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DESCUBRIMIENTOS CIENTÍFICOS MÁS IMPORTANTES
Ley de Boyle-Mariotte. Historia y esencia del descubrimiento científico.
Directorio / Los descubrimientos científicos más importantes. Investigación del gran científico inglés Boyle sentó las bases para el nacimiento de una nueva ciencia química. Señaló a la química como una ciencia independiente y mostró que tiene sus propios problemas, sus propias tareas, que deben resolverse con sus propios métodos, diferentes a los de la medicina. Al sistematizar numerosas reacciones de color y reacciones de precipitación, Boyle sentó las bases de la química analítica. También se convirtió en el autor de una de las primeras leyes de la emergente ciencia física y química. Robert Boyle (1627-1691) fue el decimotercero de catorce hijos de Richard Boyle, el primer duque de Cork, un feroz y exitoso acaudalado que vivió en la época de la reina Isabel y multiplicó sus tierras mediante la incautación de tierras extranjeras. Nació en Lismore Castle, una de las propiedades irlandesas de su padre. Allí pasó Robert su infancia. Recibió una excelente educación en el hogar ya la edad de ocho años se convirtió en estudiante de la Universidad de Eton. Allí estudió durante cuatro años, después de lo cual se fue a la nueva propiedad de su padre, Stolbridge. Como era costumbre en ese momento, a la edad de doce años, Robert y su hermano fueron enviados de viaje a Europa. Decidió continuar su educación en Suiza e Italia y permaneció allí durante seis largos años. Boyle regresó a Inglaterra recién en 1644, tras la muerte de su padre, quien le dejó una fortuna considerable. En Stallbridge instaló un laboratorio, donde a fines de 1645 comenzó a investigar en física, química y química agrícola. A Boyle le gustaba trabajar en varios temas simultáneamente. Solía explicar detalladamente a los asistentes lo que tenían que hacer en el día, y luego se retiraba a la oficina, donde lo esperaba la secretaria. Allí dictó sus tratados filosóficos. Un científico enciclopédico, Boyle, que se ocupó de los problemas de la biología, la medicina, la física y la química, mostró un interés no menor por la filosofía, la teología y la lingüística. Boyle atribuyó una importancia primordial a la investigación de laboratorio. Los más interesantes y variados fueron sus experimentos en química. Creía que la química, derivada de la alquimia y la medicina, bien podría convertirse en una ciencia independiente. En un principio, Boyle se dedicaba a obtener infusiones de flores, hierbas medicinales, líquenes, cortezas de árboles y raíces de plantas. La más interesante fue la infusión morada obtenida del liquen de tornasol. Los ácidos cambiaron su color a rojo y los álcalis a azul. Boyle ordenó que el papel se remojara con esta infusión y luego se secara. Un trozo de ese papel, sumergido en la solución de prueba, cambiaba de color y mostraba si la solución era ácida o alcalina. Fue una de las primeras sustancias que Boyle ya llamó indicadores. Un científico observador no podía pasar por alto otra propiedad de las soluciones: cuando se añadía un poco de ácido clorhídrico a una solución de plata en ácido nítrico, se formaba un precipitado blanco, que Boyle llamó "luna de córnea" (cloruro de plata). Si este precipitado se dejaba en un recipiente abierto, se volvía negro. Esta fue una reacción analítica que mostró de manera confiable que la sustancia en estudio contiene la "luna" (plata). El joven científico siguió dudando de la capacidad analítica universal del fuego y buscó otros medios de análisis. Sus muchos años de investigación demostraron que cuando las sustancias se ven afectadas por ciertos reactivos, pueden descomponerse en compuestos más simples. Usando reacciones específicas, fue posible determinar estos compuestos. Algunas sustancias formaban precipitados coloreados, otras emitían un gas con un olor característico, otras daban soluciones coloreadas, etc. Boyle llamó análisis a los procesos de descomposición de sustancias ya la identificación de los productos resultantes mediante reacciones características. Fue una nueva forma de trabajar que dio impulso al desarrollo de la química analítica. En 1654, el científico se mudó a Oxford, donde continuó sus experimentos con un asistente, Wilhelm Gomberg. La investigación se redujo a un objetivo: sistematizar las sustancias y dividirlas en grupos según sus propiedades. Después de Gomberg, el joven físico Robert Hooke se convirtió en su asistente. Dedicaron su investigación principalmente a los gases y al desarrollo de la teoría corpuscular. Habiendo aprendido de publicaciones científicas sobre el trabajo del físico alemán Otto Guericke, Boyle decidió repetir sus experimentos y para este propósito inventó el diseño original de una bomba de aire. El primer ejemplo de esta máquina se construyó con la ayuda de Hooke. Los investigadores pudieron eliminar casi por completo el aire con una bomba. Sin embargo, todos los intentos de probar la presencia de éter en un recipiente vacío resultaron inútiles. “No hay éter”, concluyó Boyle. Decidió llamar vacío al espacio vacío, que significa "vacío" en latín. En 1660, en su finca, Boyle completó su primer trabajo científico importante: "Nuevos experimentos físico-mecánicos sobre el peso del aire y sus manifestaciones". El siguiente libro fue El químico escéptico. En estos libros, Boyle no dejó piedra sin remover de la doctrina de Aristóteles de los cuatro elementos, que existió durante casi dos mil años, el "éter" de Descartes y los tres principios alquímicos. Naturalmente, esta obra provocó fuertes ataques por parte de los seguidores de Aristóteles y los cartujos. Sin embargo, Boyle se basó en su experiencia y, por lo tanto, su evidencia fue innegable. La mayoría de los científicos, seguidores de la teoría corpuscular, aceptaron con entusiasmo las ideas de Boyle. Muchos de sus oponentes ideológicos también se vieron obligados a reconocer los descubrimientos del científico. El joven físico Richard Townley se convierte en su nuevo ayudante en el laboratorio de Oxford. Junto a él, Boyle descubrió una de las leyes fundamentales de la física, estableciendo que el cambio de volumen de un gas es inversamente proporcional al cambio de presión. Esto significó que, conociendo el cambio en el volumen del recipiente, fue posible calcular con precisión el cambio en la presión del gas. Este descubrimiento fue el mayor descubrimiento del siglo XVII. Boyle lo describió por primera vez en 1662 ("En defensa de la doctrina de la elasticidad y el peso del aire") y modestamente lo llamó hipótesis. El concepto de elasticidad del aire, que corresponde al concepto actual de presión, fue decisivo en los planes y en la realización de los experimentos de Boyle. "La elasticidad del aire", escribe Gliozzi, "ha sido demostrada Pascal en un experimento repetido por la Academia de Experimentos y Guericke. Una burbuja de aire se infla cuando se coloca en una cámara barométrica o en un tanque al vacío. El experimento de Guericke con dos vasos comunicantes también testificó sobre la elasticidad del aire. "Nos damos cuenta de paso que la teoría de la elasticidad nació de los experimentos descritos con el aire. Este término, introducido por Pekke en 1651, fue ampliamente utilizado por Boyle, quien También realizó los primeros estudios de la elasticidad de los sólidos. Francesco Lino (1595-1675) se alzó en armas contra tal entendimiento, quien defendió esencialmente las ideas expuestas por Fabry, así como Mersenne, quien trató de atribuir el efecto Torricelli y la succión de agua por una bomba a la adhesión de " enganchado" partículas de agua y aire chocando entre sí. En su trabajo "Sobre un experimento con mercurio en tubos de vidrio...", publicado en 1660, Lino señala que si se sumerge un tubo abierto por ambos extremos en mercurio, y luego se cubre el extremo superior con el dedo y se tira parcialmente del tubo. fuera del mercurio, entonces se siente que la yema del dedo se introduce en el tubo. Esta atracción, argumenta además Lino, no da testimonio de la presión atmosférica externa, sino de una fuerza interna debida a hilos invisibles ("funículos") de sustancia material, unidos por un extremo a un dedo y por el otro a una columna de mercurio. Ahora tales ideas solo provocan una sonrisa, pero luego necesitaban una seria consideración, lo que Boyle hizo en su obra "Defensa contra Lino", donde pretende demostrar que la elasticidad del aire es capaz de algo más que simplemente sostener la "columna torriceliana". Boyle describe su investigación con gran detalle: “Tomamos un largo tubo de vidrio, el cual, con mano hábil, con la ayuda de una lámpara, se dobló de tal manera que la parte doblada hacia arriba quedó casi paralela al resto. en este codo más corto ... fue sellado herméticamente. El codo corto dividido en toda su longitud en pulgadas (cada una de las cuales también se divide en ocho partes) por medio de una tira de papel con divisiones impresas en él, que fue cuidadosamente pegado a el tubo. La misma tira de papel estaba pegada a la rodilla larga. Luego "se vertió mercurio en el tubo en tal cantidad que llenó la parte semicircular o curva del sifón" y quedó al mismo nivel en ambas rodillas. “Cuando se hizo esto, comenzamos a agregar mercurio a la pata larga... hasta que el aire en la pata corta se redujo por compresión de modo que ocupó solo la mitad del volumen original... Mantuvimos nuestros ojos en la pata más larga de la tubería... y notamos que el mercurio en este codo más largo era 29 pulgadas más alto que en el otro". Resumiendo estos experimentos, Boyle señaló: "Cuando el aire se comprimió tanto que se condensó en un volumen que era una cuarta parte del original, probamos qué tan frío el aire de la tela de lino humedecida con agua espesaría el aire. Y a veces parecía que el aire estaba algo comprimido pero no tanto como para sacar alguna conclusión de él. Entonces también probamos si el calor tendría... acción que el frío anterior". Curiosamente, no fue Boyle quien sacó las conclusiones de los estudios, sino Townley. Boyle señala que Richard Townley, al leer la primera edición de su obra "Nuevos experimentos físico-mecánicos sobre la elasticidad del aire", planteó la hipótesis de que "las presiones y las extensiones son inversamente proporcionales entre sí". Ya.G. Dorfman escribe: "Quince años después de la publicación de estos estudios por Boyle, es decir, en 1679, apareció en Francia el "Discurso sobre la naturaleza del aire" del abad Edme Mariotte, en el que, junto con otras preguntas, experimentos similares a los experimentos de Boyle sobre el estudio de la Se describieron las relaciones entre la presión del aire y el volumen ocupado. Mariotte no menciona a su predecesor en una sola palabra, como si desconociera por completo el trabajo de Boyle sobre neumática. Mientras tanto, los trabajos de Boyle eran ampliamente conocidos: se publicaron en latín e inglés. Sin embargo, Mariotte no se olvidó por primera vez de mencionar a su antecesor, pues del mismo modo, en 1673, en un trabajo sobre colisiones, no dijo una palabra sobre el trabajo. huygens, tomando prestada de este último no sólo la metodología del experimento, sino también los fundamentos de la teoría. El trabajo de Mariotte es significativamente inferior al de Boyle en cuanto a la minuciosidad del experimento. Boyle, como hemos visto, mide las alturas de la columna de mercurio en dieciseisavos de pulgada, compara los valores reales observados con los cálculos y señala el inevitable error en las medidas. Mariotte mide las alturas de la columna de mercurio en pulgadas enteras y se limita a informar que los datos experimentales concuerdan estrictamente con los calculados. Cauteloso y crítico, Boyle llama a la ley que descubrió sólo una "hipótesis" que requiere confirmación experimental. Mariotte lo proclama una ley o regla de la naturaleza. Entonces, para ser justos, la "ley de Boyle-Mariotte" debería llamarse "ley de Boyle-Townley" o "Boyle-Townley-Hooke". Desafortunadamente, a veces en los cursos de física se afirma erróneamente que Mariotte "refinó" la investigación de Boyle, lo cual es completamente falso. Sin embargo, fue Mariotte (1620-1684) quien predijo las diversas aplicaciones de la ley. De estos, el más importante fue el cálculo de la altura de un lugar a partir de los datos del barómetro. El cálculo, realizado operando con cantidades infinitesimales, fracasó debido a la escasa formación matemática del científico. Más tarde, en 1686, el astrónomo inglés Edmond Halley (1656-1742) abordó el problema de determinar la altitud a partir de la presión atmosférica. La mayoría de los lectores lo conocen por el cometa que descubrió, que lleva su nombre. Entonces, Halley encontró una fórmula que es esencialmente correcta, si no se tienen en cuenta los cambios de temperatura. La esencia de la fórmula de Halley se reduce a la afirmación de que a medida que aumenta la altitud en una progresión aritmética, la presión atmosférica disminuye exponencialmente. Autor: Samin D.K.
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