VAN MARUM, durante el siglo pasado, observó que el oxígeno en un tubo de vidrio, al ser sometido a la acción de una serie de chispas eléctricas, adquiría un olor peculiar y la propiedad de combinarse con el mercurio a la temperatura ordinaria. Esto fue confirmado posteriormente por una serie de nuevos experimentos. Incluso en la simple revolución de una máquina eléctrica, cuando la electricidad se difunde en el aire o pasa a través de él, se reconoce el olor peculiar y característico del ozono, proveniente de la acción de la electricidad sobre el oxígeno de la atmósfera.

En 1840, el prof. Schönbein, de Basilea, centró su atención en esta sustancia odorífera y demostró que también se forma, junto con el oxígeno desprendido en el polo positivo, en la descomposición del agua por la acción de una corriente galvánica; en la oxidación del fósforo en aire húmedo, y también en la oxidación de una serie de sustancias, aunque se distingue por su inestabilidad y capacidad para oxidar a otras sustancias. El olor característico de esta sustancia le dio su nombre, a partir del griego ὄζω, «emito un olor». Schönbein señaló que el ozono es capaz de oxidar muchas sustancias sobre las que el oxígeno no actúa a la temperatura ordinaria. Basta señalar, por ejemplo, que oxida la plata, el mercurio, el carbón y el hierro con gran energía a la temperatura ordinaria.

Podría pensarse que el ozono era alguna sustancia compuesta nueva, como se supuso al principio; pero las cuidadosas observaciones realizadas en esta dirección han llevado desde hace tiempo a la conclusión de que el ozono no es más que oxígeno con propiedades alteradas. Esto se demuestra de manera muy llamativa mediante la transformación completa del oxígeno que contiene ozono en oxígeno ordinario cuando se hace pasar a través de un tubo calentado a 250°. Además, a baja temperatura, el oxígeno puro da ozono cuando se hacen pasar chispas eléctricas a través de él (Marignac y De la Rive). De ahí que se demuestre, tanto por síntesis como por análisis, que el ozono es ese mismo oxígeno que ya conocemos, solo que dotado de propiedades particulares y en un estado particular.

Sin embargo, por cualquier método que se obtenga, la cantidad del mismo contenida en el oxígeno es insignificante, por lo general solo unas pocas fracciones por ciento, raramente el 2 por ciento, y solo bajo circunstancias muy propicias hasta el 20 por ciento. La razón de esto debe buscarse primeramente en el hecho de que el ozono, en su formación a partir del oxígeno, absorbe calor. Si se quema alguna sustancia en un calorímetro a expensas del oxígeno ozonizado, se desprende más calor que cuando se quema en oxígeno ordinario, y Berthelot demostró que esta diferencia es muy grande, a saber, 29.600 unidades de calor corresponden a cada cuarenta y ocho partes en peso de ozono. Esto significa que la transformación de cuarenta y porciones de oxígeno en ozono va acompañada de la absorción de esta cantidad de calor, y que el proceso inverso desprende esta cantidad de calor.

Por lo tanto, el paso del ozono a oxígeno debería tener lugar con facilidad y plenitud (como una reacción exotérmica), al igual que la combustión; y esto lo demuestra el hecho de que a 250° el ozono desaparece por completo, formando oxígeno. Cualquier aumento de temperatura puede, por tanto, provocar la descomposición del ozono y, como se produce un aumento de temperatura en la acción de una descarga eléctrica, existen en una descarga eléctrica las condiciones tanto para la preparación del ozono como para su destrucción. De ahí que sea evidente que la transformación del oxígeno en ozono como una reacción reversible tiene un límite cuando se llega a un estado de equilibrio entre los productos de las dos reacciones opuestas, que los fenómenos de esta transformación concuerdan con los fenómenos de disociación, y que un descenso de temperatura debería favorecer la formación de una gran cantidad de ozono.¹

Además, es evidente, por lo que se ha dicho, que la mejor manera de preparar el ozono no es mediante chispas eléctricas,² que elevan la temperatura, sino mediante el empleo de una descarga continua o flujo de electricidad, es decir, por la acción de una descarga silenciosa.³ Por esta razón, todos los ozonizadores (que son de construcción muy variada), o formas de aparatos para la preparación de ozono a partir de oxígeno (o aire) por la acción de la electricidad, consisten ahora habitualmente en láminas de metal —por ejemplo, estaño laminado—, una solución de ácido sulfúrico mezclada con ácido crómico, etc., separadas por finas superficies de vidrio colocadas a corta distancia unas de otras, y entre las cuales se introduce el oxígeno o aire que debe ozonizarse y se somete a la acción de una descarga silenciosa.⁴ Así, en el aparato de Siemens (fig. 37), el exterior del tubo a y el interior del tubo b c están recubiertos de estaño laminado y conectados con los polos de una fuente de electricidad (con los terminales de una bobina de Ruhmkorff). Una descarga silenciosa pasa a través de las finas paredes de los cilindros de vidrio a y b c sobre todas sus superficies y, en consecuencia, si se hace pasar oxígeno a través del aparato por el tubo d, fundido en el lateral de a, este se ozonizará en el espacio anular entre a y b c. El oxígeno ozonizado escapa por el tubo e y puede introducirse en cualquier otro aparato.⁵

ver pie de foto — Fig. 37.—Aparato de Siemens para la preparación de ozono mediante una descarga silenciosa.

