Joseph Priestley, un sacerdote protestante apasionado por la química, logró grandes éxitos en el aislamiento de gases y el estudio de sus propiedades. Cerca de Leeds (Inglaterra), donde sirvió, había una cervecería, desde donde se podía recibir grandes cantidades"aire ligado" (ahora sabemos que era dióxido de carbono) para realizar experimentos. Priestley descubrió que los gases se podían disolver en agua y trató de recolectarlos no sobre agua, sino sobre mercurio. Así pudo recolectar y estudiar óxido nítrico, amoníaco, cloruro de hidrógeno y dióxido de azufre (por supuesto, estos son sus nombres modernos). En 1774, Priestley hizo su descubrimiento más importante: aisló un gas en el que las sustancias ardían con especial intensidad. Como defensor de la teoría del flogisto, llamó a este gas "aire desflogistizado". El gas descubierto por Priestley parecía ser la antípoda del “aire flogistizado” (nitrógeno), aislado en 1772 por el químico inglés Daniel Rutherford (1749-1819). En el “aire flogistizado” los ratones morían, pero en el aire “desflogistizado” eran muy activos. (Cabe señalar que las propiedades del gas aislado por Priestley fueron descritas por el químico sueco Karl Wilhelm Scheele allá por 1771, pero su mensaje, debido a la negligencia del editor, apareció impreso recién en 1777). El químico Antoine Laurent Lavoisier apreció inmediatamente la importancia del descubrimiento de Priestley. En 1775 preparó un artículo en el que sostenía que el aire no es una sustancia simple, sino una mezcla de dos gases, uno de ellos es el “aire desflogistizado” de Priestley, que al combinarse con objetos ardiendo u oxidados, pasa de los minerales al carbón y es necesario para la vida. Lavoisier lo llamó oxígeno, oxígeno, es decir. "generador de ácido" El segundo golpe a la teoría de los elementos elementales se asestó después de que quedó claro que el agua tampoco es una sustancia simple, sino el producto de una combinación de dos gases: oxígeno e hidrógeno. Todos estos descubrimientos y teorías, habiendo eliminado los misteriosos "elementos", llevaron a la racionalización de la química. Sólo han pasado a primer plano aquellas sustancias que se pueden pesar o cuya cantidad se puede medir de algún otro modo. Durante los años 80 del siglo XVIII. Lavoisier, en colaboración con otros químicos franceses, Antoine François de Fourcroy (1755-1809), Guiton de Morveau (1737-1816) y Claude Louis Berthollet, desarrolló un sistema lógico de nomenclatura química; Describió más de 30 sustancias simples indicando sus propiedades. Esta obra, Método de nomenclatura química, se publicó en 1787.
Una revolución en las visiones teóricas de los químicos que se produjo a finales del siglo XVIII. como resultado de la rápida acumulación de material experimental bajo el predominio de la teoría del flogisto (aunque independientemente de ella), se suele denominar "revolución química".
Información de química
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Ciencias naturales experimentales del siglo XVII.
En los siglos XV y XVI, Europa comenzó un período de rápido crecimiento en el comercio y producción de materiales. En el siglo XVI, la tecnología en Europa había alcanzado un nivel significativamente superior al del apogeo del mundo antiguo. Al mismo tiempo, los cambios en las técnicas se adelantaron a su comprensión teórica. Los inventos técnicos del siglo XVI y los brillantes éxitos de la navegación (que, por cierto, resolvieron la crisis financiera de siglos asociada con la escasez de metales preciosos) plantearon simultáneamente nuevos problemas para la ciencia que la ciencia previamente existente no podía resolver. Una mayor mejora de la tecnología se basó en la principal contradicción de la época: la contradicción entre el nivel relativamente alto de conocimiento tecnológico alcanzado en ese momento y el fuerte retraso en las ciencias naturales teóricas.
El desarrollo de la filosofía y las ciencias naturales durante el Renacimiento provocó una profunda crisis en la imagen aristotélica del mundo y planteó la tarea de desarrollar un concepto físico que reflejara las propiedades reales de la realidad, y las necesidades del progreso técnico llevaron a la creación de la Fundamentos de un experimento científico. El rápido desarrollo de nuevos sistemas filosóficos en Europa también se vio facilitado por la Reforma, que comenzó en el siglo XVI.
La combinación de factores socioeconómicos y técnicos provocó un cambio en la conciencia pública y aumentó la necesidad de desarrollar una nueva filosofía que negara el papel de la autoridad (tanto las doctrinas religiosas como las enseñanzas antiguas) y afirmara la prioridad de la evidencia científica. A principios del siglo XVII aparecieron importantes obras filosóficas que tuvieron un impacto significativo en el desarrollo de las ciencias naturales. El filósofo inglés Francis Bacon propuso la tesis de que el argumento decisivo en una discusión científica debería ser el experimento. En lugar del método deductivo adoptado desde la antigüedad, Bacon propuso una nueva lógica de la ciencia: la inducción basada en la inferencia de lo particular a lo general (los nombres de las obras de Bacon son muy simbólicos: "Nuevo Organon" (1620) y "Nueva Atlántida" , directamente opuesto a “Organon” y “La Atlántida de Aristóteles).
El siglo XVII en filosofía también estuvo marcado por el resurgimiento de las ideas atomistas. El matemático (fundador de la geometría analítica) y filósofo René Descartes, también conocido como Cartesius, sostenía que todos los cuerpos están compuestos por corpúsculos de diversas formas y tamaños; la forma de los corpúsculos está relacionada con las propiedades de la sustancia. Al mismo tiempo, Descartes creía que los corpúsculos son divisibles y están formados por una sola materia. Descartes negó las ideas de Demócrito sobre los átomos indivisibles que se movían en el vacío, sin atreverse a admitir la existencia del vacío. Las ideas corpusculares, muy cercanas a las antiguas ideas de Epicuro, también fueron expresadas por el filósofo francés Pierre Gassendi. Gassendi llamó moléculas a los grupos de átomos que forman compuestos (del lat. lunares- un manojo). Los conceptos corpusculares de Gassendi han obtenido un reconocimiento bastante amplio entre los científicos naturales.
