El nitrógeno gaseoso constituye aproximadamente las cuatro quintas partes (en volumen) de la atmósfera; en consecuencia, el aire contiene una masa sumamente grande de él.
A pesar de entrar en una cantidad tan considerable en la composición del aire, el nitrógeno no parece desempeñar ningún papel activo en la atmósfera, cuya acción química depende principalmente del oxígeno que contiene.
Pero esta no es una idea enteramente correcta, debido a que la vida animal no puede existir en el oxígeno puro, en el cual los animales pasan a un estado anormal y mueren; y el nitrógeno del aire, aunque lentamente, forma diversos compuestos, muchos de los cuales desempeñan un papel importantísimo en la naturaleza, especialmente en la vida de los organismos. Sin embargo, ni las plantas1 ni los animales absorben directamente el nitrógeno del aire, sino que lo toman de compuestos nitrogenados ya preparados; además, las plantas se nutren de las sustancias nitrogenadas contenidas en el suelo y en el agua, y los animales de las sustancias nitrogenadas contenidas en las plantas y en otros animales.
La electricidad atmosférica es capaz de facilitar el paso del nitrógeno gaseoso a compuestos nitrogenados, como veremos más adelante, y las sustancias resultantes son transportadas al suelo por la lluvia, donde sirven para la nutrición de las plantas. Las cosechas abundantes, las buenas producciones de heno, el crecimiento vigoroso de los árboles —siendo las demás condiciones iguales— solo se obtienen cuando el suelo contiene compuestos nitrogenados ya preparados, que consisten ya sea en aquellos que se encuentran en el aire y en el agua, o en los residuos de la descomposición de otras plantas o animales (como en el estiércol).
Las sustancias nitrogenadas contenidas en los animales tienen su origen en aquellas sustancias que se forman en las plantas. Así, el nitrógeno de la atmósfera es el origen de todas las sustancias nitrogenadas presentes en los animales y las plantas, aunque no de forma directa, sino tras combinarse primero con los demás elementos del aire.
Los compuestos nitrogenados que entran en la composición de las plantas y de los animales son de importancia primordial; ninguna célula vegetal o animal —es decir, la forma elemental del organismo— existe sin contener una sustancia nitrogenada y, por otra parte, la vida orgánica se manifiesta principalmente en estas sustancias nitrogenadas.
Los gérmenes, las semillas y aquellas partes por las cuales las células se multiplican abundan en sustancias nitrogenadas; el conjunto de los fenómenos propios de los organismos depende primordialmente de las propiedades químicas de las sustancias nitrogenadas que entran en su composición.
Bastará, por ejemplo, señalar el hecho de que los organismos vegetales y animales, claramente distinguibles como tales, se caracterizan por un grado diferente de energía en su naturaleza y, al mismo tiempo, por una diferencia en la cantidad de sustancias nitrogenadas que contienen. En las plantas, que en comparación con los animales poseen poca actividad, al ser incapaces de movimiento independiente, etc., la cantidad de nitrógeno es mucho menor que en los animales, cuyos tejidos están formados casi exclusivamente por sustancias nitrogenadas.
Es notable que las partes nitrogenadas de las plantas, principalmente de las órdenes inferiores, presenten a veces formas y propiedades que se aproximan a las de los organismos animales; por ejemplo, las zoosporas de las algas marinas, o aquellas partes por medio de las cuales estas últimas se multiplican. Estas zoosporas, al abandonar el alga marina, se asemejan en muchos aspectos a las órdenes inferiores de la vida animal, al tener, como estas últimas, la propiedad de moverse. También se aproximan al reino animal en su composición, ya que su cubierta exterior contiene materia nitrogenada. Directamente cuando la zoospora se cubre con esa capa no nitrogenada o celular que es propia de todas las células ordinarias de las plantas, pierde toda semejanza con un organismo animal y se convierte en una pequeña planta.
A partir de esto, se puede pensar que la causa de la diferencia en los procesos vitales de los animales y las plantas es la cantidad diferente de sustancias nitrogenadas que contienen. Las sustancias nitrogenadas que se encuentran en las plantas y en los animales pertenecen a una serie de compuestos químicos sumamente complejos y muy mudables; su composición elemental por sí sola demuestra esto; además de nitrógeno, contienen carbono, hidrógeno, oxígeno y azufre.