Las propiedades del ozono obtenido por dicho método⁶ lo distinguen en muchos aspectos del oxígeno. El ozono decolora muy rápidamente el añil, el tornasol y muchos otros colorantes mediante su oxidación. La plata es oxidada por este a temperatura ordinaria, mientras que el oxígeno no es capaz de oxidar la plata ni siquiera a altas temperaturas; una placa de plata brillante se vuelve negra rápidamente (por oxidación) en oxígeno ozonizado. Es absorbido rápidamente por el mercurio, formando óxido; transforma los óxidos inferiores en superiores —por ejemplo, el anhídrido sulfuroso en sulfúrico, el óxido nitroso en nítrico, el anhídrido arsenioso (As₂O₃) en anhídrido arsénico (As₂O₅), etc.—.⁷

Pero lo que es especialmente característico del ozono es la acción descomponedora que ejerce sobre el yoduro potásico. El oxígeno no actúa sobre este, pero el ozono pasado a través de una solución de yoduro potásico libera yodo, mientras que el potasio se obtiene como potasa cáustica, que permanece en solución: 2KI + H₂O + O = 2KHO + I₂. Como la presencia de minutos trazas de yodo libre puede descubrirse mediante engrudo de almidón, con el cual forma una sustancia de color azul muy oscuro, una mezcla de yoduro potásico con engrudo de almidón detectará la presencia de trazas muy pequeñas de ozono.⁸

El ozono se destruye o se convierte en oxígeno común no solo por el calor, sino también por un almacenamiento prolongado, especialmente en presencia de álcalis, peróxido de manganeso, cloro, etc.

De ahí que el ozono, aunque tiene la misma composición que el oxígeno, difiera de este en su estabilidad y en el hecho de que oxida un gran número de sustancias con mucha energía a la temperatura ordinaria. A este respecto, el ozono se asemeja al oxígeno de ciertos compuestos inestables, o al oxígeno en el momento de su liberación.⁹

En el oxígeno ordinario y en el ozono vemos un ejemplo de una misma sustancia, en este caso un elemento, que se presenta en dos estados. Esto indica que las propiedades de una sustancia, e incluso de un elemento, pueden variar sin que varíe su composición. Se conocen muchísimos casos de este tipo. Tales casos de transformación química que determinan una diferencia en las propiedades de una y la misma sustancia se denominan casos de isomería.

La causa de la isomería radica evidentemente en lo más profundo de las condiciones esenciales de una sustancia, y su investigación ya ha conducido a una serie de resultados de inesperada importancia y de inmensa trascendencia científica.

Es fácil comprender la diferencia entre sustancias que contienen diferentes elementos o los mismos elementos en diferentes proporciones. Que deba existir una diferencia en estos casos se sigue necesariamente si, como nuestro conocimiento nos obliga a hacer, admitimos que existe una diferencia radical en los cuerpos simples o elementos.

Pero cuando la composición—es decir, la calidad y la cantidad de los elementos en dos sustancias es la misma y, sin embargo, sus propiedades son diferentes, entonces resulta evidente que los conceptos de elementos diversos y de la composición variable de los compuestos, por sí solos, son insuficientes para expresar toda la diversidad de propiedades de la materia en la naturaleza. Algo más, aún más profundo e interno que la composición de las sustancias, debe, a juzgar por la isomería, determinar las propiedades y la transformación de las sustancias.

¿De qué dependen la isomería del ozono y del oxígeno, y las peculiaridades del ozono? ¿En qué radica, además de en la reserva adicional de energía, que es una de las peculiaridades del ozono, la causa de su diferencia con el oxígeno?

Estas preguntas ocuparon durante mucho tiempo las mentes de los investigadores y fueron el motivo de las más variadas, exactas y minuciosas investigaciones, las cuales se dirigieron principalmente al estudio de las relaciones volumétricas que presenta el ozono.

Con el fin de familiarizar al lector con las investigaciones previas de esta índole, cito lo siguiente de una memoria de Soret, publicada en las Transactions of the French Academy of Sciences de 1866:

«Nuestro conocimiento actual de las relaciones volumétricas del ozono puede expresarse de la siguiente manera:

“El oxígeno ordinario al transformarse en ozono por la acción de la electricidad muestra una disminución en volumen”. Esto fue descubierto por Andrews y Tait.

