La combustión y la balanza, el rol del aire

¿Quién no ha observado alguna vez las llamas que produce un trozo de leña al arder, preguntándose, al mismo tiempo, cuál es la naturaleza de esas lenguas de fuego que tan útiles son para el hombre en muchas de sus actividades? Los filósofos de la naturaleza también se lo preguntaron, y aplicaron sus mentes y sus métodos de investigación a resolver ese problema. Veamos cuáles son las características más importantes del fenómeno. Supongamos que hemos encendido un trozo de carbón de leña y que observamos atentamente lo que sucede. En primer lugar se desprenden del carbón encendido calor y luz.

Al cabo de un cierto tiempo, si las condiciones son favorables, todo el carbón habrá desaparecido de nuestra vista y en su lugar tendremos una pequeña cantidad de cenizas blancas. Si durante la combustión dejamos que la ceniza cubra por completo el trozo de carbón, éste dejará de quemarse o lo hará con gran lentitud. Sabemos que soplando sobre un fuego o unas brasas o abanicándolos, el fuego o las brasas se avivan. Si mediante un dispositivo cualquiera impedimos el contacto del aire con el carbón, la combustión deja por completo de producirse. De estas operaciones sobre un proceso típico de combustión deducimos las siguientes características del mismo: a) La combustión es un fenómeno durante cuya producción se desprenden calor y luz. b) Es necesario que el aire esté en contacto con el combustible' (en nuestro caso el carbón) para que se produzca la combustión. c) Durante el proceso de combustión el combustible prácticamente "desaparece" .

A las conclusiones enunciadas puede llegar cualquier observador atento de los hechos. Estamos en un todo de acuerdo con las dos primeras. La tercera nos va a plantear un problema interesante si tratamos de analizarla. ¿Desaparece el combustible? No hay la menor duda de que después de la combustión no tenemos carbón y antes lo teníamos; es decir, se ha consumido, en el sentido que le da a esta palabra la dueña de casa que sabe que cuando usa carbón para cocinar gasta tantos kilogramos por semana. Pero ¿qué ha sido de él? ¿Se ha aniquilado o se ha transformado en otra cosa? ¿No es sugestivo a este respecto que la presencia del aire desempeñe un papel importante? Podríamos aquí abismamos en un mar de preguntas y más preguntas que no podrían ser contestadas por la mente más esclarecida sin el auxilio de un instrumento sencillo: la balanza, con la cual podemos medir lo que se llama el peso de los cuerpos. Vamos a realizar la experiencia simple siguiente. En uno de los platillos de una balanza disponemas, como se ve en la figura, un hornillo con un trozo de carbón ardiendo. Encima del hornillo colocamos una torre de absorción, es decir, un tubo de vidrio de diámetro grande, ensanchado abajo y angostado arriba, y dentro de él ponemos unos trozos de cal viva, sostenidos con una malla metálica en forma tal que permita el pasaje de gases a través de ellos.

Una vez hecho esto colocamos pesas en el otro platillo hasta equilibrar la balanza. Procuraremos que durante la combustión del trozo de carbón no salga del hornillo nada de la ceniza que se va produciendo. Al cabo de cierto tiempo todo el carbón se habrá "consumido". ¿Caerá el platillo donde están las pesas, demostrando así la pérdida de peso debida a la desaparición del carbón? No; por el contrario, cae el platillo donde estaba el carbón. Ha habido un aumento de peso del conjunto de cuerpos que está en el platillo de la izquierda. ¿Cómo interpretamos esto? En primer lugar, a juzgar por el resultado de esta experiencia, el carbón no  se ha aniquilado, sino que se' ha transformado en algo que se ha fijado a la cal viva; pues si la experiencia se realiza del mismo modo que antes, pero sacando la cal viva de la torre de absorción, se observa una disminución de peso del lado donde está el carbón, durante la combustión del mismo, supuesto que la balanza se halle inicialmente equilibrada. La experiencia, pues, se interpreta provisionalmente del siguiente modo, teniendo en cuenta todas las circunstancias mencionadas: al arder el carbón, se apodera del aire que lo rodea (pues el aire es necesario para la combustión) y se transforma en un gas (pues no se ve) que se fija en la cal viva. Esto resulta claro, ya que hay aumento de peso, y ese aumento se debe al aire del cual se ha apoderado el carbón. Hasta aquí hemos dado una explicación aceptable de la experiencia; pero cabe la pregunta: el aumento de peso observado ¿corresponde exactamente al peso del aire que    ha desaparecido? Esta pregunta tiene un carácter cuantitativo, pues implica la desigualdad, o la igualdad, entre cantidades (pesos). ¿Cómo podríamos hacer para responder a ella? Encerramos dentro de un recipiente, como se ve en la figura, un trozo de fósforo, sustancia que arde con mucha facilidad. Una vez cerrado, pesamos el recipiente y hacemos llegar al trozo de fósforo rayos solares concentrados mediante una lente.