En el siglo XVII, las nuevas ciencias naturales experimentales se convirtieron en una herramienta para resolver la contradicción entre un alto nivel de tecnología y un nivel extremadamente bajo de conocimiento sobre la naturaleza.
En el siglo XVII se lograron enormes avances en los campos de la física, la mecánica, las matemáticas y la astronomía. Galileo Galilei no sólo fundó la mecánica clásica, sino que también introdujo una nueva forma de pensar en la física que aprovechaba plenamente el método experimental. En 1609, el astrónomo alemán Johannes Kepler puso en conformidad con los datos astronómicos el sistema heliocéntrico propuesto en 1543 por Nicolás Copérnico y que en su forma original contenía muchas imprecisiones. Evangelista Torricelli, Blaise Pascal y Otto von Guericke lo dirigieron a mediados del siglo XVII. sus famosos experimentos sobre el estudio del vacío y la presión atmosférica. Guericke también inició investigaciones en el campo de la electrostática; Christiaan Huygens creó la teoría ondulatoria de la luz y desarrolló las leyes básicas de la óptica. Isaac Newton descubrió las leyes de la mecánica clásica y la ley de la gravitación universal. Su principal obra "Principios matemáticos de la filosofía natural" (1687) resumió no sólo la propia investigación del autor, sino también la experiencia de sus predecesores, que dieron como resultado la creación de una imagen mecánica unificada del mundo, que dominó hasta principios del siglo XIX y siglos XX. Todos estos y muchos otros brillantes descubrimientos marcaron el primer revolución científica, cuyo resultado fue la formación de una nueva ciencia natural, basada enteramente en datos experimentales. El principio de medición cuantitativa en la investigación experimental se convierte en la base de las ciencias naturales. Esto se refleja en la invención de diversos instrumentos de medición: cronómetros, termómetros, hidrómetros, barómetros, básculas, etc.
Las nuevas ciencias naturales también dieron lugar a nuevas formas organizativas: se crearon sociedades científicas y academias de ciencias. Ya en 1560, el naturalista italiano Giovanni Battista della Porta comenzó a celebrar reuniones periódicas en su casa, llamada Academia de Misterios Naturales. En el siglo 17 Aparecieron academias oficialmente establecidas con sus correspondientes órganos y estatutos: la Academia de Naturalistas (Leopoldina) en Alemania (1652), la Academia de la Experiencia en Florencia (1657), la Royal Society (1662) en Londres, la Academia de Ciencias Exactas de París (1663) ).
Una de las consecuencias de la revolución científica que tuvo lugar en la segunda mitad del siglo XVII fue la creación de una nueva química científica. Robert Boyle es tradicionalmente considerado el creador de la química científica.
Robert Boyle y el surgimiento de la química científica
trabajar. Ahora colaboró con el famoso físico y matemático Pierre Simon Laplace. Consiguieron construir un aparato especial con el que era posible medir el calor liberado como resultado de la combustión de sustancias. Era el llamado calorímetro de hielo. Los investigadores también realizaron un estudio detallado del calor que emiten los organismos vivos. Al medir la cantidad de dióxido de carbono exhalado y el calor generado por el cuerpo, demostraron que los alimentos se “queman” en el cuerpo de una manera especial. El calor generado por esta combustión sirve para mantener temperatura normal cuerpos.
El calorímetro de hielo de Lavoisier-Laplace permitió en el siglo XVIII medir la capacidad calorífica de muchos sólidos y líquidos, así como el calor de combustión de diversos combustibles y el calor liberado por los organismos vivos. Por ejemplo, el calor emitido por un animal (u otro objeto) en la cámara interior se gastó en derretir el hielo en la “cubierta de hielo” interior. El externo servía para mantener constante la temperatura de la parte interna. El calor liberado se midió pesando el agua derretida que fluía hacia el recipiente.
Artículo principal historia general química [Desde la antigüedad hasta principios del siglo XIX] Figurovsky Nikolai Alexandrovich
"REVOLUCIÓN QUÍMICA"
"REVOLUCIÓN QUÍMICA"
Al publicar su "Curso elemental de química", Lavoisier creía que con ello había completado por completo la "revolución química". Tenía motivos bien conocidos para tal confianza, sobre todo porque él solo, sin aliados, llevaba varios años polémicas con representantes autorizados de la química flogística, resistiendo sus ataques. Es cierto que ya en los años ochenta, algunos científicos franceses destacados, que trabajaban principalmente con Lavoisier, simpatizaban con la teoría del oxígeno y las nuevas ideas en química. Lavoisier escribió: “Los químicos... verán fácilmente que... Usé casi sólo mis propios experimentos. Si en algunos lugares puede suceder que cito, sin indicar la fuente, las experiencias o puntos de vista de Berthollet, Fourcroix, Laplace, Monge y en general de aquellos que aceptaron los mismos principios que yo, entonces esto es una consecuencia de nuestra comunicación, la intercambio mutuo de pensamientos, observaciones, puntos de vista, gracias al cual establecimos una cierta comunidad de puntos de vista, en la que a menudo nos resultaba difícil descubrir quién pertenecía realmente a quién” (63).
Sin embargo, el reconocimiento oficial de las enseñanzas de la teoría del oxígeno mencionadas en este pasaje se produjo sólo en 1785-1786, a saber: el 6 de agosto de 1785, Berthollet fue el primero en declarar su reconocimiento de los principios. nueva quimica. Un año más tarde, en junio de 1786, Fourcroy siguió su ejemplo y, en 1787, Guiton de Morveau, que llegó a París procedente de Dijon. Así, Lavoisier, hablando de la afinidad de algunos químicos con él, aparentemente se refería a un trabajo conjunto con ellos para crear una nueva nomenclatura química.
