton eligió símbolos particulares (v. figura adjunta). Los compuestos eran representados por la unión de los diferentes “átomos” de los elementos que lo formaban, de modo, dado que Dalton asociaba un peso atómico con cada elemento, se ofrecía información sobre las proporciones en las que se combinaban.

Representación según el sistema de Adet y Hassenfratz de diversas combinaciones del oxígeno (representado por una línea horizontal) con varios elementos. La posición de la línea horizontal permite distinguir compuestos formados por oxígeno con diversas proporciones de un mismo elemento, tal y como ocurre con el tungsteno representado por un círculo con una "T".
Representación según el sistema de Adet y Hassenfratz de diversas combinaciones del oxígeno (representado por una línea horizontal) con varios elementos. La posición de la línea horizontal permite distinguir compuestos formados por oxígeno con diversas proporciones de un mismo elemento, tal y como ocurre con el tungsteno representado por un círculo con una “T”.

Todos estos desarrollos han sido estudiados en un reciente trabajo de Sean O’Neil publicado en la revista Ambix, la principal publicación periódica dedicada a la historia de la química. Su autor defiende que los símbolos de Adet y Hassenfratz circularon en curso y en publicaciones, mucho más de lo que solía afirmarse. Y que, además, fueron empleados para solucionar diversos problemas de nomenclatura química de esos años, particularmente los nombres de compuestos formados por los mismos elementos en diversas proporciones. También señala O’Neil que los nuevos símbolos permitían ser modificados con los nuevos descubrimientos, aliviando así la necesidad de hacer modificaciones en los términos, lo que daba lugar a problemas de sinonimia, fugacidad y confusión que he estudiado en otro artículo. Esta práctica de diseñar símbolos químicos para compensar el uso de nombres químicos tradicionales o poco adecuados se convirtió en una práctica habitual y continua, en cierto modo, en la química actual, cuando las fórmulas químicos permiten superar las ambigüedades de la gran pluralidad de denominaciones para un mismo compuesto.

Es evidente que los desarrollos descritos anteriormente fueron fuente de inspiración para las modernas fórmulas químicas del siglo XIX, cuya creación suele atribuirse al químico sueco Jacob Berzelius /1779-1848). En sus primeras propuestas, los elementos eran representados por la primera letra (o las dos primeras, en caso de confusión) de sus nombres latinos. Los compuestos se representaban por las letras de los elementos a los que se agregaba un número para indicar la proporción en la que se combinaban. En los compuestos más simples, las diferentes iniciales eran sencillamente unidas mediante el símbolo “+” pero en compuestos más complejos Berzelius propuso fórmulas muy semejantes a las actuales: estaban formadas por la unión directa de las iniciales de los elementos y superíndices numéricos para informar sobre la proporción de cada elemento. Más adelante, propuso designar el oxígeno mediante un conjunto de puntos colocados en la parte superior de las letras, de modo que un compuesto formado por KO2 se representaba por una “K” con dos puntos en la parte superior. Finalmente, en la década de los años treinta del siglo XIX, Justus Liebig (1803-1873) y otros autores comenzaron a emplear, por comodidad tipográfica, subíndices en lugar de superíndices, por lo que en la segunda mitad del siglo XIX es bastante común encontrar algunas fórmulas similares a las actuales, todo ello dentro de una gran diversidad de situaciones, introducidas por las nuevas fórmulas de la química orgánica, que deberán ser tratadas en otra entrada del blog.

Las fórmulas de Berzelius explicadas en un manual de química de 1849 elaborado por el toxicólogo Pere Mata.

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