El fósforo arderá instantáneamente, desprendiendo luz y calor. Cuando la combustión haya cesado, dejamos enfriar el recipiente y lo volvemos a pesar. Encontraremos un peso exactamente igual ahora que antes de la combustión. Es decir, que durante la combustión del fósforo no se ha producido en el conjunto (combustible más aire) ninguna variación de peso. Si hiciéramos la misma experiencia (variando el sistema de encender el combustible) con el carbón e con cualquier otro combustible, comprobaríamos la misma igualdad. Es decir, durante las combustiones no se observa ni aumento ni pérdida de peso.

Esto, que vale para todas las transformaciones de la naturaleza que tienen lugar en nuestro planeta, ha conducido a una ley general que se llama la ley de conservación de la materia. Puesto que el peso mide la cantidad de materia, la constancia del peso lleva a la constancia de la cantidad de materia, y de ahí el enunciado de dicha ley: En toda transformación química la cantidad de materia permanece constante. El significado es el que se desprende de las experiencias que hemos citado. Son muchos los químicos que se han ocupado de esta ley, y muy numerosas las experiencias hechas para verificarla. Siempre se ha confirmado, dentro de lo que las mediciones podían revelar. El primero en verla claramente fué Lavoisier, y por ese motivo lleva su nombre. Es equivalente a la afirmación de Anaximandro "de la nada no sale nada"; pero ¿gué diferencia hay entre una y otra afirmación? El filósofo griego pensaba que era así y trataba de demostrarlo dialécticamente. Pero Lavoisier y los químicos que le siguieron trabajaron con la balanza, a la cual confiaron sus experiencias, y entonces sus afirmaciones tienen la evidencia de un hecho y no de una demostración dialéctica. Esta característica diferencia las afirmaciones de los filósofos griegos de las leyes enunciadas por los químicos.

Hemos trabado relación con la balanza, y hemos visto cómo la usan los guímicos. Se puede afirmar, sin exageración alguna, que asu uso racional y continuo deben los químicos, desde Boyle hasta el presente, su carácter de tales, pues sólo midiendo cantidades el hombre puede llegar a penetrar en los secretos de la naturaleza, y los químicos tratan, por sobre todas las cosas, con masas, esto es, cantidades de materia medidas mediante sus pesos determinados con la balanza.

 

 

LA PARTE DEL AIRE QUE INTERVIENE EN LA COMBUSTION

 

Cuando quemamos un trozo de fósforo en el interior de un recipiente que contenía aire, no nos detuvimos a considerar una cuestión que examinaremos ahora. La cuestión es: durante la combustión, ¿desaparece todo el aire que se halla dentro del recipiente, supuesto que hayamos colocado una cantidad suficientemente grande de fósforo? Para resolver este problema vamos a realizar la experiencia ilustrada en la página siguiente. En ella se ve un tubo de vidrio graduado invertido sobre agua.

La cuchara soldada por su mango al tubo sostiene cierta cantidad de estaño en polvo. Concentramos, como lo hicimos anteriormente sobre el fósforo, con una lente rayos solares sobre el estaño. Éste arde, se quema. El agua asciende en el tubo hasta llenar una quinta parte aproximadamente del volumen ocupado por el aire antes de la combustión. Si se repite la experiencia colocando más estaño, se tiene el mismo resultado. Si ponemos en el "aire" que ha quedado dentro del tubo una vela encendida, ésta se apaga. La conclusión es inmediata: el "aire" que