Al distinguirse por una inestabilidad muy grande bajo muchas condiciones en las cuales otros compuestos permanecen inalterados, estas sustancias son aptas para aquellos cambios perpetuos que constituyen la primera condición de la actividad vital. Estas sustancias nitrogenadas, complejas y mudables, del organismo se denominan sustancias proteicas. La clara de huevo es un ejemplo familiar de dicha sustancia. También están contenidas en la carne de los animales, los elementos cuajados de la leche, la materia glutinosa de la harina de trigo o el llamado gluten, que forma el componente principal de los macarrones, etc.
El nitrógeno se encuentra en la corteza terrestre, en compuestos que forman los restos de plantas y animales, o bien derivados del nitrógeno de la atmósfera como consecuencia de su combinación con los otros componentes del aire. No se encuentra en otras formas en la corteza terrestre; de modo que el nitrógeno debe considerarse, en contraposición al oxígeno, como un elemento puramente superficial, y que no se extiende a las profundidades de la tierra.
El nitrógeno se libera en estado libre en la descomposición de las sustancias orgánicas nitrogenadas que entran en la composición de los organismos; por ejemplo, en su combustión.
Todas las sustancias orgánicas arden cuando se calientan al rojo vivo con oxígeno (o sustancias que lo ceden fácilmente, como el óxido de cobre); el oxígeno se combina con el carbono, el azufre y el hidrógeno, y el nitrógeno se desprende en estado libre, porque a alta temperatura no forma ningún compuesto estable, sino que permanece sin combinarse.
El anhídrido carbónico y el agua se forman a partir del carbono y del hidrógeno respectivamente, y por lo tanto, para obtener nitrógeno puro es necesario eliminar el anhídrido carbónico de los productos gaseosos obtenidos. Esto puede hacerse muy fácilmente mediante la acción de álcalis; por ejemplo, la sosa cáustica.
La cantidad de nitrógeno en las sustancias orgánicas se determina mediante un método basado en esto.
También es muy fácil obtener nitrógeno del aire, porque el oxígeno se combina con muchas sustancias. Por lo general, se emplea fósforo o cobre metálico para eliminar el oxígeno del aire, pero, naturalmente, también se pueden utilizar otras sustancias.
Si se coloca un platillo pequeño sobre el cual se ha puesto un trozo de fósforo en un corcho que flota en el agua, se enciende el fósforo y se cubre todo con una campana de vidrio, entonces el aire bajo la campana quedará desprovisto de su oxígeno y solo quedará nitrógeno, debido a lo cual, al enfriarse, el agua ascenderá hasta cierto punto en la campana de vidrio.
El mismo objetivo (obtener nitrógeno del aire) se logra de manera mucho más cómoda y perfecta haciendo pasar aire a través de un tubo al rojo vivo que contenga limaduras de cobre. A una temperatura de rojo vivo, el cobre metálico se combina con el oxígeno y da un polvo negro de óxido de cobre. Si la capa de cobre es lo suficientemente larga y la corriente de aire lenta, todo el oxígeno será absorbido y solo saldrá nitrógeno del tubo.3
El nitrógeno también puede obtenerse a partir de muchos de sus compuestos con oxígeno4 e hidrógeno,5 pero el más adecuado para este fin es una mezcla salina que contenga, por un lado, un compuesto de nitrógeno con oxígeno, denominado anhídrido nitroso, N2O3, y por el otro, amoníaco, NH3—es decir, un compuesto de nitrógeno con hidrógeno. Al calentar dicha mezcla, el oxígeno del anhídrido nitroso se combina con el hidrógeno del amoníaco, formando agua, y se desprende nitrógeno gaseoso, 2NH3 + N2O3 = 3H2O + N4. El nitrógeno se obtiene por este método de la siguiente manera:—Se satura una disolución de potasa cáustica con anhídrido nitroso, obteniéndose así nitrito de potasio. Por otro lado, se prepara una disolución de ácido clorhídrico saturada de amoníaco; de este modo se forma en la disolución una sustancia salina llamada cloruro de amonio, NH4Cl. Las dos disoluciones así preparadas se mezclan y se calientan. La reacción tiene lugar de acuerdo con la ecuación KNO2 + NH4Cl = KCl + 2H2O + N2. Esta reacción transcurre en virtud del hecho de que el nitrito de potasio y el cloruro de amonio son sales que, al intercambiar sus metales, dan cloruro de potasio y nitrito de amonio, NH4NO2, el cual se descompone en agua y nitrógeno. Esta reacción no tiene lugar sin la ayuda del calor, pero transcurre con mucha facilidad a una temperatura moderada. De las sustancias resultantes, únicamente el nitrógeno es gaseoso. Se puede obtener nitrógeno puro secando el gas resultante y haciéndolo pasar a través de una disolución de ácido sulfúrico (para absorber una cierta cantidad de amoníaco que se desprende en la reacción).6
