Historia del Estudio del Aire Atmosférico Tabla de Composición



CUADRO DE COMPOSICIÓN DEL AIRE E HISTORIA DE LA INVESTIGACIÓN

En la actualidad, está plenamente reconocido el hecho de que el aire es una mezcla. Una mezcla, sin embargo, de peculiares características, pues la proporción en que entran sus distintos componentes principales (oxígeno, nitrógeno y gases nobles) permanece constante. El aire contiene también, en proporciones variables, anhídrido carbónico, vapor de agua y óxidos de nitrógeno. Tanto la propia naturaleza como la verdadera composición del aire han sido determinadas en los últimos doscientos años.

Tabla Composicion del Aire

A lo largo de los 2.000 años precedentes se hicieron pocos progresos en este sentido; no hay noticia de que se hubiera realizado experimento alguno dirigido a confirmar las teorías que en esos momentos se formulaban. Los alquimistas de la época estaban tan ocupados en la búsqueda de la piedra filosofal, que los aspectos teóricos e improductivos de la química, tales como el que nos ocupa, merecían escasa atención.

En el siglo V a. de C, un filósofo griego, llamado Empédocles, expuso la teoría de que todas las cosas del universo estaban compuestas de cuatro principios elementales: tierra, aire, agua y fuego. Cada uno de estos cuatro elementos representaba una combinación de dos de las cuatro propiedades básicas: la tierra era seca y fría; el agua, fría y húmeda; el aire, húmedo y caliente; mientras que el fuego era caliente y seco.

Esta teoría fue elaborada por Aristóteles, uno de los más importantes filósofos griegos, que vivió en el siglo IV a. de C. Según él, un elemento podía trasformarse en otro y, así, el agua se convertía en tierra al solidificarse, y en aire, al hervir.

La teoría de los cuatro elementos subsistió cerca de dos mil años. En 1661. Robert Boyle desechó la idea de que toda ia materia estuviese compuesta de sólo cuatro elementos. Sin embargo, seguía atrayéndole la idea de que todas las sustancias fuesen combinaciones de un número mayor de elementos, los cuales, según su criterio, habrían de ser sustancias que no pudieran descomponerse en otras más simples.

Este fue el primer paso positivo hacia la teoría atómica, aunque habían de trascurrir todavía 150 años antes que John Dalton publicase su idea de los átomos y de cómo se combinan para formar las distintas sustancias. En 1674, John Mayow llevó a cabo una serie de experimento sobre la respiración (con ratones) y sobre la combustión descubriendo que, cuando se  realizaban en un recipiente cerrado, el volumen de gas se reducía siempre. Mayow notó, además; que ni la respiración ni la combustión continúan indefinidamente; los ratones acaban por morir y las llamas se extinguen con el tiempo.

Aunque Mayow no dio una explicación completa y satisfactoria de sus observaciones, su trabajo fue de gran importancia, pues contribuyó a allanar el camino a los investigadores que prosiguieron los experimentos para determinar la naturaleza del aire. Los suyos fueron los primeros experimentos que demostraron que el aire estaba compuesto por más de un gas. Debido al auge de la teoría del flogisto, los progresos experimentados ,en torno a la composición y naturaleza del aire se demoraron casi un siglo.

Formulada por Joachim Becher y desarrollada por Georg Stahl, esta teoría proporcionaba una explicación ingeniosa de la combustión y reacciones afines. Al quemar un metal y dejar las cenizas, se liberaba flogisto. Inversamente, al extraer el metal de su mineral correspondiente, había de suministrarse flogisto.

Cuando en química se comenzó a pesar, quedó demostrada la falsedad de tal teoría, cuyos partidarios, sin embargo, no quedaron del todo convencido?. Su interpretación de los hechos experimentales era en extremo curiosa, pues, al  demostrarse  que  un  metal   ganaba peso después de ser quemado y formar el óxido correspondiente, ellos lo explicaban diciendo que el flogisto tenía un peso negativo.

A mediados del siglo XVIII, un grupo de químicos estaba dedicado al estudio de los gases, aunque, por el momento, a todos los gases se les llamaba aire. En principio, su interés estaba dirigido al diseño de distintos aparatos capaces de generar, retener y analizar gases. Joseph Black fue el primero que utilizó mercurio, en vez de agua, como líquido sobre el que los gases podían ser almacenados.



El anhídrido carbónico fue el primer gas componente del aire que pudo ser preparado. Joseph Black le llamó aire fijo y lo obtuvo, en 1755, por calcinación del carbonato calcico, notando que esta última sustancia perdía peso después de ser calcinada.

Hacia 1770, Antoine Laurent Lavoisier, Joseph Priestley y Carl Wilhelm Scheele descubrieron independientemente el oxígeno o aire fuego y, casi al mismo tiempo, pudo demostrarse que el aire atmosférico era una mezcla de oxígeno y nitrógeno. Este último era el gas residual que quedaba, por ejemplo, cuando el oxígeno se consumía en una combustión. Estos investigadores llegaron también a descubrir que el oxígeno es un elemento indispensable para la vida y los procesos de combustión.

Los trabajos más interesantes son los realizados por Lavoisier sobre el oxígeno, pues en sus experimentos llevó a cabo medidas muy cuidadosas; en aquella época, muy raramente se abordaban los problemas químicos cuantitativamente.

En 1785, mientras llevaba a cabo un análisis minucioso del aire, Henry Cavendish estuvo a punto de descubrir la presencia de los gases nobles. Comprobó que casi todo el nitrógeno del aire podía ser convertido en nitrato potásico, haciendo saltar una chispa eléctrica en un recipiente cerrado que contuviese una solución de hidróxido potásico, después de haber hecho entrar suficiente oxígeno para que tuviese lugar la reacción. No obstante, al término de sus experimentos Cavendish descubría que siempre quedaba un pequeño residuo sin reaccionar.

Los trabajos de Cavendish fueron olvidados durante 100 años, hasta que, en 1892, Lord Rayleigh notó que existía una notable diferencia entre la densidad del nitrógeno procedente de la atmósfera y la del obtenido por medios químicos.

Este hecho sugería que el nitrógeno atmosférico estaba contaminado por otro gas más denso. Posteriores investigaciones, llevadas a cabo por Lord Rayleigh y William Ramsay, permitieron el descubrimiento de la familia de gases nobles. El argón entra a formar parte del aire en un 0,93 % en volumen. Los restantes gases nobles (neón, helio, criptón y xenón) entran en proporciones mucho menores.

EXPERIMENTOS DE  RAMSAY
Para averiguar si en el aire existían otros gases, Ramsay tuvo que separar los componentes ya conocidos (nitrógeno, oxígeno, anhídrido carbónico y vapor de agua). Para ello, separaba, primero, el anhídrido carbónico, haciendo pasar el aire a través de una solución concentrada de hidróxido potásico.

A continuación, separaba el vapor de agua con ácido sulfúrico concentrado. Para conseguir la total ausencia de ambos, utilizaba varios bulbos, que contenían cada uno de estos absorbentes. Haciendo pasar el aire seco a través de granalla de cobre ai rojo, lograba separar el oxígeno, al reaccionar este gas para formar óxido de cobre.

Determinando el incremento de peso obtenido, averiguaba el  peso de  oxígeno existente  en  una  muestra  de  aire. Por último, separaba el nitrógeno haciendo pasar los gases residuales a través de cinta de magnesio al rojo. Este elemento se combina rápidamente con el nitrógeno para formar N2Mg3, nitruro de magnesio, un sólido amarillo.

Determinaba el peso de nitrógeno pesando el tubo que contenía el magnesio, antes y después de la operación. Para conseguir la separación de todo el oxígeno y el nitrógeno, hacía pasar el aire lentamente sobre el cobre y el magnesio al rojo, procurando que éstos presentaran una gran superficie.



Una vez que todos estos gases habían sido separados, a Ramsay le quedaba un gas no reactivo (argón), que ocupaba casi el 1 % del volumen original de aire. Posteriores investigaciones demostraron que lo que Ramsay había aislado no era un gas, sino una familia completa de gases inertes:  los «gases nobles».

Ver Esquema del Experimento

IMPUREZAS   PRESENTES EN  EL AIRE
En las ciudades industriales, el aire contiene, por lo general, pequeñas cantidades de ácido sulfhídrico y de anhídrido sulfuroso, productos que se desprenden en distintos procesos. La presencia de estos gases es un peligro para la salud, contribuye a la formación de nieblas y ataca las fachadas de los edificios.

En ciertos países, donde la situación ha llegado a ser muy seria, se tomaron ya medidas legislativas por las que han sido fijados estrictos límites máximos para las cantidades de polvo y humos liberados por las chimeneas de las fábricas. Como consecuencia, éstas instalarán ahora dispositivos especiales para reducir a un mínimo la cantidad de las sustancias que han de pasar a la atmósfera. Las proporciones de polvo, ácido sulfhídrico, anhídrido sulfuroso, amoníaco y óxidos de nitrógeno existentes en la atmósfera son variables.

Fuente Consultada:
Enciclopedia de la Ciencia y la Tecnología Fasc. N°41 La Composición del Aire

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