“Al actuar sobre el oxígeno ozonizado con yoduro de potasio y otras sustancias capaces de ser oxidadas, destruimos el ozono, pero el volumen del gas permanece inalterado”. Pues las investigaciones de Andrews, Soret, v. Babo y otros demostraron que la proporción de oxígeno ozonizado absorbido por el yoduro de potasio es igual a la contracción original del volumen del oxígeno; es decir, en la absorción del ozono el volumen del gas permanece inalterado. A partir de esto podría imaginarse que el ozono, por decirlo así, no ocupa ningún espacio; es infinitamente denso.

“Por la acción del calor, el oxígeno ozonizado aumenta de volumen y se transforma en oxígeno ordinario. Este aumento de volumen corresponde a la cantidad de oxígeno ozonizado que se cede al yoduro de potasio en su descomposición” (los mismos observadores).

«4. Estos indudables resultados experimentales conducen a la conclusión de que el ozono es más denso que el oxígeno, y que en su acción oxidante desprende aquella porción de su sustancia a la que se debe su densidad extra que lo distingue del oxígeno ordinario».

Si imaginamos (dice Weltzien) que n volúmenes de ozono consisten en n volúmenes de oxígeno combinados con m volúmenes de la misma sustancia, y que el ozono al oxidarse cede m volúmenes de oxígeno y deja n volúmenes de gas oxígeno ordinario, entonces todos los hechos anteriores pueden explicarse; de lo contrario, debe suponerse que el ozono es infinitamente denso.

«Para determinar la densidad del ozono» (citamos nuevamente a Soret) «no se puede recurrir a la determinación directa del peso de un volumen dado del gas, porque el ozono no puede obtenerse en estado puro. Siempre está mezclado con una cantidad muy grande de oxígeno. Era necesario, por tanto, recurrir a sustancias que absorbieran el ozono sin absorber el oxígeno y sin destruir el ozono. Entonces la densidad podría deducirse de la disminución de volumen producida en el gas por la acción de este disolvente en comparación con la cantidad de oxígeno cedida al yoduro de potasio. También debe aprovecharse la determinación del aumento de volumen producido por la acción del calor sobre el ozono, si se conoce el volumen ocupado por el ozono antes del calentamiento».

Soret encontró dos sustancias de este tipo: la trementina y el aceite de canela.

«El ozono desaparece en presencia de trementina. Esto va acompañado de la aparición de un vapor denso, que llena un vaso de pequeña capacidad (0,14 litros) hasta tal punto que es impenetrable a los rayos solares directos. Al dejar el vaso en reposo, se observa que la nube de vapor se asienta; el aclaramiento se nota primero en la porción superior del vaso, y los colores brillantes del arco iris se ven en el borde de una nube de vapor».
El aceite de canela —es decir, el aceite volátil o esencial de la conocida especia, la canela— produce bajo circunstancias similares el mismo tipo de vapores, pero son mucho menos voluminosos.

Al medir el volumen gaseoso antes y después de la acción de ambos aceites volátiles, se observa una disminución considerable. Al aplicar todas las correcciones necesarias (para la solubilidad del oxígeno en los líquidos oleosos mencionados anteriormente, para la tensión de su vapor, para el cambio de presión, etc.) y realizar una serie de determinaciones comparativas, Soret obtuvo el siguiente resultado: dos volúmenes de ozono capaces de disolverse, al transformarse en [oxígeno] ordinario (calentando un alambre al rojo vivo mediante una corriente galvánica) aumentan en un volumen.

De aquí se deduce claramente que en la formación del ozono tres volúmenes de oxígeno dan dos volúmenes de ozono, es decir, su densidad (referida al hidrógeno) = 24.

Las observaciones y determinaciones de Soret mostraron que el ozono es más pesado que el oxígeno, e incluso que el anhídrido carbónico (porque el oxígeno ozonizado pasa a través de orificios finos más lentamente que el oxígeno y que sus mezclas con el anhídrido carbónico), aunque más ligero que el cloro (fluye con mayor rapidez a través de dichos orificios que el cloro), y señalaron que el ozono es una vez y media más denso que el oxígeno, lo cual puede expresarse designando una molécula de oxígeno como O₂ y de ozono como O₃, y por tanto el ozono OO₂ es comparable con las sustancias compuestas¹⁰ formadas por oxígeno, como por ejemplo CO₂, SO₂, NO₂, etc.

Esto explica las principales diferencias entre el ozono y el oxígeno y la causa de la isomería, y al mismo tiempo lleva a esperar¹¹ que el ozono, al ser un gas más denso que el oxígeno, se licuaría mucho más fácilmente. Esto se demostró realmente en 1880, por Chappuis y Hautefeuille en sus investigaciones sobre las propiedades físicas del ozono. Su punto de ebullición bajo una presión de 760 mm es de aproximadamente -106°, y en consecuencia el ozono comprimido y refrigerado, al expandirse rápidamente, forma gotas, es decir, se licúa. El ozono líquido y comprimido¹² es de color azul. Al disolverse en agua, el ozono pasa parcialmente a oxígeno. Explota violentamente cuando se comprime y calienta de repente, transformándose en oxígeno ordinario y desprendiendo, como todas las sustancias explosivas,¹³ ese calor extra que lo distingue del oxígeno.

Por consiguiente, a juzgar por lo que se ha dicho anteriormente, el ozono debe formarse en la naturaleza no solo en los numerosos procesos de oxidación que tienen lugar, sino también por la condensación del oxígeno atmosférico.

La importancia del ozono en la naturaleza ha llamado con frecuencia la atención de los observadores. Existe una serie de observaciones ozonométricas que muestran las diferentes cantidades de ozono en el aire en distintas localidades, en diferentes épocas del año y bajo diversas circunstancias. Pero las observaciones realizadas en este sentido no pueden considerarse suficientemente exactas, debido a que los métodos empleados para determinar el ozono no eran del todo precisos.

Sin embargo, es indiscutible¹⁴ que la cantidad de ozono en la atmósfera está sujeta a variaciones; que el aire de las viviendas no contiene ozono (este desaparece al oxidar materia orgánica); que el aire de los campos y bosques siempre contiene ozono, o sustancias (peróxido de hidrógeno) que actúan de manera similar (sobre el papel de almidón yodado, etc.)¹⁵; que la cantidad de ozono aumenta después de las tormentas; y que los miasmas, etc., son destruidos al ozonizar la atmósfera.

Oxida con facilidad las sustancias orgánicas, y los miasmas son producidos por sustancias orgánicas y gérmenes de organismos, todos los cuales se alteran y oxidan fácilmente. En efecto, muchos miasmas —por ejemplo, la sustancia volátil de los organismos en descomposición— son claramente destruidos o modificados no solo por el ozono, sino también por muchas otras sustancias fuertemente oxidantes, como el agua de cloro, el permanganato de potasio y similares.¹⁶

Todo lo que se sabe actualmente respecto a la presencia de ozono en el aire puede resumirse en las siguientes palabras: sin duda se ha observado y determinado en la atmósfera una pequeña cantidad de una sustancia oxidante, que se asemeja al ozono en sus reacciones, especialmente en el aire puro, por ejemplo, después de una tormenta; y es muy probable que esta sustancia contenga una mezcla de agentes oxidantes tales como ozono, peróxido de hidrógeno y óxidos inferiores de nitrógeno (especialmente ácido nitroso y su sal amoniacal), producidos a partir de los elementos de la atmósfera por oxidación y por la acción de descargas eléctricas.

Así vemos en el ozono

(1) la capacidad de los elementos (y debe ser aún más marcada en los compuestos) de cambiar de propiedades sin alterar su composición; esto se denomina isomerismo;¹⁷

(2) la capacidad de ciertos elementos para condensarse en moléculas de diferentes densidades; esto constituye un caso especial de isomerismo llamado polymerism;^fn_poly_note

(3) la capacidad del oxígeno para presentarse en un estado químico aún más activo y enérgico que aquel en el que se encuentra en el oxígeno gaseoso ordinario; y

(4) la formación de equilibrios inestables, o estados químicos, que se ilustran tanto por la facilidad con que el ozono actúa como oxidante como por su capacidad para descomponerse con explosión.¹⁸

Agua oxigenada.—Muchas de las propiedades que hemos visto en el ozono pertenecen también a una sustancia peculiar que contiene oxígeno e hidrógeno, llamada peróxido de hidrógeno o agua oxigenada. Esta sustancia fue descubierta en 1818 por Thénard. Al calentarse se descompone en agua y oxígeno, desprendiendo tanto oxígeno como el que contiene el agua restante tras la descomposición. Aquella porción de oxígeno en la que el peróxido de hidrógeno difiere del agua se comporta en varios casos exactamente igual que el oxígeno activo del ozono, lo que lo distingue del oxígeno ordinario. En el H₂O₂ y en el O₃, un átomo de oxígeno actúa como un oxidante potente, y al separarse deja H₂O u O₂, los cuales no actúan de forma tan enérgica, aunque todavía contienen oxígeno.¹⁹ Tanto el H₂O₂ como el O₃ contienen el oxígeno en un estado por así decirlo comprimido, y al liberarse de la presión por las fuerzas (internas) de los elementos en otra sustancia, este oxígeno se desprende con facilidad y, por lo tanto, actúa como lo hace el oxígeno en el momento de su liberación. Ambas sustancias, al descomponerse con la separación de una porción de su oxígeno, desprenden calor, mientras que la descomposición suele ir acompañada de una absorción de calor.