En alianza con estos destacados químicos, así como con algunos físicos y matemáticos, Lavoisier continuó luchando contra la teoría del flogisto de manera mucho más eficaz. En 1787, se publicó en Inglaterra un libro del destacado químico flogisto Richard Kirwan (1733-1812), “Un ensayo sobre el flogisto y la constitución de los ácidos” (64). En este trabajo, Kirwan se opuso a las principales disposiciones de la teoría del oxígeno y defendió puntos de vista flogísticos, basados en el reconocimiento del hidrógeno como flogisto. Lavoisier y sus aliados repelieron estos ataques con gran ingenio. El libro de Kirwan fue traducido (por Marie Lavoisier) al Francés(66) y publicado, y al final se adjuntaron refutaciones de las doctrinas flogísticas escritas por Lavoisier, Berthollet, de Morveau, Fourcroix y Monge.
Kirwan, sin embargo, no se rindió inmediatamente. Sólo en 1796 depuso las armas.
El bastión de los flogistos en Francia seguía siendo el Journal de Physique, publicado por La Mettrie (1743-1817), naturalista y físico francés. Para contrarrestar la influencia de esta revista, Lavoisier, junto con personas de ideas afines, fundó la revista "Annals of Chemistry" ("Annales de Chimie"), que comenzó a publicarse en abril de 1789.
En la lucha por una nueva química, Lavoisier y sus partidarios intentaron no perderse ningún detalle esencial que pudiera, al menos hasta cierto punto, convertirse en un punto de apoyo para los partidarios de la teoría del flogisto. El libro "Método de nomenclatura química", ya mencionado anteriormente, iba acompañado de una memoria de Hassenfratz y Ade, dedicada a los símbolos químicos y las designaciones de sustancias. Los nuevos símbolos tenían sólo un parecido muy lejano con los antiguos, heredados del período alquímico, pero se diferenciaban favorablemente de ellos, ya que representaban un sistema de notaciones. Por tanto, nos detendremos en ellos en unas pocas palabras.
Gassefratz y Ade, al desarrollar un sistema de designaciones simbólicas de sustancias, partieron de dos principios. Propusieron introducir símbolos en forma simple como comunes a cada clase de sustancias. formas geométricas. En segundo lugar, utilizaron designaciones de letras colocadas dentro de figuras geométricas como símbolos de representantes individuales de una clase particular de compuestos, así como líneas rectas dibujadas en varias direcciones para designar los "elementos verdaderos" (gases ligeros, calóricos y elementales). oxígeno, nitrógeno e hidrógeno.
Para designar metales, Hassenfratz y Ade adoptaron como símbolo de clase un círculo, dentro del cual estaba colocada la primera letra (a veces dos letras, con la segunda minúscula - "consonante") del nombre francés del metal...
…. Las sustancias inflamables estaban indicadas mediante un semicírculo en diferentes posiciones. Los radicales ácidos tenían signo general- cuadrado…. Los radicales de base (óxidos alcalinos) se designaron mediante triángulos representados con ángulos hacia arriba, los radicales terrestres, con triángulos representados con ángulos hacia abajo. Los compuestos químicos, como las sales, estaban representados por signos, radicales ácidos y radicales básicos colocados juntos…. Berzelius utilizó más tarde los principios de notación de Hassenfratz y Ade para desarrollar un sistema de simbolismo químico, que se ha conservado en gran medida en la química moderna.
Con un enfoque tan sistemático y una argumentación tan completa de las principales disposiciones de la nueva química por parte de Lavoisier y sus colaboradores y partidarios más cercanos, las nuevas ideas, naturalmente, se difundieron rápidamente en Europa. Pronto se pasaron al lado de Lavoisier: en Inglaterra, J. Black, en Alemania, la patria de la teoría del flogisto, M. G. Klaproth. Este último demostró públicamente los experimentos más importantes de Lavoisier en una reunión de la Academia de Ciencias de Berlín en 1792, como resultado de lo cual tanto el propio Klaproth como toda la academia reconocieron la validez de la teoría de Lavoisier.
Solo Priestley no quiso reconocer la nueva enseñanza y siguió siendo un celoso flogisto hasta el final de su vida. Según Cuvier, “él, sin desanimarse ni retroceder, vio cómo los luchadores más hábiles de la vieja teoría se pasaban al lado de sus enemigos. Y cuando Kirwan, después de todos los demás, traicionó al flogisto, Priestley se quedó solo en el campo de batalla y lanzó un nuevo desafío a sus oponentes en una memoria dirigida a ellos y a los primeros químicos franceses” (66).
Así, la teoría del oxígeno de Lavoisier y la nueva química desarrollada a partir de ella obtuvieron una victoria completa. Sin embargo, esta victoria no significó que la “revolución química” realmente terminara con la publicación del “Curso elemental de química” de Lavoisier. Por supuesto, si miramos esta cuestión sólo formalmente y consideramos como revolución sólo el hecho mismo de reemplazar una teoría dominante en la ciencia por otra, entonces tal revolución en la química ocurrió en los años ochenta del siglo XVIII. Sin embargo, como señala correctamente B. N. Menshutkin, “desde una perspectiva histórica, la revolución química no parece tan completa y completa como la describió A. Lavoisier” (67).
De hecho, la esencia de la revolución química consistió no sólo en reemplazar el flogisto por su antípoda, el oxígeno, sino en explicar varios procesos. El significado de la revolución que tuvo lugar en la química a finales del siglo XVIII fue, en primer lugar, la negación de las enseñanzas reaccionarias heredadas de los alquimistas y atroquímicos, y la sustitución de estas enseñanzas por otras racionales, basadas en hechos experimentales y dadas explicaciones de los fenómenos químicos.
En la época de Lavoisier, la doctrina de los cuatro elementos de Aristóteles y los tres principios de los alquimistas todavía se conservaba en la química, tanto de forma abierta como velada. Hemos visto que muchos de los predecesores y contemporáneos de Lavoisier, en sus enseñanzas sobre los "principios" que constituyen sustancias complejas, simplemente combinaron elementos de Aristóteles con los de los alquimistas. De esta forma, intentaron eliminar las contradicciones entre las antiguas enseñanzas sobre los principios de los cuerpos y los nuevos datos obtenidos por los químicos analíticos como resultado del estudio de la composición de sales y minerales. Lo que se exigía de Lavoisier era un paso decisivo hacia un rechazo total de tales ideas tradicionales, hacia la sustitución de las cualidades de los elementos por elementos reales de los cuerpos.
Lavoisier dio este paso con mucha vacilación; mejor dicho, sólo dio medio paso, reservándose la posibilidad de retroceder a sus antiguas posiciones. Así, habiendo rechazado el flogisto, no se atrevió a abandonar los fluidos ingrávidos en general, dejando la luz y el calor (el “fuego velado” de Aristóteles) como las principales sustancias elementales “verdaderas”. Además, refutando la doctrina flogista sobre la complejidad de la composición de los metales y sustancias formadoras de ácidos, como el azufre, el fósforo y otros, no se atrevió a clasificarlos como elementos "verdaderos" y los consideró sólo "cuerpos simples". Ya hemos visto cómo entendía estos “cuerpos simples”. "Sin duda llegará el día", escribió, "en que estas sustancias, que son simples para nosotros, se descompondrán".
Las razones de la inconsistencia de Lavoisier deben buscarse sin duda en su ignorancia de la teoría atómico-molecular y de las consecuencias que de ella se derivan. Lavoisier utilizó frecuentemente el término “molécula” en sus escritos para designar las partículas primarias que forman los cuerpos. Además, sin duda conocía las enseñanzas atómico-moleculares. Sin embargo, no era un atomista. Por eso no se dio cuenta ni intentó explicar las correctas relaciones de peso y volumen entre las sustancias que componen los cuerpos complejos, establecidas tanto por él como por sus contemporáneos. Es interesante observar que muchos años después de la muerte de Lavoisier, su antiguo compañero de armas y afín C. L. Berthollet, en su polémica con Proust sobre la constancia de la composición de compuestos complejos, incluso intentó defender la idea de la divisibilidad infinita de la materia, en el espíritu de las ideas originales de R. Descartes.
La ignorancia de Lavoisier sobre la doctrina de la estructura atómico-molecular de las sustancias también lo llevó a una exageración extrema del papel del oxígeno en los procesos químicos. Lavoisier concedía al oxígeno exactamente la misma importancia en los procesos químicos que los seguidores de la teoría del flogisto concedían al flogisto. La exageración del papel del oxígeno en la química de Lavoisier no puede dejar de considerarse como una consecuencia de su atracción por los métodos tradicionales utilizados por la flogística para explicar hechos y fenómenos.
Por supuesto, no se puede culpar a Lavoisier por no hacer algo o por no hacer algo. Tiene el gran e indudable mérito de derrocar la teoría del flogisto y sustituirla por la teoría del oxígeno. Es en este sentido que podemos hablar de la "feliz revolución en el campo de la química neumática", cuya figura principal fue Lavoisier. Basándose en la teoría del oxígeno, Lavoisier desarrolló algunos fundamentos y principios importantes de la nueva química, en particular la doctrina de los cuerpos simples, la doctrina de la oxidación y la reducción, la doctrina del mecanismo de la respiración y una nueva nomenclatura. compuestos químicos etc.
Sin embargo, la verdadera revolución química recién la inició Lavoisier. Esta revolución fue brillantemente continuada y desarrollada por generaciones posteriores de químicos y completada con la introducción de la ciencia atómico-molecular en la química.
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método lavoisier
Cambios globales en las opiniones sobre fenómenos químicos, que fueron el resultado del trabajo del científico francés A.L. A Lavoisier se le llama tradicionalmente la revolución química.
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Resultados de la revolución química
1. Reemplazo de la teoría del flogisto por el concepto de combustión del oxígeno; 2. Revisión del sistema de composición adoptado sustancias químicas; 3. Repensar el concepto de elemento químico; 4. Formación de ideas sobre la dependencia de las propiedades de las sustancias de su composición cualitativa y cuantitativa.
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A. Lavoisier basó su investigación en un enfoque fisicoquímico, que se distinguió por la aplicación coherente de métodos experimentales y conceptos teóricos de la física de la época. El papel central entre las concepciones teóricas de la física de aquella época lo desempeñaba la doctrina de I. Newton sobre la fuerza de gravedad. La medida de esta gravitación es el peso del cuerpo, según I. La posición de Newton sobre la proporcionalidad del peso a la masa se puede determinar mediante métodos físicos (pesaje). La consecuencia de estos puntos de vista fue la percepción del peso como la propiedad más esencial de las partículas materiales. Antonio Laurent Lavoisier 1743-1794
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A. Lavoisier comenzó a utilizar sistemáticamente pesajes precisos para determinar la cantidad de sustancias en reacciones químicas. A diferencia de muchos de sus predecesores, A. Lavoisier pesó todas las sustancias involucradas en el proceso químico (incluidas las gaseosas), basándose en el principio general de mantener el peso total de las sustancias que interactúan. Es decir, su método cuantitativo se basó en el axioma de conservación de la materia, una posición fundamental de las ciencias naturales clásicas, expresada en la antigüedad. A. Lavoisier determinó no solo el peso, sino también otras características físicas de las sustancias de partida y los productos de reacción (densidad, temperatura, etc.). La medición futura de parámetros cuantitativos permitió dilucidar el mecanismo detallado de las transformaciones químicas que ya se había estudiado cualitativamente.
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Colocó una cantidad pesada de mercurio en una retorta, cuyo largo cuello curvo comunicaba con una campana volcada sobre mercurio líquido. Antes del experimento no sólo se midió el volumen de aire por encima del mercurio en la retorta y la campana, sino que también se determinó el peso de todo el aparato. Luego se calentó la retorta durante 12 días hasta casi el punto de ebullición del mercurio. Poco a poco, la superficie del mercurio de la retorta se fue cubriendo de escamas rojas. Cuando el número de estas escamas (óxido de mercurio) dejó de aumentar, se detuvo el experimento. Después de enfriar el dispositivo, se realizó un recuento preciso de la cantidad de productos formados. Se descubrió que: el peso total de todo el dispositivo no cambió, el volumen de aire disminuyó, el peso del aire tomado disminuyó tanto como aumentó el peso del mercurio (debido a la formación de óxido).
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Para completar el cuadro, sólo fue necesario recolectar el óxido de mercurio resultante, descomponerlo según el método de Priestley y medir la cantidad de oxígeno obtenido. Como era de esperar, la reproducción de un experimento de este tipo le dio a Lavoisier la misma (dentro del margen de error posible) cantidad de oxígeno que el mercurio absorbía del aire. Obtención de oxígeno a partir de óxido de mercurio (replica a) mediante el método Priestley. El mercurio se acumula en un recipiente esférico by el oxígeno pasa a través del tubo de salida de gas c al cilindro d, donde se recoge encima del mercurio líquido.
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A. Lavoisier colocó el plato con fósforo sobre un soporte de corcho que flotaba en el agua, prendió fuego al fósforo con un alambre caliente y rápidamente lo cubrió con una campana de vidrio. Un espeso humo blanco llenó el espacio interior. Pronto se acabó el fósforo y el agua empezó a subir y llenar la campana. Después de un tiempo, el agua dejó de subir. - Parece que no tomé suficiente fósforo. Todo el aire no pudo conectarse con él. Necesitamos repetir el experimento. Pero un segundo experimento con el doble de fósforo dio un resultado similar: el agua subió al mismo nivel. Incluso el experimento realizado por décima vez arrojó el mismo resultado. - El fósforo se combina sólo con una quinta parte del aire. ¿Es el aire realmente una mezcla compleja?
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Lavoisier también estudió la combustión del azufre. Al arder, también se combinaba con sólo una quinta parte del aire. Después de esto, el científico comenzó a estudiar la quema de metales. Con una calcinación prolongada, los metales se convirtieron en cenizas metálicas, pero se mezclaron con carbón y se calentaron a alta temperatura la ceniza volvió a convertirse en metal. Sin embargo, este proceso liberó un gas que los químicos llamaron “aire ligante” (dióxido de carbono). Lavoisier entendió bien que la combustión estaba asociada con gases, pero aún no podía sacar una conclusión definitiva. Así surgió la necesidad de estudiar los gases. ¿Qué es el "aire vinculante"? ¿Está contenido en piedra caliza? ¿Cómo se produce cuando la piedra caliza se calienta y se convierte en cal viva? Dispositivos utilizados por Lavoisier
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¿Siempre se absorbe aire durante la combustión? Si es así, ¿qué sustancia es más compleja en este caso: el metal o las cenizas metálicas? A. Lavoisier tenía claro que el aire consta de dos partes: una de ellas favorece la combustión (se combina con los metales cuando se calcina), la otra no favorece la combustión y los organismos vivos mueren en ella. Durante la combustión, los cuerpos absorben esta parte activa del aire, a la que llamó “aire bueno”. Esto también explica el hecho de que el producto resultante sea más pesado que el original. El científico llegó a la conclusión de que la combustión no es un proceso de descomposición, sino de conexión con una parte del aire. Además, esta parte del aire no desempeña la función mecánica de un disolvente de flogisto, sino que participa en la química del proceso de combustión, dando lugar a nuevos compuestos. Mercurio metálico y óxido de mercurio(II) Cobre metálico y óxido de cobre(II)
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A principios de 1775, A. Lavoisier se convirtió en director de la Oficina de la Pólvora y del Salitre. En este sentido, comenzó a investigar los materiales utilizados para fabricar la pólvora. Lavoisier demostró que el salitre y el ácido nítrico contienen "buen aire"; El azufre y el fósforo se combinan con este tipo de aire durante la combustión y las sustancias resultantes tienen propiedades ácidas. - ¿Quizás todos los ácidos contienen este gas? - se preguntó más de una vez. Lavoisier nombró al nuevo gas oxígeno. Observación de la descomposición del óxido de mercurio en una retorta.
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Los principios básicos de la teoría de la combustión del oxígeno se formularon en 1777. Según esta teoría, la combustión sólo puede ocurrir en presencia de oxígeno, y se libera luz y fuego. El peso de la sustancia quemada aumenta exactamente en función de la cantidad de aire absorbido. Cuando los metales se queman, se forman cales metálicas como resultado de la combinación con el oxígeno. Al quemar sustancias no metálicas: ácidos (los anhídridos de ácido se llamaban así en ese momento).
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Determinando la composición del dióxido de carbono.
A. Lavoisier demostró que el dióxido de carbono se forma durante la combustión del carbón y también se libera durante la combustión de muchos cuerpos naturales (orgánicos). Esto le dio a A. Lavoisier la oportunidad de proponer un método conveniente para determinar la composición cualitativa y cuantitativa de sustancias orgánicas. La determinación de la composición del dióxido de carbono permitió a A. Lavoisier esbozar una comprensión correcta de la química de la respiración (la absorción de oxígeno y la liberación de dióxido de carbono), cuya estrecha analogía con los procesos de combustión ya se ha observado repetidamente (trabajos de J. .Mayow, G. Boerhaave, J. Priestley, etc.) Dispositivo químico para experimentos con gases. Del libro de A.L. Lavoisier "Fundamentos de la química del antiflogisto". Edición 1792
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El estudio de los métodos de formación y propiedades del dióxido de carbono permitió a A. Lavoisier ampliar la teoría de la combustión del oxígeno y explicar muchos procesos químicos desde el punto de vista de la oxidación-reducción de sustancias. Es decir, del estudio de los procesos de combustión, el científico pasó al estudio de las reacciones de oxidación en general. Por ejemplo, A. Lavoisier estudió las reacciones: 2Fe2O3 + 3C = 3CO2 + 4Fe 2Fe + 3H2O = Fe2O3 + 3H2 Mineral de hierro rojo (hematita) Carbón Fe2Oz
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Estableciendo la composición del agua.
Y, sin embargo, no encontró respuesta a una pregunta; se trataba de la combustión del “aire inflamable”, que se obtenía disolviendo metales en ácido y se quemaba fácilmente. Según la nueva teoría, los productos deberían ser más pesados; según Lavoisier, no era posible capturarlos por completo y el peso siempre era menor. Había otra dificultad aquí. Según la teoría de los ácidos, el “aire inflamable” (hidrógeno) después de combinarse con el oxígeno debería: formar un ácido, pero no fue posible obtenerlo.
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Lavoisier decidió discutir este complejo problema con el físico y químico Charles Blagden, llegado de Inglaterra, a quien le contó en detalle sus experimentos fallidos. - Mi amigo Henry Cavendish demostró que si se mezcla aire ordinario con "aire inflamable" en un recipiente cerrado y se prende fuego a la mezcla, se formarán pequeñas gotas en las paredes del recipiente, producto de la combustión del "aire inflamable". Cavendish determinó que se trataba de gotas de agua. - Un descubrimiento sorprendente. Esto significa que el agua no es un elemento, sino una sustancia compleja. Me gustaría repetir inmediatamente estos experimentos y comprobarlo por mí mismo. Dispositivo de G. Cavendish para producir y recolectar hidrógeno.
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A. Lavoisier realizó un experimento sobre la síntesis de agua a partir de aire combustible y oxígeno después de experimentos similares de G. Cavendish y J. Watt (al mismo tiempo que A. Lavoisier, G. Monge llevó a cabo experimentos similares), pero a diferencia de estos científicos, A. Lavoisier interpretó esta síntesis desde el punto de vista de la teoría del oxígeno, mostrando que el "aire combustible" (al que propuso llamar "hidrógeno") y el oxígeno son elementos y el agua es su compuesto. (durante un experimento para determinar la composición del agua encendiendo una mezcla de hidrógeno y oxígeno con una chispa eléctrica)
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Como resultado de los experimentos, A. Lavoisier llegó a la conclusión de que la ley de conservación del peso de las sustancias es una ley universal. La teoría de la oxidación también es general y no hay excepciones. El agua, los ácidos y los óxidos metálicos son sustancias complejas, mientras que los metales, el azufre y el fósforo son sustancias simples. Esto cambió por completo las opiniones sobre todo el sistema de composiciones de compuestos químicos. El flogisto no existe y el aire es una mezcla de gases. A. Lavoisier expresó estos pensamientos a los académicos, a quienes les demostró sus experimentos. Sin embargo, la mayoría de ellos no quiso reconocer el trabajo de Lavoisier; fue acusado de tomar prestadas sus ideas de los estudios de Priestley y Cavendish. Los académicos han declarado repetidamente que conocen experimentos similares sobre la descomposición del agua, refiriéndose a Gaspard Monge. La prioridad de Lavoisier no fue reconocida. En lugar de unir fuerzas en la investigación, los científicos discutieron sobre quién descubrió este fenómeno.
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Al no encontrar apoyo en el mundo científico, Lavoisier continuó su trabajo. Ahora colaboró con el famoso físico y matemático Pierre Simon Laplace. Consiguieron construir un aparato especial con el que era posible medir el calor liberado como resultado de la combustión de sustancias. Era el llamado calorímetro de hielo. Los investigadores también realizaron un estudio detallado del calor que emiten los organismos vivos. Al medir la cantidad de dióxido de carbono exhalado y el calor generado por el cuerpo, demostraron que los alimentos se “queman” en el cuerpo de una manera especial. El calor generado por esta combustión sirve para mantener la temperatura corporal normal. El calorímetro de hielo de Lavoisier-Laplace permitió en el siglo XVIII medir la capacidad calorífica de muchos sólidos y líquidos, así como el calor de combustión de diversos combustibles y el calor liberado por los organismos vivos. Por ejemplo, el calor emitido por un animal (u otro objeto) en la cámara interior se gastó en derretir el hielo en la “cubierta de hielo” interior. El externo servía para mantener constante la temperatura de la parte interna. El calor liberado se midió pesando el agua derretida que fluía hacia el recipiente.
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Laplace estaba convencido de la exactitud de las opiniones de Lavoisier y fue el primero en aceptar su teoría. En 1785, Claude Louis Berthollet, que en aquel momento se hizo muy famoso, se pronunció a favor de la teoría de Lavoisier. Un poco más tarde, Lavoisier contó con el apoyo de los entonces químicos más destacados Antoine Fourcroix y Guiton de Morveau. Laplace Pierre-Simon 1749 -1827 matemático, mecánico, físico y astrónomo francés FourcroyAntoine-François (1755-1809), químico y político francés
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Repensar el concepto de "elemento"
Metodológicamente, un resultado importante de la revolución en la química producida por los trabajos de A.L. Lavoisier, hubo un cambio en el contenido del concepto de “elemento químico”. Los elementos comenzaron a ser vistos no como productos de su descomposición preexistentes en un objeto, sino como el límite final hasta el cual las sustancias pueden descomponerse en principio. Se empezó a pensar en los elementos como fragmentos de composición materiales, determinados analíticamente, indescomponibles en formaciones cualitativamente nuevas y conservados en el proceso de cualquier transformación química de los cuerpos complejos que los componen.
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Gracias al uso del método de análisis de peso, en las obras de A. Lavoisier se formaron ideas sobre un conjunto limitado de elementos y su heterogeneidad cualitativa. Esto condujo a un enfoque para explicar la diversidad de sustancias químicas como consecuencia de la diversa composición elemental cualitativa y cuantitativa. Se suponía que cada sustancia cualitativamente definida siempre tiene una composición cuantitativa única y definida con precisión. En aquella época no se conocían los compuestos de composición variable (berthollides) ni el fenómeno de la isomería. Dispositivo de A. Lavoisier para el análisis elemental de sustancias orgánicas.
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Problema de acidez
En el siglo XVIII, los químicos científicos mostraron interés no menos en el problema de la acidez que en el problema de la combustión, ya que ambos problemas correspondían a las dos direcciones principales de la investigación analítica de esa época (la descomposición “vía seca” - con la ayuda del fuego y “vía húmeda”, con la ayuda de ácidos). Antes de la publicación de los trabajos de A. Lavoisier, se creía que todos los ácidos contienen en su composición un determinado ácido primario único, que le da a todo el compuesto la cualidad de acidez. A. Lavoisier, basándose en experimentos sobre la descomposición de los ácidos sulfúrico, fosfórico y nítrico (en conceptos modernos - SO3, P2O5, N2O5), vinculó la propiedad de la acidez con la presencia de oxígeno en estos compuestos (de ahí el nombre oxígeno - oxigenio - principio ácido generador de ácido). Los ácidos, según A. Lavoisier, se diferencian entre sí porque están asociados con el oxígeno, un radical ácido. El oxígeno se consideraba un elemento esencial de los ácidos y, durante algún tiempo, incluso el ácido múrico (clorhídrico) se representó como un compuesto del radical múrico con oxígeno, y el cloro se consideró el óxido del ácido múrico.
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Primera clasificación de elementos químicos y nueva nomenclatura.
Guiton de Morveau conoció a Lavoisier no por la teoría de la combustión: "No sé cuánto le interesa esto, pero los nombres de los compuestos químicos son un completo caos". - Estoy completamente de acuerdo contigo. - Actualmente se está preparando para su publicación la sección de química de la Enciclopedia Metodológica. Y como, utilizando los nombres que aún existen, es imposible dar respuestas completas a todas las preguntas, comencé a compilar una nueva nomenclatura de compuestos químicos. Por supuesto, necesito la ayuda de destacados químicos. Guiton De Morveau Louis Bernard (1737-1816), químico y político francés
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Basándome en la teoría de la combustión y el papel del oxígeno en este proceso, puedo hacer algunas suposiciones. Tomemos como ejemplo la ceniza metálica, un compuesto de metal con oxígeno. Llamemos a la combinación de elementos con óxidos de oxígeno. Entonces la ceniza de zinc será óxido de zinc, la ceniza de hierro será óxido de hierro, y así sucesivamente. ¿Qué es el “aire vinculante”? Ya he demostrado que se trata de un compuesto de carbono y oxígeno. Por tanto, debería llamarse monóxido de carbono. En 1787, Guiton de Morveau publicó “El método de nomenclatura química”, en cuya creación participaron Lavoisier, Fourcroix y Berthollet. Tabla de sólidos simples de Lavoisier
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La transformación del lenguaje químico fue consecuencia de cambios globales en la química y pretendía dar a cada sustancia un nombre que caracterizara su composición y Propiedades químicas(hasta este punto, una sustancia podía tener muchos nombres, que a menudo se daban por casualidad). En la nueva nomenclatura, cada sustancia se consideraba desde el punto de vista de sus propiedades generales (por ejemplo, ácido) y específicas (por ejemplo, ácido sulfúrico, nítrico, fosfórico). Las propiedades específicas se determinaron basándose en datos de composición elemental. La nomenclatura facilitó enormemente el intercambio de información química, sus principios básicos en general se han conservado hasta el día de hoy. ALABAMA. Lavoisier
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Lavoisier estaba trabajando en ese momento en una de sus mayores creaciones: un libro de texto de química, cuya compilación se necesitaba desde hacía mucho tiempo. Era necesario explicar los fenómenos de la naturaleza de una manera nueva, exponer claramente los fundamentos. teorías modernas. Los nuevos logros en química no se reflejaron en los viejos libros de texto de Christophle Glaser y Nicolas Lemery. A finales de 1788 el libro de texto estaba listo. Gran parte del crédito por la preparación del manuscrito correspondió a Madame Lavoisier, quien diseñó artísticamente la tercera parte del libro de texto.
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La primera parte del libro de texto de A. Lavoisier contenía una presentación de la teoría de la combustión del oxígeno, una descripción de experimentos sobre la formación y descomposición de gases, la combustión de sustancias simples, la formación de ácidos, una descripción de la composición de la atmósfera y agua y una nueva nomenclatura. La segunda parte contenía la “Tabla de Cuerpos Simples”, que fue prácticamente la primera clasificación de elementos químicos (se presentaron un total de 33 elementos). La tabla contenía tanto elementos reales como algunos compuestos (por ejemplo, óxidos de metales alcalinos) que no podían descomponerse en ese momento (pero, como señaló A. Lavoisier, podían descomponerse posteriormente). En la tabla aparecen dos principios como elementos: el calórico y el hidrógeno, que no tienen peso, pero su apariencia está constantemente asociada a procesos químicos. Página de título del libro de texto de A. Lavoisier
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La atribución de calor y luz a los elementos fue consecuencia de la difusión de la teoría del calor en la física de la época. En esta teoría, el calor se consideraba como una especie de atmósfera que rodea las partículas de todos los cuerpos y es la causa de la repulsión de las partículas entre sí. Lavoisier se inclinaba por explicar el fenómeno de la absorción de calor en las reacciones químicas, así como durante el paso de sustancias del estado sólido al líquido y del estado líquido al gaseoso, como resultado de la combinación del calórico con la materia. Creía que el estado sólido, líquido y gaseoso de una sustancia depende de la cantidad de calor que contiene, a diferencia de ideas anteriores sobre gases que son absolutamente no condensables en líquidos, líquidos "que no se evaporan" y sólidos permanentes.
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Lavoisier escribió que en estado sólido las fuerzas de atracción entre las partículas que componen un cuerpo superan las fuerzas repulsivas, en estado líquido se nivelan y en estado gaseoso, bajo la influencia del calor, prevalecen las fuerzas repulsivas. sobre las fuerzas de atracción. La idea de la capacidad de todas las macrosustancias materiales para existir en varios estados de agregación se convirtió en otro aspecto importante de la revolución química.
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Conceptos básicos para escribir ecuaciones químicas.
La fundamentación experimental de la ley de conservación de elementos en reacciones químicas y la ley de conservación de la masa de sustancias permitió a A. Lavoisier introducir la elaboración de ecuaciones químicas, es decir. Balances de materia de transformaciones químicas. A. Lavoisier escribió: “Es necesario suponer la existencia de una igualdad o ecuación entre los principios (elementos) de los cuerpos en estudio y los obtenidos de estos últimos mediante análisis”. Reacciones del papel (a) y el cobre (b) con oxígeno.
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Mikhail Vasilyevich Lomonosov 1711-1765 Cabe señalar que mucho antes del trabajo de A. Lavoisier, el científico ruso M.V. Lomonósov. En el libro "Elementos de la química matemática" escribió que todos los cuerpos están formados por corpúsculos, que a su vez contienen un cierto número de elementos. Los corpúsculos son homogéneos si están formados por el mismo número de los mismos elementos, conectados entre sí de la misma manera. Los corpúsculos son heterogéneos si sus elementos no son idénticos y están interconectados de diferentes maneras o en diferente número. De esto depende la infinita variedad de cuerpos.
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Los cuerpos son simples cuando están compuestos por corpúsculos homogéneos, y mixtos cuando están formados por varios corpúsculos disímiles. Las propiedades de los cuerpos no son aleatorias; dependen de las propiedades de los corpúsculos que los constituyen. Consideremos el primero: el calor. ¿Que representa? ¿Un líquido ingrávido que puede fluir de un cuerpo a otro? No. Galileo también creía que los corpúsculos estaban en movimiento. En mi opinión, ésta es la primera y principal propiedad de los corpúsculos. Pero el movimiento genera calor. Todo el mundo sabe que cuando una rueda gira, su eje se calienta. Los corpúsculos del cuerpo se mueven, giran alrededor de su propio eje, se frotan entre sí y crean calor...
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En una carta a Euler, Mikhail Vasilyevich describió sus puntos de vista sobre las transformaciones en la naturaleza: “Todos los cambios que ocurren en la naturaleza ocurren de tal manera que si se agrega algo a algo, se le quita a otra cosa. Así, cuanta materia se añade a un cuerpo, la misma cantidad se pierde en otro, cuántas horas paso durmiendo, la misma cantidad le quito al estar despierto, etc. Como esta es una ley universal de la naturaleza, también se aplica a las reglas del movimiento: un cuerpo que, con su empuje, excita a otro a moverse, pierde con su movimiento tanto como comunica a otro, movido por él...” - pensamientos que nadie había expresado antes de Lomonosov.
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¿Por qué Boyle abrió los recipientes después de calentarlos? En tal caso, algo podría evaporarse de los recipientes y su peso podría cambiar. Es necesario repetir los experimentos, pero realizar todas las observaciones y mediciones en un recipiente cerrado. Hay aire en él. Lomonosov preparó un recipiente especial, vertió en él limaduras de plomo, luego avivó el fuego con fuelles y calentó el cuello del recipiente hasta que el vidrio se ablandó. Con una abrazadera, selló el vaso e inmediatamente colocó el recipiente al fuego. Ahora estaba completamente seguro de que nada entraría en el barco ni nada escaparía de él. El fuelle se hinchó por última vez y ahora las llamas azules desaparecieron en un montón de carbón al rojo vivo. Lomonosov colocó con cuidado el recipiente sobre la mesa y comenzó a preparar el siguiente. El experimento tuvo que repetirse muchas veces, calcinando no sólo el plomo, sino también otros metales: hierro, cobre...
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Lomonosov pesó los recipientes enfriados, los colocó sobre las brasas de un gran horno y comenzó a avivar el fuego. Al principio el fuelle funcionó lentamente, pero poco a poco la corriente de aire se intensificó y con ella aparecieron llamas azuladas. Las paredes del recipiente se volvieron rojas y las limaduras de plomo se derritieron. Las brillantes gotas de color blanco plateado rápidamente se cubrieron con una capa de color amarillo grisáceo. Las limaduras de cobre rojo se convirtieron en un polvo de color marrón oscuro. Las limaduras de hierro se volvieron negras. Me pregunto si el "calórico" entró en los vasos. ¿Combinó con metales? Si es así, entonces el peso del barco debería aumentar. ¡Pero la balanza mostró que el peso de todos los recipientes se mantuvo sin cambios!
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¿Qué pasa con las cenizas de metal? Necesitamos comparar su peso con el peso del metal. Al día siguiente el investigador repitió los experimentos. Pesó las limaduras de metal antes de sellar el recipiente. Después de la calcinación, volvió a pesar los recipientes, luego los abrió y pesó las cenizas metálicas resultantes. ¡La ceniza era más pesada que el metal previamente tomado! - Estos experimentos refutan la opinión de Robert Boyle. Los metales no se combinan con los "calóricos": después de todo, el peso del recipiente no cambia. Esto es innegable. Y, sin embargo, la ceniza es más pesada. - volvió a pensar Lomonósov. Sin embargo, había una cierta cantidad de aire en el recipiente... ¿Quizás los metales se combinan con los corpúsculos de aire? Dado que las cenizas metálicas en el recipiente se han vuelto más pesadas, significa que el aire en el recipiente ha disminuido de peso en la misma cantidad. ¡Sin el suministro de aire externo, el peso del metal permanecerá sin cambios! Visita de Catalina II al laboratorio de Lomonosov
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Viviendo en una época en la que la química apenas emergía como ciencia, Lomonosov pudo, a pesar de las ideas incorrectas de la teoría del flogisto, llegar a generalizaciones que aún hoy forman la base de las ciencias físicas y químicas. Fue el primero en formular la ley de conservación de la materia y la energía, el primero en indicar el camino que siguieron muchos científicos.
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