Un experimento no apto para todos los bolsillos

En una entrada previa publicada en este blog se mostró que los diamantes tienen la misma composición elemental que el grafito: carbono puro.

Fue Jean Darcet, químico francés (1724-1801) el que puso de manifiesto que al calentar los diamantes a elevadas temperaturas éstos desaparecían como si se evaporasen. Sin embargo, no fue capaz de explicar la razón por la que podía estar ocurriendo este proceso. Para poder encontrar una razón, la Academia de Ciencias francesa nombró una comisión en 1772 en la que estaba presente Lavoisier. El principal objetivo de los experimentos era conseguir una fuente de calor lo suficientemente potente como para alcanzar elevadas temperaturas y que al mismo tiempo no contaminase la muestra. Hay que tener presente que por aquel entonces la forma de calentar en un laboratorio eran hornos de carbón en los que no se podían obtener temperaturas excesivamente altas y había serios problemas con las cenizas y humos generados. De ahí que los primeros experimentos realizados con estos hornos no fuesen satisfactorios.

Sin embargo, la Academia de Ciencias poseía unas lentes de Tschirnhausen que consistían en una lupa de prácticamente 10 m de diámetro. La idea de la comisión fue concentrar los rayos solares en el diamante, consiguiendo calentarlo de una forma potente y limpia. Lo cierto es que el experimento también fracasó debido a los grandes defectos ópticos que presentaba la lente. A pesar de estos reveses, Lavoisier y sus compañeros llegaron a la conclusión que la idea de concentrar los rayos solares podía ser la solución y por ello encaminaron sus esfuerzos a montar un dispositivo que permitiese realizar el experimento de este modo. El resultado fue el dispositivo que se muestra en la Figura 1. En este instrumento se usaba una primera lente formada por placas de vidrio convexas y rellenadas con alcohol, y una segunda que focalizaba los rayos procedentes de la primera lente. 

Figura 1. Dispositivo (Horno solar) para el experimento de la combustión de diamantes en 1772.

En Octubre de 1772 se llevó de cara al público el experimento, lo que fue un auténtico acontecimiento social. Ante la expectación general se vio cómo en apenas 20 minutos el diamante calentado en presencia de aire había desaparecido. Sin embargo, cuando el experimento se llevaba a cabo con el diamante aislado en un crisol donde no había aire, el diamante permanecía inalterado. La gran novedad de este experimento es que al mismo tiempo que se veía desaparecer el diamante se recogió el gas generado en el proceso. En este caso, la sorpresa fue para los miembros de la comisión, al comprobar que el gas obtenido era el mismo gas descrito por Joseph Black (1728-1799) cuando se producía la combustión del carbón. El experimento también se realizó con rubíes, cuya composición es Al₂O₃, aunque en ningún caso se observó que se produjera modificación alguna.

Las conclusiones a las que llegó la comisión fueron bien novedosas al afirmar que el carbón y el diamante tenían que poseer la misma composición elemental. Por otro lado, el aire, o alguno de sus constituyentes deben jugar un papel fundamental en el proceso de combustión.

Hoy sabemos que ese constituyente no es otro que el oxígeno molecular (O₂), que participa según la reacción [1]

C_sólido + O_{2 (gas)} → CO_{2 (gas)} [1]

En el caso de los rubíes no se producía ningún cambio porque el aluminio en forma de Al₂O₃ ya se encontraba oxidado y no podía aceptar más oxígeno procedente del aire.