El peróxido de hidrógeno se forma bajo muchas circunstancias por combustión y oxidación, pero en cantidades muy limitadas; así, por ejemplo, basta con agitar zinc con ácido sulfúrico, o incluso con agua, para observar la formación de una cierta cantidad de peróxido de hidrógeno en el agua.²⁰

Debido a esta causa, probablemente, se llevan a cabo en la naturaleza una serie de diversos procesos de oxidación y, según el profesor Schöne de Moscú, el peróxido de hidrógeno se encuentra en la atmósfera, aunque en cantidades variables y pequeñas, y probablemente su formación esté relacionada con el ozono, con el cual tiene mucho en común.²¹

El modo habitual de formación del peróxido de hidrógeno, y el método mediante el cual puede obtenerse indirectamente, es por la descomposición doble de un ácido y los peróxidos de ciertos metales, especialmente los de potasio, calcio y bario.²²

Vimos al hablar del oxígeno (cap. III) que solo es necesario calentar el óxido anhidro de bario al rojo vivo en una corriente de aire u oxígeno (o, mejor aún, calentarlo con clorato de potasio y luego lavar el cloruro de potasio formado) para obtener peróxido de bario.²³

El peróxido de bario da peróxido de hidrógeno por la acción de los ácidos en frío.²⁴

El proceso de descomposición es muy claro en este caso; el hidrógeno del ácido reemplaza al bario del peróxido, formándose una sal de bario del ácido, mientras que el peróxido de hidrógeno formado en la reacción permanece en solución.²⁵

La reacción se expresa mediante la ecuación BaO₂ + H₂SO₄ = H₂O₂ + BaSO₄. Es preferible emplear una solución fría y débil de ácido sulfúrico y saturarla casi por completo con peróxido de bario, de modo que permanezca un pequeño exceso de ácido; se forma sulfato de bario insoluble. Se obtiene así una solución acuosa más o menos diluida de peróxido de hidrógeno. Esta solución puede concentrarse al vacío sobre ácido sulfúrico. De este modo, el agua puede incluso evaporarse por completo de la solución de peróxido de hidrógeno; solo que en este caso es necesario trabajar a baja temperatura y no mantener el peróxido durante mucho tiempo en la atmósfera enrarecida, ya que de lo contrario se descompone.²⁶ Una solución de peróxido de hidrógeno (mezclada con la solución de una sal de sodio NaX) se utiliza para el blanqueo (especialmente de seda y lana) a gran escala, y en la actualidad se prepara habitualmente a partir de peróxido de sodio Na₂O₂ mediante la acción de ácidos. Na₂O₂ + 2HX = 2NaX + H₂O₂²⁷.

Cuando es puro, el peróxido de hidrógeno es un líquido incoloro, inodoro y con un sabor muy desagradable, semejante al de las sales de muchos metales, el llamado sabor «metálico». El agua almacenada en recipientes de cinc tiene este sabor, el cual probablemente se deba a que contiene peróxido de hidrógeno.

La tensión del vapor de peróxido de hidrógeno es menor que la del vapor acuoso; esto permite que sus soluciones se concentren en el vacío. La gravedad específica del peróxido de hidrógeno anhidro es 1,455.

El peróxido de hidrógeno se descompone, con desprendimiento de oxígeno, al calentarse incluso a 20°. Pero cuanto más diluida es su solución acuosa, más estable resulta. Las soluciones muy débiles pueden destilarse sin que el peróxido de hidrógeno se descomponga. Decolora las soluciones de tornasol y cúrcuma, y actúa de manera similar sobre muchas materias colorantes de origen orgánico (motivo por el cual se emplea para blanquear tejidos).²⁸

Muchas sustancias descompónen el peróxido de hidrógeno, dando agua y oxígeno, sin sufrir aparentemente ningún cambio. En este caso, las sustancias en estado de división fina muestran una acción mucho más rápida que las masas compactas, de lo cual resulta evidente que la acción se basa aquí en el contacto (véase la Introducción). Es suficiente poner el peróxido de hidrógeno en contacto con carbón vegetal, oro, el peróxido de manganeso o de plomo, los álcalis, plata metálica y platino, para provocar la descomposición mencionada.²⁹

Además de lo cual, el peróxido de hidrógeno forma agua y se desprende de su oxígeno con gran facilidad ante numerosas sustancias capaces de oxidarse o de combinarse con el oxígeno, y en este aspecto se parece mucho al ozono y a otros poderosos oxidantes.³⁰ A la clase de los fenómenos de contacto, tan característicos del peróxido de hidrógeno como sustancia inestable y fácilmente descomponible con desprendimiento de calor, debe atribuirse lo siguiente: que en presencia de muchas sustancias que contienen oxígeno, este no solo desprende su propio oxígeno, sino también el de las sustancias que se ponen en contacto con él; es decir, actúa de manera reductora. Se comporta así con el ozono, los óxidos de plata, mercurio, oro y platino, y el peróxido de plomo. El oxígeno en estas sustancias no es estable, por lo que la débil influencia del contacto basta para destruir su posición. El peróxido de hidrógeno, especialmente en forma concentrada, al entrar en contacto con estas sustancias, desprende una inmensa cantidad de oxígeno, de modo que se produce una explosión y se observa un desprendimiento de calor sumamente potente si se hace gotear peróxido de hidrógeno en forma concentrada sobre estas sustancias en polvo seco. La descomposición lenta también tiene lugar en disoluciones diluidas.³¹

Así como toda una serie de compuestos metálicos, y en especial los óxidos y sus hidratos, corresponden al agua, también existen muchas sustancias análogas al peróxido de hidrógeno. Así, por ejemplo, el peróxido de calcio está relacionado con el peróxido de hidrógeno exactamente de la misma manera en que el óxido de calcio o cal está relacionado con el agua. En ambos casos el hidrógeno es reemplazado por un metal, a saber, el calcio.³²

Pero es sumamente importante señalar que la aproximación más cercana a las propiedades del peróxido de hidrógeno la ofrece un elemento no metálico, el cloro; su acción sobre las materias colorantes, su capacidad para oxidar y para desprender oxígeno de muchos óxidos son análogas a las que exhibe el peróxido de hidrógeno. Incluso la formación misma del cloro es estrechamente análoga a la formación del peróxido de hidrógeno; el cloro se obtiene a partir del peróxido de manganeso, MnO₂, y ácido clorhídrico, HCl, y el peróxido de hidrógeno a partir del peróxido de bario, BaO₂, y el mismo ácido. El resultado en un caso es esencialmente agua, cloro y cloruro de manganeso; y en el otro caso se producen cloruro de bario y peróxido de hidrógeno. De ahí que agua + cloro corresponda al peróxido de hidrógeno, y que la acción del cloro en presencia de agua sea análoga a la acción del peróxido de hidrógeno.

Esta analogía entre el cloro y el peróxido de hidrógeno se expresa en la concepción de un radical acuoso, que ya se ha mencionado (Capítulo III.). Este radical acuoso (u hidroxilo) es el que queda del agua si se imagina privada de la mitad de su hidrógeno. De acuerdo con este modo de expresión, la sosa cáustica será un compuesto de sodio con el radical acuoso, porque se forma a partir del agua con el desprendimiento de la mitad del hidrógeno. Esto se expresa mediante las siguientes fórmulas: agua, H₂O, sosa cáustica, NaHO, así como el ácido clorhídrico es HCl y el cloruro de sodio NaCl. Por consiguiente, el radical acuoso HO es un radical compuesto, al igual que el cloro, Cl, es un radical simple. Ambos dan compuestos de hidrógeno, HHO, agua, y HCl, ácido clorhídrico; compuestos de sodio, NaHO y NaCl, y toda una serie de compuestos análogos. El cloro libre en este sentido será ClCl, y el peróxido de hidrógeno HOHO, lo cual en efecto expresa su composición, porque contiene el doble de oxígeno que el agua.³³

Así, en el ozono y en el peróxido de hidrógeno vemos ejemplos de sustancias muy inestables, fácilmente descomponibles (por el tiempo, espontáneamente y por contacto), llenas de la energía necesaria para el cambio,³⁴ capaces de reconstituirse con facilidad (en este caso descomponiéndose con desprendimiento de calor); son, por tanto, ejemplos de equilibrios químicos inestables.

Si una sustancia existe, significa que ya presenta una cierta forma de equilibrio entre aquellos elementos a partir de los cuales está constituida. Pero los equilibrios químicos, al igual que los mecánicos, muestran diferentes grados de estabilidad o solidez.³⁵

Además de esto, el peróxido de hidrógeno presenta otra faceta del asunto que no es menos importante, y es mucho más clara y más general.

El hidrógeno se une con el oxígeno en dos grados de oxidación: agua u óxido de hidrógeno, y agua oxigenada o peróxido de hidrógeno; para una cantidad dada de hidrógeno, el peróxido contiene el doble de oxígeno que el agua. Este es un nuevo ejemplo que confirma la corrección de la ley de las proporciones múltiples, a la que ya nos hemos referido al hablar del agua de cristalización de las sales.

Ahora podemos formular esta ley: la ley de las proporciones múltiples.

Si dos sustancias A y B (ya sean simples o compuestas) se unen para formar varios compuestos, A_nB_m, A_qB_r ..., habiendo expresado las composiciones de todos estos compuestos de tal manera que la cantidad (en peso o volumen) de una de las partes componentes sea una cantidad constante A, se observará que en todos los compuestos AB_a, AB_b ... las cantidades de la otra parte componente, B, estarán siempre en relación inconmensurable [en español: en relación comensurable]; generalmente en proporción múltiplo simple —es decir, que a : b ..., o m⁄n es a r⁄q como números enteros, por ejemplo como 2 : 3 o 3 : 4....*

El análisis del agua muestra que en 100 partes en peso contiene 11,112 partes en peso de hidrógeno y 88,888 de oxígeno, y el análisis del peróxido de hidrógeno muestra que contiene 94,112 partes de oxígeno frente a 5,888 partes de hidrógeno. En este caso, el análisis se expresa, como los análisis por lo general, en porcentajes; es decir, da las cantidades de los elementos en cien partes en peso de la sustancia.

La comparación directa de las composiciones percentuales del agua y del peróxido de hidrógeno no arroja ninguna relación simple. Pero dicha relación resulta inmediatamente evidente si calculamos la composición del agua y del peróxido de hidrógeno tomando ya sea la cantidad de oxígeno o la cantidad de hidrógeno como una cantidad constante —por ejemplo, como la unidad—.

Las proporciones más simples muestran que en el agua se contienen ocho partes de oxígeno por una parte de hidrógeno, y en el peróxido de hidrógeno dieciséis partes de oxígeno por una parte de hidrógeno; o bien, una octava parte de hidrógeno en el agua y una dieciseisava parte de hidrógeno en el peróxido de hidrógeno por una parte de oxígeno. Naturalmente, el análisis no da estas cifras con absoluta exactitud —las da dentro de un cierto margen de error—, pero estas se aproximan, a medida que el error disminuye, a ese límite que aquí se da.

La comparación de las cantidades de hidrógeno y oxígeno en las dos sustancias antes mencionadas, tomando uno de los componentes como una cantidad constante, ofrece un ejemplo de la aplicación de la ley de las proporciones múltiples, debido a que el agua contiene ocho partes y el peróxido de hidrógeno dieciséis partes de oxígeno por una parte de hidrógeno, y estas cifras son conmensurables y guardan la sencilla proporción de 1 : 2.

Una proporción múltiple exactamente similar se observa en la composición de todos los demás compuestos químicos definidos bien investigados,³⁶ y por lo tanto la ley de las proporciones múltiples es aceptada en química como el punto de partida a partir del cual proceden otras consideraciones.

La ley de las proporciones múltiples fue descubierta a principios de este siglo por John Dalton, de Mánchester, al investigar los compuestos de carbono con hidrógeno. Parecía que dos compuestos gaseosos de estas sustancias —el gas de los pantanos, CH₄, y el gas olefiante, C₂H₄— contienen, para una y la misma cantidad de hidrógeno, cantidades de carbono que guardan una proporción múltiple; es decir, el gas de los pantanos contiene relativamente la mitad de carbono que el gas olefiante. Aunque el análisis de aquella época no era exacto, la veracidad de esta ley, reconocida por Dalton, fue confirmada posteriormente mediante investigaciones más precisas.

Al establecer la ley de las proporciones múltiples, Dalton dio una explicación hipotética de la misma. Esta explicación se basa en la teoría atómica de la materia. De hecho, la ley de las proporciones múltiples puede comprenderse muy fácilmente si se admite la estructura atómica de la materia.

La esencia de la teoría atómica es que se supone que la materia consiste en una aglomeración de partes pequeñas e indivisibles —átomos—, las cuales no ocupan todo el espacio que abarca una sustancia, sino que se encuentran separadas entre sí, del mismo modo en que el sol, los planetas y las estrellas no llenan todo el espacio del universo, sino que se hallan a cierta distancia unos de otros.

La forma y las propiedades de las sustancias están determinadas por la posición de sus átomos en el espacio y por su estado de movimiento, mientras que las reacciones que llevan a cabo las sustancias se entienden como redistribuciones de las posiciones relativas de los átomos y cambios en su movimiento.

La representación atómica de la materia surgió en épocas muy remotas,³⁷ y hasta tiempos recientes estuvo en desacuerdo con la hipótesis dinámica, la cual considera que la materia es tan solo una manifestación de fuerzas. En la actualidad, sin embargo, la mayoría de los hombres de ciencia defienden la hipótesis atómica, aunque la concepción actual de un átomo difiere bastante de la de los filósofos antiguos.

Hoy en día se considera al átomo más bien como un individuo o unidad que es indivisible por fuerzas físicas³⁸ y químicas, mientras que el átomo de los antiguos era en realidad mecánicamente y geométricamente indivisible. Cuando Dalton (1804) descubrió la ley de las proporciones múltiples, se declaró a favor de la doctrina atómica, debido a que esta permite comprender muy fácilmente dicha ley.

Si la divisibilidad de cada elemento tiene un límite, a saber, el átomo, entonces los átomos de los elementos son los límites extremos de toda divisibilidad, y si difieren entre sí en su naturaleza, la formación de un compuesto a partir de materia elemental debe consistir en la agregación de varios átomos diferentes en un todo o sistema de átomos, denominados ahora partículas o moléculas.

Como los átomos solo pueden combinarse en sus masas íntegras, es evidente que no solo la ley de la composición definida, sino también la de las proporciones múltiples, deben aplicarse a la combinación de los átomos entre sí; pues un átomo de una sustancia puede combinarse con uno, dos o tres átomos de otra sustancia, o en general uno, dos, tres átomos de una sustancia pueden combinarse con uno, dos o tres átomos de otra; siendo esta la esencia de la ley de las proporciones múltiples.

Los datos químicos y físicos se explican muy bien con la ayuda de la teoría atómica. El desplazamiento de un elemento por otro sigue la ley de equivalencia. En este caso, uno o varios átomos de un elemento dado toman el lugar de uno o varios átomos de otro elemento en sus compuestos. Los átomos de diferentes sustancias pueden mezclarse entre sí en el mismo sentido en que la arena puede mezclarse con la arcilla. No se unen formando un todo único, es decir, no hay una fusión perfecta en uno u otro caso, sino solo una yuxtaposición, formándose un todo homogéneo a partir de partes individuales. Este es el primer y más sencillo método de aplicar la teoría atómica a la explicación de los fenómenos químicos.³⁹

Un cierto número de átomos n de un elemento A, al combinarse con varios átomos m de otro elemento B, dan un compuesto A_n B_m, cada molécula del cual contendrá los átomos de los elementos A y B en esta proporción, y por lo tanto el compuesto presentará una composición definida, expresada por la fórmula A_nB_m, donde A y B son los pesos de los átomos y n y m su número relativo.

Si los mismos elementos A y B, además de A_nB_m, producen también otro compuesto A_rB_q, entonces, expresando la composición del primer compuesto mediante A_nrB_mr (y esta es la misma composición que A_nB_m), y la del segundo compuesto mediante A_rnB_qn, tenemos la ley de las proporciones múltiples, porque para una cantidad dada del primer elemento, A_rn, se presentan cantidades del segundo elemento que guardan entre sí la misma proporción que mr es a qn; y como m, r, q y n son números enteros, sus productos también son números enteros, y esto se expresa mediante la ley de la proporción múltiple.

En consecuencia, la teoría atómica está de acuerdo con las primeras leyes de los compuestos químicos definidos y evoca las mismas: la ley de la composición definida y la ley de las proporciones múltiples.

Así también es la relación de la teoría atómica con la tercera ley de los compuestos químicos definidos, la ley de los pesos de combinación recíprocos, que es la siguiente:—Si un cierto peso de una sustancia C se combina con un peso a de una sustancia A, y con un peso b de una sustancia B, entonces también las sustancias A y B se combinarán entre sí en las cantidades a y b (o en múltiplos de ellas). Esto debería ser así a partir de la concepción de los átomos. Sean A, B y C los pesos de los átomos de las tres sustancias, y para simplificar el razonamiento supóngase que la combinación tiene lugar entre átomos individuales. Es evidente que si la sustancia da AC y BC, entonces las sustancias A y B darán un compuesto AB, o su múltiplo, A_nB_m. Y así ocurre en realidad en la naturaleza.

El azufre se combina con el hidrógeno y con el oxígeno. El sulfuro de hidrógeno contiene treinta y dos partes en peso de azufre por dos partes en peso de hidrógeno; esto se expresa mediante la fórmula H₂S. El dióxido de azufre, SO₂, contiene treinta y dos partes de azufre y treinta y dos partes de oxígeno, y por lo tanto concluimos, a partir de la ley de los pesos de combinación, que el oxígeno y el hidrógeno se combinarán en la proporción de dos partes de hidrógeno y treinta y dos partes de oxígeno, o múltiplos de las mismas. Y hemos visto que este es el caso. El peróxido de hidrógeno contiene treinta y dos partes de oxígeno, y el agua dieciséis partes, por dos partes de hidrógeno; y así ocurre en todos los demás casos.

Esta consecuencia de la teoría atómica está de acuerdo con la naturaleza, con los resultados del análisis, y es una de las leyes más importantes de la química. Es una ley porque indica la relación entre los pesos de las sustancias que entran en combinación química. Además, es una ley eminentemente exacta, y no aproximada.

La ley de los pesos de combinación es una ley de la naturaleza, y de ningún modo una hipótesis, pues aun si se refutara toda la teoría de los átomos, las leyes de las proporciones múltiples y de los pesos de combinación seguirán subsistiendo, en la medida en que tratan con hechos. Se puede conjeturar sobre ellas a partir del sentido de la teoría atómica, e históricamente la ley de los pesos de combinación está íntimamente conectada con esta teoría; pero no son idénticas, sino que solo están conectadas con ella.

La ley de los pesos de combinación se formula con gran facilidad y es una consecuencia inmediata de la teoría atómica; sin ella, resulta incluso difícil de comprender. Los datos para su evolución existían previamente, pero no fue formulada hasta que dichos datos fueron interpretados por la teoría atómica, una hipótesis que hasta el momento presente no ha contradicho ni el experimento ni el hecho, y es útil y de aplicación general.

Tal es la naturaleza de las hipótesis. Son indispensables para la ciencia; otorgan un orden y una sencillez que difícilmente se pueden alcanzar sin su ayuda. Toda la historia de la ciencia es una prueba de ello. Y por lo tanto se puede decir verdaderamente que es mejor aferrarse a una hipótesis que después pueda resultar falsa que no tener ninguna en absoluto. Las hipótesis facilitan el trabajo científico y lo hacen coherente. En la búsqueda de la verdad, como el arado del agricultor, ayudan a hacer avanzar la labor del trabajador.

Notas al pie: