Continuăm călătoria noastră în trecut.  Vă vom povesti despre istoria trecerii de la tradițiile alchimice la chimie. Alchimiștii păreau încremeniți în căutarea pietrei filosofale și a transmutării elementelor. Scrierile antice erau literă de lege și nimeni nu părea dispus să le conteste. Făceau numeroase experimente iar unele dintre ele aveau rezultate foarte spectaculoase, cum fi praful de pușcă, descoperit de către alchimiștii chinezi, care erau în căutarea elixirului pentru tinerețea fără de bătrânețe și viața fără de moarte. Totuși se ajunsese pe un drum înfundat.

Era nevoie  să fie făcut un pas decisiv: nesupunerea în fața autorității anticilor. Era un pas greu de făcut, într-o lume în care aproape că numai alchimiștii mai îndrăzneau să experimenteze. Din păcate și ei trăiau în mirajul elementelor lui Aristotel.

Ruperea de trecut

Schimbarea a început într-o altă zonă, cea a astronomiei, care făcea pași repezi în transformarea sa în știință. În 1543, Copernic publica opera sa fundamentală, ”De revolutionibus orbium Coelestium” în care se arăta că teoria geocentrică a necontestatului Ptolemeu este greșită. Arthur Koestler în cartea ”Lunaticii – Evoluţia concepţiei despre Univers de la Pitagora la Newton” (traducere publicată de Editura Humanitas în 1995) precizează că: ”[…] primul impuls al lui Copernic de a reforma sistemul ptolemeic îşi avea originea în dorinţa de a-i înlătura un reproş minor, o trăsătură care nu se conforma cu stricteţe principiilor conservatoare ale lui Aristotel . El a fost pornit să răstoarne sistemul ptolemeic din dorinţa de a-l conserva, ca maniacul care, deranjat de o aluniţă de pe obrazul iubitei, îi taie capul ca să o facă perfectă. Nu era pentru prima dată în istorie cînd un reformator puritan începea prin atacarea unei imperfecţiuni minore şi sfârşea înţelegând că aceasta era un simptom al unei boli profunde şi incurabile.”

Copernic

Influențat de gândirea copernicană, Johannes Kepler face un pas mai departe descoperind legile care guvernează mișcarea planetelor în jurul Soarelui. În cazul său este remarcabil faptul că a folosit cele mai precise măsurători astronomice din vremea sa, în încercarea de a demonstra că orbitele planetelor se înscriu în cele cinci corpuri platonice. Pentru frumusețea textului îl voi cita din nou pe Koestler: ”Există deci numai cinci corpuri perfecte şi cinci intervale între planete! Era imposibil de crezut că aici este doar o întâmplare şi nu un aranjament divin. Se obţine astfel un răspuns la întrebarea de ce existau numai şase planete «şi nu douăzeci sau o sută». Se mai răspundea astfel la întrebarea privind distanţele dintre orbitele planetelor. Ele trebuiau să fie distanţate astfel încât cele cinci corpuri să se potrivească exact în intervale, ca un schelet invizibil, sau ca o ramă. Şi, hopa, totul se potriveşte! Sau, cel puţin, aşa se părea. El a înscris un cub în orbita, sau sfera lui Saturn; în cub, o altă sferă, care era aceea a lui Jupiter. Înscris în aceasta era tetraedrul, iar înscris în el era sfera lui Marte. Între sfera lui Marte şi cea a Pământului, venea dodecaedrul; între Pământ şi Venus, icosaedrul, între Venus şi Mercur, octaedrul. Evrika! Misterul universului era dezlegat de tânărul Kepler, profesor la Şcoala protestantă de la Gratz.” Apoi Kepler a făcut un pas important: ca orice om de știință veritabil, a verificat dacă ipoteza lui este confirmată de observații. Le-a folosit pe cele ale lui Tycho Brahe. Spre marea lui dezamăgire, frumoasa sa ipoteză era infirmată. În cele din urmă, ca un om de știință veritabil, renunță la ea și, după o muncă asiduă, descoperă cele trei legi ale mișcării planetelor care îi poartă numele. Primele două legi au fost publicate în 1609 în Astronomia nova, iar cea de-a treia în 1619, în lucrarea Harmonices mundi.

Viziunea inițială a lui Kepler asupra Sistemului Solar

În anul în care Kepler publica Astronomia nova, Galilei își îndrepta privirea către Lună cu luneta construit cu propriile sale mâini. Observațiile sale, mai ales cele ale planetei Venus și ale sateliților Jupiterieni, aduceau o nouă confirmare observațională a sistemului heliocentric. Galilei a făcut și altceva. A pus în discuție fizica aristoteliană. Nu a făcut-o apelând la fraze frumos meșteșugite filosoficește, ci la experimente. Astfel, de exemplu, a demonstrat că viteza de cădere a corpurilor nu depinde de masa lor, așa cum susținea Aristotel.

Urmează la rând Isaac Newton, cel care a produs o adevărată revoluție în gândirea umană. Dați-mi voie să îl citez din nou pe Koestler: ”Cu publicarea Principiilor lui Newton din 1.687, cosmologia a devenit o ştiinţă disciplinată, iar în acest punct povestirea noastră despre viziunea schimbătoare a omului cu privire la univers trebuie să ia sfârşit. Dansul sălbatic al umbrelor lăsate de stele pe peretele peşterii lui Platon s-a domolit într-un vals victorian decent. Toate misterele păreau să fi fost expulzate din univers, divinitatea fiind redusă la rolul unui monarh constituţional, menţinut în funcţie dintr-un motiv decorativ, dar fără o necesitate reală şi fără vreo influenţă asupra mersului afacerilor.”

Newton

Succesul aplicării metodei științei în astronomie și fizică nu putea să nu producă o schimbare de abordare a alchimiei. Poate că ar putea să vă pară că această schimbare a venit de la sine. Nu a fost deloc așa. Astronomii și fizicienii știau ce și cum să măsoare pentru a putea mai apoi să formuleze un model matematic. Alchimiștii mai aveau de luptat pentru a putea face pasul către știința ce poartă numele de chimie.

Newton alchimistul

Poate că unii dintre dumneavoastră se vor mira, dar Newton a fost un alchimist înfocat, pornit în căutarea pietrei filosofale și a transmutării elementelor în aur. În Anglia din vremea sa, de teama devalorizării aurului ca urmare a unui eventual succes alchimic, practicanții alchimiei riscau pedepse severe, ajungându-se până la spânzurarea vinovatului. Din acest motiv în amplele scrieri alchimice rămase de la Newton textele sunt codificate. Găsim acolo, de exemplu, referiri la ”leul verde”, ”tridentul lui Neptun”, ”sceptrul lui Jupiter” etc. Reminiscențe ale experimentelor sale alchimice găsim în fabulosul său tratat, Optica. Citez din volumul Optica, publicat de Editura Academiei Republicii Socialiste România, 1970: ”Dacă sarea de tartru per deliquium [umezit] este turnată în soluţia unui metal, precipită metalul şi-l face să se depună la fundul lichidului sub formă de nămol; aceasta nu dovedeşte că particulele acide sunt atrase mai intens de sarea de tartru decât de metal şi printr-o atracţie mai intensă trec de la metal la sarea de tartru?  La fel când o soluţie de fier în aqua fortis [acid azotic] dizolvă lapis calaminaris [silicat de zinc], se eliberează fierul sau o soluţie de cupru dizolvă fierul introdus în ea şi eliberează cuprul ori o soluţie de argint dizolvă cuprul şi eliberează argintul sau o soluţie de mercur în aqua fortis, fiind turnată peste fier, cupru, staniu sau plumb, dizolvă metalul şi eliberează mercurul; nu dovedeşte aceasta că particulele acide de aqua fortis sunt atrase mai intens de lapis calaminaris decât de fier, mai intens de fier decât de cupru, mai intens de cupru decât de argint şi mai intens de fier, cupru, staniu şi plumb decât de mercur? Nu din acelaşi motiv necesită fierul mai multă aqua fortis ca să-l dizolve decât cuprul, iar cuprul mai mult decât celelalte metale şi dintre toate metalele fierul se dizolvă mai uşor şi rugineşte cel mai repede, iar imediat după fier cuprul?”

Deși pasionat de alchimie, Newton s-a opus cu tărie aristotelismului, fiind susținătorul unei ipoteze atomice a materiei. Nu a descris decât foarte ambiguu ceea ce înțelegea el prin atomi, dar afirma că între ei apar forțe gravitaționale, electrice și magnetice. Era un bun început, iar gândurile lui i-au influențat pe alchimiștii vremii.

Intermezzo

V-am obligat mai devreme să citiți un fragment din textele lui Newton, unul mai greu de parcurs pentru noi, modernii. Acum, pentru a nu mai complica și lungi povestea, îmi voi lua libertatea de a trece rapid peste etape, pentru a ajunge rapid la povestea celor care au transformat alchimia în chimie. Sărim deci direct la Lavoiser.

Antoine Laurent Lavoisier

În vremea lui se susținea că aristoteliana apă poate fi transmutată în aristotelianul pământ. Drept dovadă se aducea constatarea că apa, chiar dacă o distilezi de mai multe ori, lasă un reziduu solid în urma evaporării. Lavoisier a dorit să studieze mai îndeaproape această susținere. A urmat un lung șir de experimente minuțioase. A folosit un aparat familiar alchimiștilor, care permitea distilări repetate în circuit închis, astfel încât nu se putea pierde apa introdusă inițial în recipient.

Laboratorul lui Lavoisier

Înainte de a demara experimentul, Lavoisier a cântărit cu precizie atât aparatul, cât și apa folosite. După introducerea apei distilate în recipient, acesta a fost pus pe un strat de nisip fierbinte. Au urmat 101 de zile de distilare răbdătoare. La capătul lor Lavoisier a constatat că pe fundul vasului s-a depus un sediment. Să fie asta o confirmare a transmutării apei în pământ? Dacă am apela la o abordare calitativă a fenomenului am putea răspunde afirmativ. Spre norocul nostru Lavoisier a preferat o abordare cantitativă. A deschis aparatul și a cântărit cantitatea de apă din el. A constatat astfel că ea a rămas neschimbată. În concluzie, originea sedimentului nu stă în transmutarea apei în pământ. Lavoisier a mers și mai departe. A cântărit recipientul, după ce a îndepărtat minuțios sedimentul depus. A constatat că masa lui a scăzut. Apoi a cântărit sedimentul și a descoperit că masa sa era egală cu cea pierdută de recipient. Avea astfel încă o dovadă că originea sedimentului nu este în transmutarea apei. El provine din ceva care se întâmplă cu recipientul. Mie îmi pare un pas decisiv. Mulți dintre predecesorii săi măsurau cantități, dar nici unul nu a avut perseverența și meticulozitatea lui Lavoisier. Mai există un aspect pe care vreau să îl remarc acum. Lavoisier reprezintă un exemplu care demonstrează măsurătorile riguroase te apropie de fapte în timp ce ochii, cei care vedeau precipitatul solid, te pot îndrepta către concluzii greșite.

Câteva dintre instrumentele folosite de Lavoisier pentru studierea oxidării metalelor

Tot în vremea lui Lavoisier se credea că toate substanțele combustibile conțin ceva care se eliberează în urma arderii. Acest ceva purta numele de flogistic (în greacă phlóx înseamnă flacără). Lavoisier și-a îndreptat atenția asupra acestui subiect.

În 1772, împreună cu câțiva colegi, reușește să își procure câteva diamante. A pus unul dintre ele într-un vas de sticlă și l-a încălzit puternic. A constatat că masa diamantului a scăzut. A repetat experimentul, de data aceasta după ce a extras aerul din recipient. Cântărirea diamantului a arătat că masa lui a rămas neschimbată. Concluzia era evidentă, aerul era cauza scăderii masei.

În aceeași perioadă, concetățeanul său său, Louis Bertrand Guyton de Morveau, tocmai efectuase niște experimente interesante. Într-un vas de sticlă el a pus plăcuțe de metal. Apoi le-a încălzit, cu ajutorul unor lentile care focalizau lumina Soarelui. Pe suprafața lor s-a format un strat subțire de oxid (în vremea aceea era numit ”calx”). A urmat cântărirea plăcuțelor de metal și de Morveau a constatat că masa lor crescuse. Cum era posibil așa ceva, dacă în urma arderii (oxidării) metalului ar trebui să se piardă din masă din cauza eliberării flogisticului? De Morveau avea o explicație sui generis: flogisticul avea capacitatea de a levita și, astfel, o dată eliberat, făcea ca masa metalului oxidat să crească. Desigur, ați remarcat că de Morveau s-a folosit de o cântărire precisă. Din păcate, fiind un susținător al teoriei flogisticului, nu a mers mai departe.

Antoine Laurent Lavoisier

Pasul l-a făcut Lavoisier. A repetat experimentele lui de Morveau, de data asta în recipiente închise ermetic. Înainte de a purcede la experiment a cântărit cu atenție recipientul împreună cu plăcuța de metal din interiorul lui. A așteptat până ce pe suprafața ei a apărut stratul de oxid, după care, înainte de a le deschide recipientul, l-a cântărit din nou. A constatat că masa recipientului plus cea a plăcuței oxidate nu s-a modificat. Totuși, masa plăcuței de metal, împreună cu cea a stratului de oxid depus pe el, a crescut, așa cum constatase și de Morveau. De unde putea să vină această creștere de masă? Probabil că ceva din aer s-a combinat cu metalul pentru formarea stratului de oxid. Ipoteza aceasta ar putea oferi o explicație satisfăcătoare pentru cele întâmplate. Dar, în spiritul științific al lui Lavoisier, asta nu este de ajuns.

A reluat experimentele. De data aceasta a făcut o cântărire suplimentară. A cântărit recipientul plus plăcuța de metal oxidată după ce a deschis recipientul. O obținut o masă ceva mai mare decât cea măsurată cu recipientul închis. Comparând rezultatele a constatat că diferența de masă în cele două cazuri este egală cu cea a creșterii de masă a plăcuței de metal oxidate. Astfel Lavoisier a putut demonstra că nu flogisticul este ”răspunzător” de creșterea masei după oxidarea unui metal ci de ”ceva” conținut de aer.

Ce era acel ”ceva”? Tot Lavoisier avea să propună un răspuns corect. În octombrie 1774 savantul englez Joseph Priestley îl vizitează pe Lavoisier. Priestley tocmai descoperise ”aerul deflogisticat” prin încălzirea oxidului roșu de mercur cu ajutorul lentilelor care focalizau lumina solară. (Cu doi ani mai devreme, suedezul Carl Wilhelm Scheele, obținuse și el același gaz, printr-o altă metodă. Din păcate, rezultatele lui nu au fost publicate până în 1877) Priestley era uimit de proprietățile noului gaz: în el lumânările ardeau cu mai multă lumină iar șoriceii care îl respirau erau mult mai vioi. Desigur, savantul englez, fiind atașat teoriei flogisticului, nu a dus mai departe experimentele sale.

Lavoisier, așa cum îl știți deja, a vrut să înțeleagă ce se întâmplă atunci când se obține oxidul roșu de mercur. A realizat o instalație relativ complicată. O retortă specială, în care se introdusese o cantitate măsurată de mercur, era legată de un borcan așezat cu gura în jos pe un strat de mercur. Și de această dată avem de-a face cu un sistem închis. Retorta a fost încălzită până la o temperatură apropiată de punctul de fierbere a mercurului. După o vreme, pe suprafața mercurului din borcan a început să se formeze oxidul roșu de mercur. Lavoisier a avut răbdare și a așteptat până când formarea de oxid roșu de mercur. A lăsat apoi să se răcească întreg sistemul. A constatat că volumul aerului din sistemul închis a scăzut la cinci șesimi din volumul inițial. Din nou, ca și în cazul plăcuțelor de metal acoperite cu oxid, putem presupune că ”ceva din aer” s-a combinat cu mercurul, ceea ce a dus la scăderea volumului gazului. Din nou ipoteza are nevoie de o verificare suplimentară, pe care Lavoisier a realizat-o cu succes. A încălzit oxidul roșu de mercur, cu ajutorul sistemului de lentile, și a măsurat volumul gazului eliberat. Volumul obținut era egal cu cel pierdut în sistem.  

Este foarte greu să supraestimezi revoluția profundă în știință pe care a adus-o Lavoisier. Deși el nu a descoperit vreun element sau compus chimic nou, el a adus ordinea necesară prin impunerea metodei științifice în ceea ce, de acum încolo, putem spune că poartă numele de chimie.

Lavoisier a revoluționat chimia, dar a căzut victimă revoluției, revoluției franceze. Luând în derâdere susținerile alchimice, în anul 1780, a îndrăznit să îl ironizeze pe un tânăr susținător al alchimiei. Se pare că tânărul nu l-a iertat niciodată. Numele său era Jean-Paul Marat, care avea să devină unul dintre liderii revoluției franceze. În 1793, Lavoisier este arestat și, pe 8 mai 1794, este ghilotinat, fiind găsit vinovat de acțiuni antirevoluționare, tocmai el, părintele unei mari revoluții în știință.

Intermezzo

Tocmai v-am povestit despre unul dintre momentele fundamentale ale chimiei, cel în care s-a renunțat la dogmele antice. De aici încolo, înarmați cu metodele științei, chimiștii vor avea de parcurs un drum greu, este drept, dar unul care îi va purta către înțelegerea naturii. Vă invit să parcurgem împreună o parte a lui în episodul următor al serialului nostru.

Episodul 1 al serialului îl găsiți aici.

Upgrade