Robert Boyle (1627-1691) es una figura clave en la transición de la alquimia a la química moderna. Nacido en Irlanda en el seno de una familia aristocrática, Boyle recibió una educación esmerada y se dedicó al estudio de la naturaleza. Aunque inicialmente influenciado por la alquimia, su enfoque empírico y su insistencia en la experimentación lo convirtieron en uno de los pioneros del método científico en la química.
Orígenes y Formación
Robert Boyle nació en el Castillo de Lismore, Irlanda, en 1627. Su padre, Richard Boyle, Primer Conde de Cork, era un inglés que amasó una considerable fortuna en política y negocios. Robert fue el decimocuarto de quince hijos y recibió una educación privilegiada, estudiando latín, griego y francés desde joven. A los ocho años, fue enviado a Eton College, un prestigioso centro educativo.
Después de varios años en Eton, Boyle viajó por Europa Continental con un tutor francés. En 1641, pasó el invierno en Florencia, Italia, estudiando la obra de Galileo Galilei, un encuentro que lo impresionó profundamente y que se considera un catalizador de su posterior actividad científica. Regresó a Inglaterra en 1644 y se estableció en las propiedades que heredó de su padre en Dorset. También poseía propiedades en Irlanda, que visitaba regularmente.
En 1652, con su vida ya dedicada a la ciencia, Boyle decidió establecerse en Irlanda. Sin embargo, dos años más tarde, se mudó definitivamente a Oxford, frustrado por la falta de interés en los asuntos científicos en Irlanda, especialmente en la química, que era su principal área de estudio.
Influencia de Francis Bacon y el Empirismo
Como pensador, Boyle dependió en gran medida de las concepciones de Francis Bacon (1561-1626), considerado el padre del empirismo y un importante contribuyente al desarrollo del método científico. Boyle siempre se adscribió a los hechos y a la experimentación en sus investigaciones. Al igual que Bacon, entendía la ciencia como el fundamento del progreso de la humanidad.
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Boyle se dedicó a construir aparatos para demostrar sus afirmaciones, un rasgo distintivo de los científicos de su época. A pesar de ello, la historia se refiere a él como "filósofo natural", "alquimista", "químico", "físico" y "teólogo". Estos títulos reflejan la transición de la época, donde la ciencia aún no se había separado completamente de la filosofía. "Physis", el término griego para naturaleza, era el nombre que se daba al estudio del mundo natural.
El Químico Escéptico y la Definición de Elemento
Boyle es considerado uno de los fundadores de la química moderna, a pesar de su origen en la tradición alquimista. Muchos textos lo señalan como el científico que introdujo en la química un concepto de elemento diferente al empleado por los aristotélicos o por los alquimistas, sirviendo como antecedente al que formularía Lavoisier en 1789.
El concepto de elemento está indisolublemente ligado al de átomo. Aunque hoy en día la existencia de los átomos es indiscutible, no siempre fue así. A lo largo de la historia, ha habido defensores y detractores del atomismo. Incluso a principios del siglo XX, Ernst Mach negaba la existencia de los átomos desde su cátedra en la Universidad de Viena.
Antiguamente, se decía que el átomo era el límite de la división física de la materia, de ahí su nombre, que significa "indivisible". En la actualidad, considerando las partículas subatómicas estables, se define el número atómico de un elemento como el número de protones en el núcleo de cualquiera de sus átomos, y el número másico como la suma de protones y neutrones en el núcleo. El término isótopo se aplica a los nucleidos con el mismo número atómico pero diferente número másico.
Para los filósofos de la Edad Media y el Renacimiento, los elementos eran un número reducido de sustancias simples que componían todos los cuerpos y en las cuales estos podían resolverse. Consideraban que todos los elementos intervenían, en diferente proporción, en la formación de cada una de las sustancias compuestas. Aunque muchos aceptaban los cuatro elementos de la tradición aristotélica (agua, tierra, aire y fuego), el descubrimiento de una copia de De rerum natura despertó el interés por el atomismo en algunos filósofos. Entre los primeros que estudiaron críticamente la obra de Lucrecio se encuentran el platonista Marsilio Ficino y Bernardino Telesio.