Nitrogen is a gaseous substance which does not differ much in physical properties from air; its density, referred to hydrogen, is approximately equal to 14—that is, it is slightly lighter than air, its density referred to air being 0·972; one litre of nitrogen weighs 1·257 gram. Nitrogen mixed with oxygen, which is slightly heavier than air, forms air. It is a gas which, like oxygen and hydrogen, is liquefied with difficulty, and is but little soluble in water and other liquids.7
Its absolute boiling point is about -140°; above this temperature it is not liquefiable by pressure, and at lower temperatures it remains a gas at a pressure of 50 atmospheres. Liquid nitrogen boils at -193°, so that it may be employed as a source of great cold. At about -203°, in vaporising under a decrease of pressure, nitrogen solidifies into a colourless snow-like mass.
Nitrogen does not burn,8 does not support combustion, is not absorbed by any of the reagents used in gas analysis, at least at the ordinary temperature—in a word, it presents a whole series of negative chemical properties; this is expressed by saying that this element has no energy for combination. Although it is capable of forming compounds both with oxygen and hydrogen as well as with carbon, yet these compounds are only formed under particular circumstances, to which we will directly turn our attention.
At a red heat nitrogen combines with boron, titanium, and silicon, barium, magnesium, &c., forming very stable nitrogenous compounds,9 whose properties are entirely different from those of nitrogen with hydrogen, oxygen and carbon.
However, the combination of nitrogen with carbon, although it does not take place directly between the elements at a red heat, yet proceeds with comparative ease by heating a mixture of charcoal with an alkaline carbonate, especially potassium carbonate or barium carbonate, to redness, carbo-nitrides or cyanides of the metals being formed; for instance, K2CO3 + 4C + N2 = 2KCN + 3CO.10
El nitrógeno se encuentra junto con el oxígeno en el aire, pero no se combinan fácilmente. Cavendish, sin embargo, en el siglo pasado, demostró que el nitrógeno se combina con el oxígeno bajo la influencia de una serie de chispas eléctricas.
Las chispas eléctricas, al pasar a través de una mezcla húmeda11 de nitrógeno y oxígeno, hacen que estos elementos se combinen y formen vapores de color marrón rojizo de óxidos de nitrógeno,12 que forman ácido nítrico,13 .
La presencia de este último se reconoce fácilmente, no solo porque enrojece el papel de tornasol, sino también porque actúa como un poderoso oxidante incluso para el mercurio. Condiciones similares a estas se dan en la naturaleza, durante una tormenta eléctrica u otras descargas eléctricas que ocurren en la atmósfera; por lo que puede darse por sentado que el aire y el agua de lluvia siempre contienen trazas de ácidos nítrico y nitroso.14
Además de esto, Crookes (1892) demostró que, bajo ciertas circunstancias y cuando electricidad de alto potencial15 pasa a través del aire, la combinación del nitrógeno con el oxígeno va acompañada de la formación de una verdadera llama. Esto también se había observado anteriormente (1880) durante el paso de descargas eléctricas a través del aire.
Nuevas observaciones demostraron que bajo la influencia de las descargas eléctricas,16 tanto silenciosas como en forma de chispas, el nitrógeno es capaz de entablar numerosas reacciones con el hidrógeno y con muchos hidrocarburos; a pesar de que dichas reacciones no pueden lograrse mediante la exposición al rojo al rojo vivo.
Así, por ejemplo, una serie de chispas eléctricas que atraviesan una mezcla de nitrógeno e hidrógeno hace que se combinen y formen amoníaco17 o hidruro de nitrógeno, NH3, compuesto por un volumen de nitrógeno y tres volúmenes de hidrógeno. Esta combinación se limita a la formación de un 6 por ciento de amoníaco, debido a que el amoníaco se descompone, aunque no en su totalidad
( 94 / 100 )
por las chispas eléctricas. Esto significa que bajo la influencia de una descarga eléctrica la reacción NH3 = N + 3H es reversible, por consiguiente se trata de una disociación, en la cual se alcanza un estado de equilibrio.
El equilibrio puede romperse mediante la adición de ácido clorhídrico gaseoso, HCl, puesto que con el amoníaco forma un compuesto salino sólido, el cloruro de amonio, NH4Cl, el cual (al formarse a partir de una mezcla gaseosa de 3H, N y HCl) fija el amoníaco. La masa restante de nitrógeno e hidrógeno, bajo la acción de las chispas, vuelve a formar amoníaco, y de este modo se obtiene cloruro de amonio sólido hasta el final mediante la acción de una serie de chispas eléctricas sobre una mezcla de N, H3 y HCl gaseosos.18
Berthelot (1876) demostró que bajo la acción de una descarga silenciosa muchas sustancias orgánicas no nitrogenadas (benceno, C6H6, celulosa en forma de papel, resina, glucosa, C6H10O5, y otras) absorben nitrógeno y forman complejos compuestos nitrogenados, los cuales son capaces, al igual que las sustancias albuminoides, de desprender su nitrógeno en forma de amoníaco cuando se calientan con álcalis.19
Por tan indirectos métodos rinde el nitrógeno gaseoso de la atmósfera sus compuestos primarios, bajo cuya forma penetra en las plantas, y es elaborado en ellas en complejos albuminoides.20
Pero, partiendo de un compuesto dado de nitrógeno con hidrógeno u oxígeno, podemos, sin la ayuda de organismos, obtener, como se indicará parcialmente más adelante, sustancias nitrogenadas de lo más diversas y complejas, que de ningún modo pueden formarse directamente a partir del nitrógeno gaseoso. Vemos en esto un ejemplo no solo de la diferencia entre un elemento en estado libre y un elemento intrínseco, sino también de esos métodos sinuosos o indirectos mediante los cuales se forman las sustancias en la naturaleza. El descubrimiento, la pronosticación y, en general, el estudio de tales métodos indirectos de preparación y formación de sustancias constituye uno de los problemas actuales de la química.
Del hecho de que A no actúe en absoluto sobre B, no debe concluirse que no pueda formarse un compuesto AB. Las sustancias A y B contienen átomos que se encuentran en AB, pero su estado o la naturaleza de su movimiento puede no ser en absoluto el requerido para la formación de AB, y en esta sustancia el estado químico de los elementos puede ser tan diferente como el estado de los átomos de oxígeno en el ozono y en el agua.
Así, el nitrógeno libre es inactivo; pero en sus compuestos entra muy fácilmente en cambios y se distingue por una gran actividad. El conocimiento de los compuestos del nitrógeno lo confirma. Pero, antes de entrar en este tema, consideremos el aire como una masa que contiene nitrógeno libre.
A juzgar por lo que ya se ha expuesto, resultará evidente que el aire atmosférico21 contiene una mezcla de varios gases y vapores.
Algunos de ellos se encuentran en él en proporciones casi constantes, mientras que otros, por el contrario, son muy variables en su cantidad. Los principales componentes del aire, ordenados según sus cantidades relativas, son los siguientes:
- nitrógeno,22
- oxígeno,
- vapor acuoso,
- anhídrido carbónico,
- ácido nítrico,
- sales de amoníaco,
- óxidos de nitrógeno,
- y también ozono, peróxido de hidrógeno y complejas sustancias orgánicas nitrogenadas.
Además de estos, el aire por lo general contiene agua, en forma de rociada, gotas y nieve, y partículas de sólidos, quizás de origen cósmico en ciertos casos, pero en la mayoría de las ocasiones procedentes del traslado mecánico de partículas sólidas de una localidad a otra por acción del viento.
Estas pequeñas partículas sólidas y líquidas (que poseen una gran superficie en proporción a su peso) se encuentran suspendidas en el aire del mismo modo que la materia sólida se halla suspendida en el agua turbia; a menudo se depositan en la superficie de la tierra, pero el aire nunca está completamente libre de ellas porque jamás se encuentran en un estado de reposo absoluto.
Luego, el aire no pocas veces contiene trazas accidentales de diversas sustancias, como todo el mundo sabe por experiencia. Estas sustancias accidentales pertenecen a veces al orden de aquellas que actúan de forma perjudicial, como los gérmenes de organismos inferiores —por ejemplo, de los mohos— y la clase de los vectores de enfermedades infecciosas.
En el aire de los diversos países de la tierra, a diferentes longitudes y a diferentes altitudes sobre su superficie, en el océano o en tierra firme; en una palabra, en el aire de las más diversas localidades de la tierra, el oxígeno y el nitrógeno se encuentran en todas partes en una proporción constante.
Esto es, además, evidente por el hecho de que el aire se difunde constantemente (se intermezcla en virtud del movimiento interno de las partículas gaseosas) y también es puesto en movimiento e intermezclado por el viento, mediante cuyos procesos su composición se uniforma en toda la superficie de la tierra.
En aquellas localidades donde el aire está sujeto a cambios y se encuentra en un espacio más o menos cerrado, o, en cualquier caso, en un espacio sin ventilar, su composición puede alterarse de manera muy considerable. Por esta razón, el aire en las viviendas, sótanos y pozos, en los cuales hay sustancias que absorben oxígeno, contiene menos de este gas, mientras que el aire en la superficie de aguas estancadas, que abundan en órdenes inferiores de vida vegetal que desprenden oxígeno, contiene un exceso de dicho gas.23
La composición constante del aire en toda la superficie de la tierra ha sido demostrada por una serie de investigaciones muy minuciosas.24
The analysis of air se efectúa convirtiendo el oxígeno en un compuesto no gaseoso, para así separarlo del aire. El volumen original del aire se mide primero, y luego el volumen del nitrógeno restante. La cantidad de oxígeno se calcula ya sea a partir de la diferencia entre estos volúmenes o por el peso del compuesto de oxígeno formado. Todas las mediciones volumétricas deben corregirse en función de la presión, la temperatura y la humedad (Capítulos I y II).
El medio empleado para convertir el oxígeno en una sustancia no gaseosa debe permitir que este sea absorbido del nitrógeno hasta el final sin desprender ninguna sustancia gaseosa. Así, por ejemplo,25 una mezcla de pirogalol, C6H6O3, con una solución de un álcali cáustico absorbe oxígeno con gran facilidad a la temperatura ordinaria (la solución se vuelve negra), pero no es adecuada para un análisis exacto porque requiere una solución acuosa de un álcali, y altera la composición del aire al actuar sobre él como disolvente.26 Sin embargo, para determinaciones aproximadas este sencillo método arroja resultados completamente satisfactorios.
Las determinaciones en un eudiómetro (Capítulo III) dan resultados más exactos si se tienen en cuenta todas las correcciones necesarias por cambios de presión, temperatura y humedad. Esta determinación se lleva a cabo esencialmente del modo siguiente: se introduce una cierta cantidad de aire en el eudiómetro y se determina su volumen. A continuación se hace pasar por el eudiómetro un volumen aproximadamente igual de hidrógeno seco y se vuelve a determinar el volumen. La mezcla se hace estallar entonces de la manera descrita para la determinación de la composición del agua. Se mide de nuevo el volumen restante de la mezcla gaseosa; este será menor que el segundo de los volúmenes medidos previamente. De tres volúmenes que han desaparecido, uno pertenecía al oxígeno y dos al hidrógeno; por consiguiente, un tercio de la pérdida de volumen indica la cantidad de oxígeno contenida en el aire.27
El método más completo para el análisis del aire, y uno que va acompañado de la menor cantidad de error, consiste en la pesada directa, en la medida de lo posible, del oxígeno, nitrógeno, agua y anhídrido carbónico contenidos en él.
Con este fin, el aire se hace pasar primero a través de un aparato para retener la humedad y el anhídrido carbónico (que se considerará en breve), y luego se conduce a través de un tubo que contiene virutas de cobre metálico y que ha sido previamente pesado.
Una larga capa de dicho cobre calentado al rojo absorbe todo el oxígeno del aire y deja nitrógeno puro, cuyo peso debe determinarse. Esto se realiza recogiéndolo en un globo pesado y vacío, mientras que la cantidad en peso de oxígeno se indica por el aumento de peso del tubo con el cobre después del experimento.
El aire libre de humedad y anhídrido carbónico28 contiene de 20·95 a 20·8829 partes en volumen de oxígeno; la cantidad media de oxígeno será por tanto de 20·92 ± 0·05 por ciento.
Tomando la densidad del aire = 1 y la del oxígeno = 1·105 y la del nitrógeno 0·972, la composición del aire en peso será de 23·12 por ciento de oxígeno y 76·88 por ciento de nitrógeno.30
La posibilidad de que la composición del aire se vea alterada por la mera acción de un disolvente muestra con mucha claridad que las partes componentes del aire se encuentran en un estado de mezcla, en el cual puede haber cualesquiera gases; en este caso no forman un compuesto definido, aunque la composición de la atmósfera sí parezca constante en condiciones ordinarias.
El hecho de que su composición varíe bajo diferentes condiciones confirma la verdad de esta conclusión y, por lo tanto, la constancia de la composición del aire no debe considerarse de ningún modo dependiente de la naturaleza de los gases que entran en su composición, sino únicamente como procedente de fenómenos cósmicos que cooperan hacia dicha constancia.
Debe admitirse, por tanto, que los procesos que desprenden oxígeno, y principalmente los procesos de la respiración de las plantas, tienen igual fuerza que aquellos procesos que absorben oxígeno en toda la superficie de la tierra.31
El aire contiene siempre mayor o menor humedad32 y anhídrido carbónico producido por la respiración de los animales y la combustión del carbono y de los compuestos carbonosos. Este último muestra las propiedades de un anhídrido ácido.
Para determinar la cantidad de anhídrido carbónico en el aire, se emplean sustancias que lo absorben, a saber, álcalis en solución o sólidos. Se vierte una solución de potasa cáustica, KHO, en recipientes de vidrio ligero, a través de los cuales se hace pasar el aire, y la cantidad de anhídrido carbónico se determina por el aumento de peso del recipiente. Pero lo mejor es tomar una masa alcalina porosa y sólida como la cal sodada.33
Con una corriente lenta de aire, una capa de cal sodada de 20 cm de longitud es suficiente para privar por completo a 1 metro cúbico de aire del anhídrido carbónico que contiene. Una serie de tubos que contienen cloruro de calcio para absorber la humedad34 se coloca antes del aparato para la absorción del anhídrido carbónico, y una masa medida de aire se hace pasar a través de todo el aparato por medio de un aspirador.
De este modo, la determinación de la humedad se combina con la absorción del anhídrido carbónico. El dispositivo mostrado en la fig. 38 es una combinación de este tipo.
La cantidad de anhídrido carbónico35 en el aire libre es incomparablemente más constante que la cantidad de humedad. La cantidad promedio en 100 volúmenes de aire seco es de aproximadamente 0,03 volúmenes, es decir, 10.000 volúmenes de aire contienen cerca de tres volúmenes de anhídrido carbónico, con mayor frecuencia alrededor de 2,95 volúmenes. Como la gravedad específica del anhídrido carbónico con respecto al aire es = 1,52, se deduce que 100 partes en peso de aire contienen 0,045 partes en peso de anhídrido carbónico.
Esta cantidad varía según la época del año (más en invierno), la altitud sobre el nivel del mar (menos a grandes altitudes), la proximidad a bosques y campos (menos) o a ciudades (mayor), etc. Pero la variación es pequeña y rara vez supera los límites de 2½ a 4 diezmilésimas por volumen.36
Dado que existen muchas influencias locales naturales que aumentan la cantidad de anhídrido carbónico en el aire (respiración, combustión, descomposición, erupciones volcánicas, etc.) o la disminuyen (absorción por parte de las plantas y el agua), la razón de la gran constancia en la cantidad de este gas en el aire debe buscarse, en primer lugar, en el hecho de que el viento mezcla el aire de diversas localidades y, en segundo lugar, en el hecho de que las aguas del océano, que contienen ácido carbónico en solución,37 constituyen un inmenso depósito para regular la cantidad de este gas en la atmósfera. Tan pronto como la presión parcial del anhídrido carbónico en el aire disminuye, el agua lo desprende, y cuando la presión parcial aumenta, lo absorbe, proporcionando así la naturaleza las condiciones para un estado natural de equilibrio dinámico en este, como en tantos otros casos.38
A excepción del nitrógeno, el oxígeno, la humedad y el ácido carbónico, todas las demás sustancias presentes en el aire se encuentran en cantidades infinitesimalmente pequeñas en peso y, por tanto, el peso de una medida cúbica de aire depende, de manera perceptible, únicamente de los componentes antes mencionados.
Ya hemos mencionado que a 0° y 760 mm de presión el peso de un litro cúbico de aire es de 1,293 gramos. Este peso varía con la aceleración de la gravedad, g, de modo que si g se expresa en metros, el peso de un litro de aire, e = g × 0,131844 gramos.
Para San Petersburgo, g es aproximadamente 9,8188 y, por lo tanto, e es aproximadamente 1,2946,39 entendiéndose que el aire está seco y libre de anhídrido carbónico. Tomando la cantidad de este último como 0,03 por cada 100 volúmenes, obtenemos un peso mayor; por ejemplo, para San Petersburgo e = 1,2948 en lugar de 1,2946 gramos.
El peso de un litro de aire húmedo en el cual la tensión40 del vapor de agua (presión parcial) = f mm, a una presión (total) del aire de H milímetros, a una temperatura t, será (es decir, si a 0° y 760 mm el peso del aire seco = e) igual a
e / 1 + 0·00367t ×
H - 0·38f / 760 . Por ejemplo, si H = 730 mm., t = 20° y f = 10 mm. (la humedad es entonces ligeramente inferior al 60 p.c.), el peso de un litro de aire en San Petersburgo = 1·1527 gramos.41
La presencia de amoníaco, un compuesto de nitrógeno e hidrógeno, en el aire, se indica por el hecho de que todos los ácidos expuestos al aire absorben amoníaco de este al cabo de un tiempo.
De Saussure observó que el sulfato de aluminio se convierte por la acción del aire en un sulfato doble de amonio y aluminio, o el llamado alumbre amoniacal.
Las determinaciones cuantitativas han demostrado que la cantidad de amoníaco42 contenida en el aire varía en distintos períodos. Sin embargo, puede aceptarse que 100 metros cúbicos de aire no contienen menos de 1 ni más de 5 miligramos de amoníaco.
Es notable que el aire de las montañas contenga más amoníaco que el aire de los valles. El aire en aquellos lugares donde se acumulan sustancias animales en proceso de descomposición, y especialmente el de los establos, contiene por lo general una cantidad mucho mayor de este gas. Esta es la razón del peculiar olor acre que se advierte en tales lugares.
Además, el amoníaco, como veremos en el capítulo siguiente, se combina con los ácidos, por lo que debería encontrarse en el aire en forma de tales combinaciones, ya que el aire contiene ácidos carbónico y nítrico.
La presencia de ácido nítrico en el aire queda demostrada sin lugar a dudas por el hecho de que el agua de lluvia contiene una cantidad apreciable del mismo.
Además (como ya se ha mencionado en el capítulo IV), el aire contiene ozono, peróxido de hidrógeno y ácido nitroso (y su sal amoniacal), es decir, sustancias que poseen una acción oxidante directa (por ejemplo, sobre el papel de almidón yodado), pero se encuentran presentes en cantidades muy reducidas.43
Aparte de las sustancias en estado gaseoso o vaporoso,44 siempre se halla una cantidad más o menos considerable de sustancias que no se conocen en estado de vapor. Estas sustancias están presentes en el aire en forma de polvo.
Si se coloca una superficie de lino, humedecida con un ácido, en aire perfectamente puro, se descubre entonces que los lavados contienen sodio, calcio, hierro y potasio.45 El lino humedecido con un álcali absorbe ácidos carbónico, sulfúrico, fosfórico y clorhídrico. Además, mediante un experimento similar se ha demostrado la presencia de sustancias orgánicas en el aire.
Si se llena un globo de vidrio con hielo y se coloca en una habitación donde hay un número de personas, se puede probar entonces la presencia de sustancias orgánicas, como sustancias albuminosas, en el agua que se condensa en la superficie del globo. Puede ser que los miasmas que causan infección en localidades pantanosas, hospitales y en ciertas enfermedades epidémicas provengan de la presencia de tales sustancias en el aire (y especialmente en el agua, que contiene muchos microorganismos), así como de la presencia de gérmenes de organismos inferiores en el aire en forma de un polvo minúsculo.
Pasteur demostró la existencia de tales gérmenes en el aire mediante el siguiente experimento: colocó algodón pólvora (piroxilina), que tiene el aspecto del algodón ordinario, en un tubo de vidrio. El algodón pólvora es soluble en una mezcla de éter y alcohol, formando el llamado colodión. Se hizo pasar una corriente de aire a través del tubo durante un largo periodo de tiempo, y luego el algodón pólvora fue disuelto en una mezcla de éter y alcohol. Se obtuvo así un residuo insoluble que efectivamente contenía los gérmenes de los organismos, como se demostró mediante observaciones microscópicas y por su capacidad para desarrollarse en organismos (moho, etc.) en condiciones favorables.
La presencia de estos gérmenes determina la propiedad del aire de desencadenar los procesos de putrefacción y fermentación; es decir, la alteración fundamental de las sustancias orgánicas, la cual va acompañada de un cambio completo en sus propiedades. En estos procesos siempre se observa la aparición de organismos inferiores, tanto vegetales como animales. Así, por ejemplo, en el proceso de fermentación, cuando, por ejemplo, se obtiene vino a partir del zumo dulce de las uvas, se separa un sedimento que se conoce con el nombre de heces y contiene organismos de levadura peculiares.
Se requieren gérmenes para que estos organismos puedan aparecer.46 Flotan en el aire y caen en el líquido dulce y fermentable desde este. Al encontrarse bajo condiciones favorables, los gérmenes se desarrollan en organismos; se nutren a expensas de la sustancia orgánica y, durante su crecimiento, la modifican y destruyen, provocando la fermentación y la putrefacción. Es por esto por lo que, por ejemplo, el zumo de la uva cuando está contenido en la piel del fruto, la cual permite el acceso del aire pero es impenetrable para los gérmenes, no fermenta ni se altera mientras la piel permanece intacta. Esta es también la razón por la cual las sustancias animales, cuando se mantienen alejadas del acceso del aire, pueden conservarse durante un gran período de tiempo. Los alimentos en conserva para largos viajes por mar se guardan de este modo.47 De ahí que sea evidente que, por infinitesimal que sea la cantidad de gérmenes transportados en la atmósfera, aun así tienen una importancia inmensa en la naturaleza.48
Así vemos que el aire contiene una gran variedad de sustancias. El nitrógeno, que se encuentra en él en mayor cantidad, tiene la menor influencia en aquellos procesos que se llevan a cabo por la acción del aire. El oxígeno, que se halla en menor cantidad que el nitrógeno, por el contrario, desempeña un papel muy importante en una serie de reacciones; mantiene la combustión y la respiración, provoca la descomposición y todo proceso de oxidación lenta. El papel que desempeña la humedad del aire es bien conocido. El anhídrido carbónico, que se encuentra en cantidades aún menores, tiene una importancia inmensa en la naturaleza, ya que sirve para la nutrición de las plantas. La importancia del amoníaco y del ácido nítrico es muy grande, porque son las fuentes de las sustancias nitrogenadas que constituyen un elemento indispensable en todos los organismos vivos. Y, por último, la cantidad infinitesimal de gérmenes también tiene una gran importancia en una serie de procesos. Así pues, no son las relaciones cuantitativas, sino las cualitativas de los componentes de la atmósfera las que determinan su importancia en la naturaleza.49
El aire, al ser una mezcla de diversas sustancias, puede sufrir cambios considerables como consecuencia de circunstancias accidentales. Es particularmente necesario señalar aquellos cambios en la composición del aire que tienen lugar en las viviendas y en diversos lugares donde los seres humanos deben permanecer durante un largo período de tiempo.
La respiración de los seres humanos y de los animales altera el aire.50 Un deterioro similar del aire es producido por la influencia de sustancias orgánicas en descomposición, y especialmente de sustancias que arden en él.51
De ahí que sea necesario prestar atención a la purificación del aire de las viviendas. La renovación del aire, la sustitución del aire respirado por aire fresco, se denomina «ventilación»,52 y la eliminación de las impurezas extrañas y nocivas del aire se llama «desinfección».53
La acumulación de todo tipo de impurezas en el aire de las viviendas y las ciudades es la razón por la cual el aire de las montañas, los bosques, los mares y las localidades no pantanosas, cubiertas de vegetación o de nieve, se distingue por su frescura y su acción beneficiosa en todos los aspectos.
Notas al pie: