EL CALOR LATENTE: CLAVE
DE LA MAQUINA DE VAPOR
Joseph Black
(1728 -1790)
Entre las parteras de la revolución industrial que
sigue aún conmoviendo al mundo, ha de contarse el taciturno médico, físico y
químico escocés Joseph Black, profesor de química en Glasgow y Edimburgo. Como
físico, indagó el problema que consiste en dar con el paradero de las cantidades de
calor escondido, "latente", superfluo, que se necesitan para trocar el hielo
en agua y ésta en vapor. Fuese ayudante en esos experimentos, y no mero contemplador
de los mismos, James Watt (1736-1817), quien utilizó los resultados obtenidos por su
patrón, para mejorar la ineficaz máquina de vapor de Newcomen, allá por los años
de 1765 y 1769. De esta suerte convirtióse el calor en forma utilizable de energía y
se dio comienzo a la revolución industrial. En cuanto químico y médico, inició
Black la ciencia del análisis químico "cuantitativo", y probó, contra la
creencia del siglo XVIII, que el aire no es sustancia simple. El objeto de los
primeros experimentos (1755), que lo llevaron al descubrimiento del anhídrido
carbónico, llamado por él "aire frío", fue en realidad hallar un álcali
más suave que los "caracoles calcinados" que tanto se recomendaban en aquel
entonces para el tratamiento terapéutico de las piedras de los riñones y el hígado.
Aun cuando Black nació en la ciudad francesa de
Burdeos, en sus escritos empleo el inglés. El pasaje acerca de "El calor
latente" está tomado de sus "Conferencias acerca de los elementos de la
química" (Lectures on the Elements Chemestry),
publicados en edición póstuma el año de 1803. La reconstrucción de los
experimentos acerca del "aire frío" hecha por Sir William Ramsay, fundado
en las notas de Black, se publicó en la obra de aquél intitulada "Ensayos
biográficos y químicos" (Enssays Biographical and Chemical)
Constable and Company, Ltd., Londres, 1908.
Si paramos mientras en la manera cómo se derriten el
hielo y la nieve cuando se hallan expuestos al aire en un cuarto caliente, o cuando en
pos de una helada sobreviene el deshielo, fácilmente podemos percatarnos de que, por
fríos que estén en un comienzo, presto se calientan hasta llegar al punto de fusión
o pronto comienzan a trocarse en agua en su superficie.
De estar bien fundada la opinión vulgar, y a
necesitarse nada más que la adición de una pequeña cantidad más de calor para
obtener el cambio de todo el hielo o toda la nieve en agua, deberían derretirse por
completo en unos cuantos segundos o minutos más, ya que el aire circundante no cesa
de comunicarles calor.
De ser ello así, tremebundas serían en muchos casos
las consecuencias. Porque, aun siendo las cosas como ahora son, el derretimiento de
cantidades grandes de hielo y nieve causan violentas torrentadas y grandes
inundaciones en los países fríos o en los ríos que proceden de ellos. Mas, si el
hielo y la nieve se derritiesen tan súbitamente como deberían hacerlo
necesariamente, de estar fundada la antigua opinión acerca de la actividad del calor
en el derretimiento de ellos, serían sin comparación más irresistibles y tremendos
los torrentes e inundaciones. Todo lo devastarían y destruirían, y eso de manera tan
repentina, que a duras penas se libraría la humanidad de sus estragos.
En realidad de verdad, no ocurren esas licuefacciones
súbitas; las moles de hielo o nieve no se derriten sino muy despacio y necesitan para
ello mucho tiempo, sobre todo cuando son de gran tamaño, como las acumulaciones de
hielo y los montones de nieve en algunos lugares se forman durante el invierno. Dichas
acumulaciones y montones, después de que han comenzado a derretirse, necesitan a
menudo muchas semanas de tiempo cálido antes de disolverse por completo en agua. Esta
notable lentitud con que se derrite el hielo nos da la posibilidad de conservarlo con
facilidad durante el verano, en las estructuras denominadas casas de hielo. Comienza a
derretirse en ellas, en cuanto en ellas lo ponemos; pero como el edifico presenta al
aire tan sólo una superficie pequeña y tiene una envoltura de barda muy gruesa, y se
impide todo lo posible la entrada del aire exterior, el calor penetra con mucha
lentitud dentro de él, y esto, añadido a lo despacio que el hielo se presta a
derretirse, retarda tanto la licuefacción total, que una parte de él se conserva
hasta fines del verano. Del mismo modo persevera la nieve durante todo el verano sobre
muchos montes, en estado de fusión, pero de fusión tan lenta, que muchas veces no
basta la estación entera para terminar de licuarla.
Parecióme que esta notable lentitud con que se
derriten el hielo y la nieve no se avenía de ningún modo con la opinión común
acerca de la modificación del calor en la licuación de los cuerpos.
Y cabalmente este mismo fenómeno constituye en parte
el fundamento de la opinión que he propuesto. Porque, si paramos mientras en lo que
acontece, podemos percatarnos que en el hielo que se está derritiendo entra una gran
cantidad de calor, para formar el agua en que aquél se trueca; y que a lo largo del
tiempo necesario para que se reúna tanto calor proveniente de los cuerpos
circunvecinos, es la razón de la lentitud con que se liquida el hielo.
Si alguna persona pusiere en tela de juicio la entrada
del calor que se está derritiendo y la absorción de aquél por éste, basta conque
lo toque; pues al punto sentirá como el hielo le quita rápidamente el calor de la
mano caliente, puede también examinar los cuerpos que están en contacto con el hielo
o lo rodean, y hallará que a todos ellos priva aquél de buena parte de su calor. O,
si lo colgare de un hilo, en medio de un cuarto con aire caliente, podría notar con
la mano o con el termómetro cómo sin cesar baja el hielo una corriente de aire
frío; porque el aire que se pone en contacto con él queda privado de parte de su
calor; y por eso se condensa y se hace más pesado que el aire del resto del cuarto;
de resultas de lo cual, desciende, y al punto acude a ocupar su puesto en derredor del
hielo algo del aire más caliente; más éste, a su vez, queda despojado presto de
algo de su calor, y listo para bajar del mismo modo; de esta suerte se produce una
corriente constante de aire caliente que va hacia los lados del hielo, y una bajada de
aire en estado frío que se desprende de la parte inferior del trozo; durante la cual
la operación del hielo debe recibir una cantidad grande de calor.
Salta a la vista, pues, que el hielo, al derretirse,
recibe calor con mucha celeridad; pero el único efecto de dicho calor es mudarlo en
agua; la cual no es sensiblemente más caliente de lo que antes lo era el hielo. Si,
en seguida de retirarlo del hielo, se aplica un termómetro a las gotas o chorritos de
agua, marcará la misma temperatura que cuando se aplica el hielo mismo, o, de haber
alguna diferencia, es ella de tan poca monta, que no merece notarse.
Por lo tanto, una gran porción del calor o de la
materia del calor que entre en el hielo que se derrite no produce otro efecto que el
darle fluidez, sin aumentar su calor sensible; al parecer, se absorbe y esconde dentro
del agua, de modo que no es posible descubrirlo aplicando el termómetro. . .
Me di, pues, en serio a hacer experimentos, de acuerdo
con las sospechas que tenía acerca de la ebullición de los líquidos. Mis barruntos,
cuando cobraron forma, tendían al siguiente propósito. Figurábame que durante la
ebullición, el calor es absorbido por el agua y entra en la composición del vapor
que de ella se produce, de la misma manera que es absorbido por el hielo en fusión y
entra en la composición del agua que de éste se produce.
Y así como en éste último caso el efecto ostensible
del calor no consiste en calentar los cuerpos circundantes, sino en liquidar el hielo,
así también en el caso de la ebullición el calor absorbido no calienta los cuerpos
circundantes, sino convierte el agua en vapor. En ninguno de los casos nos percatamos
de la presencia del calor como causa del calentamiento. El calor está oculto o
latente; y yo lo denomino "calor latente".
"EL AIRE FIJO", O SEA EL ANHIDRIDO
CARBONICO
(Datos experimentales reconstruidos por Sir W. Ramsay,
fundándose en los apuntes de Black)
[ Lo que Black pretendía en los experimentos que
dieron por resultado el descubrimiento del aire fijo, era hallar un "álcali más
suave" para unos terapéuticos, sobre todo para el tratamiento de las piedras de
la vesícula biliar y de los riñones. Comenzó sus experimentos con magnesia.].
Como se advierte en sus apuntes, Black profesaba al
comienzo la opinión antigua. Trató de capturar la materia ígnea que se escapa de la
cal, cuando ésta se hace "suave" al ponerla en contacto con el aire. Según
parece, llevó al cabo algunos experimentos llevado por esa idea. Pero su comentario
reza así: "No se escapa nada; la vasija se eleva bastante, al absorber el
aire". Dos páginas más adelante anota en su cuaderno de apuntes un experimento
destinado a cotejar la pérdida de peso que padece una onza de tiza cuando se la
calcina, con la pérdida que sufre al disolverse en "espíritu de sal", o
sea, en ácido clorhídrico. Evidentemente, entonces comenzó a barruntar la razón de
la "suavidad" y de la "causticidad".
Otra nota que se halla una páginas más adelante hace
ver que había descubierto el misterio. "Cuando precipito cal mediante un álcali
común, no hay efervescencia. El aire deja el álcali por la cal; pero ya no hay cal,
sino c.c.c. Ahora hierve, lo cual no acontece con la cal buena".
Habiendo preparado magnesia "suave",
mezclando sal de Epsom, o sea, sulfato de magnesia con carbonato de potasa, o
"cenizas de perla", halló que "se disolvía presto con violenta
efervescencia o explosión de aire, mediante los ácidos de vitriolo, nitro y de sal
común, y mediante el vinagre destilado"; que las propiedades de esas sales
(sulfato, nitrato, cloruro y acetato de magnesio) difieren mucho de las de las tierras
alcalinas comunes; que, al hervir con "sal de amoníaco" o cloruro de
amonio, en el cuello de la retorta se depositaban cristales volátiles de sales
odoríferas, las cuales, al mezclarse con ellas el cloruro de magnesio que quedaba en
la retorta, tornaban a producir magnesia "suave"; que un efecto parecido se
obtiene haciendo hervir magnesia "suave" con "cualquier sustancia
calcárea"; en tanto que los ácidos abandonan la sal calcárea, para unirse con
la magnesia, vuelve a precipitarse la magnesia "suave" junto con un álcali
disuelto.
Sometida la magnesia "suave" a la acción del
fuego, se trocaba en polvo blanco, que se disolvía, sin efervescencia, en los
ácidos; y el proceso de calcinación la había despojado de los siete doceavos su
peso.
En seguida fijó Blanck su atención en la parte
volátil; trató de restaurarla, disolviendo magnesia en una cantidad suficiente de
"espíritu de vitriolo", o sea, de ácido sulfúrico diluido, y tornó a
separarla, añadiendo álcali. El polvo blanco que así obtuvo, hervía violentamente
con los ácidos, y "recobraba todas las propiedades que había perdido por la
calcinación. Había adquirido, además, un aumento de peso casi igual al que había
perdido por el fuego; y, como se halla que hierve con los ácidos, ciertamente tiene
que ser aire una parte del aumento".
Aquí dio Blanca una zancada enorme: había pesado un
gas en estado de combinación. Prosigue discurriendo de esta suerte: "Parece,
pues, evidente que el aire fue expulsado del álcali por el ácido y que se alojo en
la magnesia". . .
Empero, no se había demostrado aún que ese aire fijo
no participa en las propiedades del aire atmosférico ordinario. Puso, pues, Blanck
cuatro onzas líquidas de lechada de cal y cuatro onzas de agua ordinaria debajo de la
campana de una máquina neumática, y extrajo el aire. El aire salió de cada
sustancia en cantidades casi iguales, y quedó de manifiesto que el aire que atrae la
cal viva es de clase diferente del que se mezcla con el agua. La cal viva no atrae el
aire cuando se halla ésta en su forma ordinaria; sino tan sólo puede unirse a una
especie particular de aire "que se halla disperso en la atmósfera, o bien en
estado de polvo sutilísimo, o bien, lo que es más probable, en estado de fluido
elástico. A este le he dado el nombre de aire fijo, y tal vez con mucha impropiedad.
Pero tuve por mejor emplear un vocablo ya corriente en la filosofía que inventar un
nombre nuevo, antes que estemos bien enterados de la naturaleza y propiedades de esta
sustancia".
Del libro Autobiografía de la ciencia de
Forest Ray Moulton y Justus J. Schifferes (Traducción de Francisco A. Delpiane).