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En 1473, apareció en Brescia la primera edición de De rerum natura, seguida por tres ediciones más en 1500. Otra fuente importante del pensamiento atomista del Renacimiento fue la Vida de los filósofos, escrita en el siglo III por Diógenes Laercio, impresa por primera vez en 1533. Las Vidas de Diógenes incluyen la de los atomistas de Abdera, Leucipo y Demócrito, y el décimo libro está dedicado a Epicuro de Samos, con cartas a Herodoto y Pitocles, esta última una exposición clara y concisa sobre la filosofía natural atomista.
En esa época, muchos alquimistas europeos seguían la tradición de los alquimistas árabes, considerando al azufre y al mercurio como principios. Entendían que los elementos eran las sustancias simples en las que se resolvían los cuerpos mixtos. En el siglo XVI, a partir de la obra de Paracelso, se produjo el auge de la Iatroquímica. Aunque no hubo unanimidad sobre cuáles eran los principios elementales constituyentes de toda la materia, todos los iatroquímicos abandonaron el esquema aristotélico. Muchos reconocieron el legado de los principios de la alquimia árabe (mercurio y azufre), y Paracelso popularizó la idea de la existencia de un tercer principio: la sal. El principio sal era responsable de la unión de los componentes de un sistema complejo, impidiendo la revisión y actuando como conservante. Además, representaba tanto la solidez como la incombustibilidad.
Paracelso afirmaba que "Entre todas las sustancias, hay tres que dan a cada cosa su cuerpo, es decir, que todo cuerpo consiste en tres cosas; sus nombres son azufre, mercurio y sal; o bien, antes de cualquier otra cosa, es necesario conocer estas tres sustancias y todas sus propiedades en el macrocosmos. Y entonces se las encontrará en el hombre (microcosmos) absolutamente semejantes. Con el fin de comprenderlo mejor, piense por ejemplo en la madera. Es un cuerpo. Quemadlo. Lo que arderá es el azufre; lo que se exhala en humo es el mercurio. Lo que queda en forma de cenizas es la sal. Así nos encontramos con las tres cosas, ni más ni menos, separadas cada una de la otra. Es necesario remarcar que todas las cosas contienen estos tres principios de igual manera. Si no pueden percibirse de una manera inmediata con la vista, siempre se revelen bajo la influencia del arte que los aísla y los vuelve visibles. Lo que arde es el azufre. Todo lo que entra en combustión es azufre. Lo que se eleva en forma de humo es mercurio. Solamente el mercurio sufre la sublimación". En la concepción paracelsiana, el azufre representa la combustibilidad, el mercurio la volatilidad y la sal la solidez. La combinación de estos tres principios da como resultado las propiedades de cada cuerpo.
Entre las contribuciones de Paracelso a la química, destaca el descubrimiento del hidrógeno, aunque no pudo determinar sus propiedades con detalle. En 1526, describió un nuevo metal al que consideraba un "metal bastardo" y al que bautizó "zink" (cinc). Al tratar cinc con ácido clorhídrico, observó la evolución de un "material aeriforme mucho más liviano que el aire". De la obra de Paracelso se infiere que no negaba la posibilidad de la transmutación, pero consideraba que era una actividad de importancia secundaria de la alquimia. Al respecto, escribió: "Muchos han dicho que la alquimia es el arte de hacer oro y plata. Para mí, este no es el objetivo, sino que considera que es encontrar qué virtud y poder pueden yacer en las medicinas". Su objetivo práctico fue usar los procesos alquímicos para la preparación de sustancias terapéuticas, principalmente sustancias inorgánicas.
Van Helmont negó tanto la teoría de la tria prima como la doctrina aristotélica de los cuatro elementos. Sostenía que el fuego no es un elemento, ya que no es permanente: nace y se extingue, y no tiene existencia material, siendo simplemente un agente de cambio. El aire, según él, no es una sustancia susceptible de sufrir modificaciones, y sus acciones son de tipo mecánico. La tierra puede transformarse en agua, por lo que no es un principio elemental inmutable. Sin embargo, afirmaba que el agua está presente en todos los cuerpos.
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Es conocido su experimento con el sauce: pesó cuidadosamente 200 libras de tierra y plantó en ella un pequeño sauce. Al cabo de cinco años, el sauce había aumentado su peso en unas 164 libras. Puesto que la tierra seguía pesando, aproximadamente, 200 libras, van Helmont infirió que el peso del árbol había aumentado gracias al agua de riego, lo que significaba que la madera y las hojas "se producían por transformación del agua solamente". Como la combustión de esas ramas y hojas desprende agua, la materia vegetal se vuelve a convertir en agua, lo que prueba que el agua es su principio constituyente. Para confirmar su teoría de que el agua es el único constituyente de todos los cuerpos, Van Helmont intentó demostrar la existencia de un disolvente universal al que denominó alcagesto, nombre con reminiscencias alquimistas y árabes. Según van Helmont, todos los procesos de disolución consistían en la disgregación del agua constituyente. El hallazgo de un disolvente en cuyo seno se disolvieran todas las sustancias, sólidas y líquidas, orgánicas e inorgánicas, evidenciaría la presencia de agua en todo el sistema material. van Helmont dijo haber dispuesto durante unos cuantos días de un poco de alcagesto en un recipiente, pero no dio ninguna información acerca de cómo lo consiguió ni de los experimentos realizados.
Van Helmont postulaba que: a) En cada cuerpo el agua presenta un grado de condensación diferente. En un trozo de hierro el agua está mucho más condensada que en un trozo de madera. b) Si bien el agua es el único constituyente material de los cuerpos, en cada cuerpo hay un constituyente espiritual que le da al objeto su carácter propio.
Ya en el siglo XVII, otros iatroquímicos consideraron a las reacciones químicas como el encuentro entre contrarios. El más conocido exponente de estas teorías fue Otto Tachenius, quien afirmaba: "De acuerdo con lo que muestra la experiencia, todos los seres sublunares están compuestos de dos cosas: el ácido y el álcali". En su concepción, álcali no era solamente las cenizas de ciertos vegetales que se empleaba para hacer jabón sino toda aquella sustancia capaz de enfrentarse con un ácido. Por ello, como la mayoría de los metales producen efervescencia con los ácidos, Tachenius consideró que los metales eran álcalis. La teoría de la dualidad ácido - álcali no suscitó muchas adherencias. Ningún químico fue capaz de descomponer el oro en un ácido y en un álcali.
El siglo XVII se caracterizó por un auge en la teoría corpuscular. Un creciente número de filósofos naturales se fue volcando hacia una u otra versión de la doctrina atómica como marco explicativo de los fenómenos naturales. Por un lado, los filósofos veían en el atomismo un modo sistemático de explicación con el cual podían confrontar las alternativas del aristotelismo y el paracelsismo, doctrinas que ya en ese tiempo se consideraban intelectualmente pobres. Quizás, el atomista más relevante del siglo XVII, haya sido Pierre Gassendi (1592 - 1655). En 1649 publicó su mayor obra sobre el atomismo , Syntagma Philosophiae Epicuri, dividida en tres secciones: Lógica, Física y Ética . Aún antes de exponer acerca de los átomos, Gassendi dedicó tres capítulos a discutir sobre el vacío y su necesidad, extendiéndose en el análisis de los experimentos de Torricelli. Explayándose en la tesis de Epicuro descrita a los átomos diciendo que no pueden ser creados ni destruidos, tienen peso y no pueden ser subdivididos. No son como puntos geométricos sino que tienen un tamaño definido aunque muy pequeño. Donde se diferencia de la concepción griega es en cuanto a su origen: no han existido por siempre sino que fueron creados por Dios. Los átomos no se mueven “a se ipsis” (por sí mismos) sino por “Dei gratia” (por gracia de Dios).
Una concepción diferente a la de Gassendi era sostenida por Rene Des Cartes. El universo cartesiano estaba compuesto de una materia primigenia cuya característica esencial es su extensión. El espacio también posee extensión y, en consecuencia, difiere de la materia sólo en la imaginación.
En esa época, tuvo gran influencia la opinión de Francis Bacon. En su Opera magna, el New Organon, Bacon condenaba la hilación de teorías a priori de los filósofos griegos y sus continuadores. La meta de Bacon en el New Organon era una novedosa unión de la teoría y la práctica, un examen de la naturaleza que condujera a ciertos axiomas seguros sobre lo que los escritores posteriores dieron en llamar “leyes naturales”. Su libro fue concebido como un motor o una máquina que podía asistir a la mente en el proceso de descubrir la verdad de la naturaleza.
Robert Boyle fue uno de los principales exponentes de la filosofía experimental en los primeros años de la Royal Society. Mediante un conjunto ordenado y sistemático de datos experimentales, buscó reivindicar una visión mecanicista de la Naturaleza a expensas de teorías rivales, en particular la cosmovisión escolástica asociada con las ideas de Aristóteles.
Boyle nació en el castillo de Lismore el 25 de enero de 1627. Boyle se crio en un ambiente aristocrático, fue educado en parte en el hogar y en parte en el Colegio Eton. Para completar su educación viajó a Francia, Italia y Suiza, donde recibió instrucción en distintas especialidades. En uno de los viajes al Continente sobrevino una tormenta impresionante que casi hace naufragar al barco, a raíz de la cual experimentó una conversión religiosa que guiaría su comportamiento personal y sus opiniones científicas.
Inicialmente, Boyle comenzó una carrera como escritor, pero, al contrario de lo que podría esperarse de sus publicaciones posteriores, sus esfuerzos no fueron inicialmente dedicados a la ciencia. Su primer proyecto (1645-6) fue su Aretología (8), un tratado un poco rebuscado sobre “elementos éticos” donde pretendía fijar los rudimentos de la moralidad como base para la búsqueda de la virtud. En 1649, instaló un laboratorio en su castillo de Stalbridge y los experimentos que comenzaron a realizar lo fascinaron de tal manera, que transformaron su carrera. En esta época, sus ideas estaban influenciadas por autores del siglo XVI y principios del siglo XVII como Paracelso, Bernardino Telesio, Francis Bacon, Tommaso Campanella y Johann Baptiste van Helmont. En los escritos de esa época, Boyle expresó una cierta solidaridad con los “chymists” y expuso sus primeras ideas sobre el atomismo en su Of the Atomical Philosophy (1652 - 54) (9). También escribió un breve ensayo referido a la Química, el que se considera el antecedente de su “Sceptical Chymist”. A fines de 1655, Boyle se trasladó a Oxford donde su actividad experimental se intensificó, y su perspectiva filosófica se fue actualizando al unirse al animado grupo de filósofos allí establecido bajo los auspicios de John Wilkins (1614 - 1672) y que se conoce como Invisible College. Este grupo se considera como los precursores de la Royal Society (11), que fue fundada en 1660. La relación con estos filósofos provocó un gran impacto en Boyle . Fue en este contexto que adhirió firmemente a la llamada “Nueva filosofía” o “filosofía experimental” y enfrentó seriamente los escritos de los grandes exponentes de la filosofía natural del Continente europeo, en particular, a Gassendi y Descartes, refinando y modernizando sus ideas al influjo de sus colegas del Invisible College. En el caso de Descartes , si bien Boyle conoció sus primeros escritos, afirmó que la persona que «le hizo comprender la filosofía de Des Cartes» era Hooke. Robert Hooke (1635 - 1703) había comenzado a trabajar como empleado de Boyle en 1659 y lo ayudó en algunos de sus experimentos cruciales. Durante los años que pasó en Oxford, antes de mudarse a Londres, Boyle desarrolló innumerables experimentos sobre diversos aspectos de la Naturaleza, los que dieron lugar a muchas publicaciones. Inspirado en las ideas que Francis Bacon había expuesto en su Novum Organum, Boyle desarrolló un método empírico que fue tomado como modelo recomendado por la Royal Society para todos sus miembros.
Contribuciones a la Química y la Ley de Boyle
Con la aparición de Robert Boyle, la alquimia entró en franca decadencia. Boyle fue uno de los pioneros del método científico en las investigaciones químicas. No asumía nada en sus experimentos y anotaba todos los datos relevantes: el lugar, el viento, la lectura barométrica, la posición de la luna y el sol…, sentando algunas bases de la Química Moderna.
Gran parte de sus investigaciones se centraron en el estudio de los gases, lo que le condujo a enunciar la Ley de proporcionalidad de los gases según la cual existe una relación inversa entre la presión y el volumen de un gas a temperatura constante. Esta ley la enunció al mismo tiempo, aunque de manera independiente, Edme Mariotte (de hecho, es posible encontrar la denominación ‘Ley de Boyle-Mariotte’). Este fue el primer experimento en el que se aplican mediciones exactas para determinar los cambios de una sustancia.
Los experimentos de Boyle marcan el final de los términos alquimia y alquimista. En su libro El químico escéptico, publicado en 1661, se suprimió la primera sílaba y, desde entonces, la ciencia fue la Química y los que trabajaban en ella eran los químicos.
Con el experimento de Boyle se observa que a medida que se va introduciendo mercurio en la rama larga, el aire encerrado se comprime. “Cuando el brazo izquierdo del tubo es taponado y se va introduciendo más mercurio por el brazo largo, el aire atrapado se comprime.”
Con el descubrimiento de que los gases se podían comprimir, resurgió la teoría atomista ya que la presencia de partículas muy pequeñas separadas por el espacio vacío explicaba muy bien los hechos observados en el laboratorio. Robert Boyle es considerado padre de la química moderna y su libro, El químico escéptico, marca el comienzo del abandono de la alquimia, saber que se considera predecesor de la química actual.
Otros Descubrimientos y Experimentos
Boyle era un hombre de inmensa curiosidad, lo cual le llevó a estudiar gran cantidad de fenómenos. Examinó los cristales y sus estructuras, investigó el color e ideó el primer indicador ácido-base basado en un concentrado de violetas. Preparó hidrógeno (sin darse cuenta) al meter clavos de hierro en ácido sulfúrico. Escribió el primer libro en inglés sobre la electricidad. Estudió los diferentes estados de la materia y descubrió que casi todos los líquidos se contraían al congelarse, mientras que el agua se dilataba. Demostró que aparecía un gas (luego se vio que era dióxido de carbono) si vertía vinagre sobre coral en polvo (que contiene mayoritariamente carbonato cálcico).
En su libro Nuevos experimentos, Boyle explicaba con todo lujo de detalles más de cuarenta experimentos que había realizado utilizando una bomba de vacío que le había fabricado su ayudante Robert Hooke. Boyle consiguió este efecto introduciendo aire en el final de un tubo de vidrio cerrado en forma de J, de algo más de 5m de longitud. Vertió en él mercurio a fin de cerrar el fondo curvo. Observó que si añadía más mercurio por el extremo abierto, el peso de ese mercurio adicional comprimía más y más el aire atrapado en el extremo cerrado, con lo que su volumen decrecía. Así pues, Boyle halló que el volumen de un gas variaba en proporción inversa a la presión a que se le sometía. O sea que si se doblaba el peso del mercurio sobre el aire, este reducía su volumen a la mitad del original; si se triplicaba aquel peso, este volumen disminuía a un tercio, y así sucesivamente. La conclusión más importante de este experimento era que el aire tenía naturaleza atómica, y que sus átomos estaban muy separados entre sí. Con la presión, los átomos eran forzados a aproximarse, con lo que el volumen disminuía.
En el caso de los líquidos y los sólidos se observaba que no podían comprimirse con la misma facilidad que los gases, lo cual no significaba necesariamente que no estuvieran compuestos de átomos.
La Royal Society y el Método Científico
En 1655 su traslado a Oxford le permitió entrar en contacto con otros de los denominados filósofos naturales, con los que fundó el que se conoce como Colegio Invisible que, en 1660 terminaría siendo la famosísima Royal Society, una de las primeras academias científicas de la era moderna y, probablemente, la más longeva.
Boyle fue uno de los miembros fundadores de la Royal Society de Londres , y uno de sus miembros más activos.
Fue precisamente en sus experimentos en donde adoptó un enfoque diametralmente opuesto al de los alquimistas, publicando abiertamente todos los detalles de su trabajo .
Inspirado en las ideas que Francis Bacon había expuesto en su Novum Organum, Boyle desarrolló un método empírico que fue tomado como modelo recomendado por la Royal Society para todos sus miembros.
Fe Cristiana y Ciencia
Boyle era un cristiano devoto. Ya en su obra Consideraciones tocantes a la utilidad de la Filosofía Natural Experimental (1663-1771) remarcaba el valor que tiene ser religioso para estudiar el mundo natural. Este valor ha dado en llamarse en la actualidad “matriz cultural cristiana”, y en el fondo resalta el interés de creer en el significado de la materia y la naturaleza, y en que detrás de la aparición de la misma está Dios, por lo que merece la pena estudiarla, porque tiene sentido, algo que ha ocurrido en países de religión cristiana y ha originado lo que conocemos como Occidente, y no hay ocurrido tanto por ejemplo en algunas sociedades asiáticas, lo que explicaría el retraso de su desarrollo.
Boyle fue director de la Compañía de las Indias Orientales, y gastó grandes sumas en la promoción de la propagación del cristianismo, contribuyendo en sociedades misioneras y en los gastos de traducción de la Biblia a diferentes idiomas. Además fundó las denominadas “Conferencias Boyle” para defender el cristianismo de aquellos a los que él consideraba o infieles o ateos. Otras obras donde expresa más explícitamente su piedad son Motivos e incentivos del Amor de Dios, conocida también por “Amor seráfico” (1659), su no menos aclaratoria Excelencia de la Teología en comparación con la Filosofía Natural (1674), su Disquisiciones sobre las causas finales de las Cosas Naturales (1688) o El virtuoso cristiano (1690). Se esforzó por convencer a sus contemporáneos de la conciliabilidad entre ciencia y religión.
Todo ello deja bien claro que la revolución científica la llevaron a cabo también hombres de fé, y no como suele creerse solo aquellos que apostataron de ella.
Tanto es así que en Audiencia General el 24 de marzo de 2010 Benedicto XVI hablando de san Alberto Magno, precisamente proclamado por Pío XII patrono de los químicos y, en general, de los cultivadores de las ciencias naturales, subrayaba también en este santo la doble condición de Robert Boyle, la de científico y la de creyente. Decía el Pontífice en su alocución que «San Alberto muestra que no hay oposición entre fe y ciencia, a pesar de algunos episodios de incomprensión que se han registrado en la historia. Un hombre de fe y oración, como san Alberto Magno, serenamente puede fomentar el estudio de las ciencias naturales… San Alberto Magno nos recuerda que hay amistad entre ciencia y fe y que a través de su vocación al estudio de la naturaleza, los científicos pueden tomar un camino auténtico y fascinante de la santidad».
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