Este documento presenta biografías de Robert Boyle y Charles, dos importantes científicos del siglo XVII. Robert Boyle fue un científico británico que realizó experimentos pioneros sobre los gases y estableció la ley que relaciona la presión y el volumen de un gas. También contribuyó al desarrollo del método científico y la química moderna. Charles fue un químico, físico y aeronauta francés que también realizó experimentos sobre los gases.

1. 4770372100869-30196149111 ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORALTERMODINÁMICA ITEMA:Biografía de Boyle y Charles Biografía de Robert Boyle Robert Boyle fue un aristócrata nacido en Waterford, Irlanda, en 1627; falleció en Londres, 1691. Séptimo hijo varón, y decimocuarto en total, del rico primer conde inglés de Cork. Robert Boyle estudió en los mejores colegios ingleses y europeos. Científico británico, uno de los primeros defensores de los métodos científicos y uno de los fundadores de la química moderna. En 1641, a los catorce años, Robert se encontraba en Florencia con su tutor cuando oyó hablar de la muerte de Galileo. Esto lo llevó a estudiar su trabajo, y el resultado fue un interés permanente por la ciencia. Cuando volvió a Inglaterra en 1644 se estableció en Dorset, pero pasaba mucho tiempo en la casa londinense de su hermana, donde frecuentó al grupo de científicos que más tarde formaría el núcleo de la Royal Society. En 1654 se trasladó a Oxford y se instaló allí catorce años, durante los que dirigió muchos de los experimentos que labraron su reputación. De muy joven, va a estudiar a Eton. Su intención es ingresar en la Iglesia, pero debe renunciar a ello a causa de su precario estado de salud. De Eton viaja por Europa durante seis años, a la vuelta de los cuales ha heredado el señorío de Stelbridge, en el que se establece. Fue uno de los primeros en conceder credulidad a las transformaciones propugnadas por los alquimistas. No en vano sus aficiones teológicas derivaron hacia una gran atención para con lo oculto. Funda el «Colegio Invisible», que perderá su carácter esotérico para convertirse en la «Royal Society» (1645). Fue miembro de la Royal Society, institución que perdura en la actualidad, y participó activamente en sus reuniones hasta su fallecimiento. Los experimentos de Boyle, que llevó a cabo con la ayuda de ayudantes a sueldo, fueron muchos y variados. Usando la bomba de aire recientemente inventada, fue el primero en demostrar la aseveración de Galileo de que, en el vacío, una pluma y un trozo de plomo caen a la misma velocidad, y también estableció que el sonido no se transmite en el vacío. Su descubrimiento más importante gracias a la bomba de aire fue el principio (aún conocido corno Ley de Boyle en los países de habla inglesa) de que el volumen ocupado por un gas es inversamente proporcional a la presión con la que este gas se comprime. Es decir, que si se dobla la presión, el volumen se divide por dos, y así sucesivamente; y también que, si se elimina la presión, el aire «recupera» (su propia palabra) su volumen original. Habiendo establecido que el aire era comprimible, Boyle se convenció de que éste estaba compuesto de pequeñas partículas separadas por espacio vacío. Todas estas ideas se publicaron en un libro con un título muy largo, que suele llamarse La elasticidad del aire y que jugó un papel significativo para establecer la idea de la naturaleza atómica de la materia. Parece que Boyle no especificó en sus trabajos que sus experiencias de la relación entre el volumen y presión los realiza a temperatura constante, quizá porque lo hizo así y lo dió por supuesto. Lo cierto es que, en defensa del rigor científico, hay que esperar a que en 1676 otro físico, el francés Edme Mariotte (1630-1684), encuentre de nuevo los mismos resultados y aclare que la relación PV=constante es sólo válida si se mantiene constante la temperatura. Por eso la ley de Boyle está referenciada en muchas ocasiones como Ley de Boyle y Mariotte. El libro más importante de Boyle, El químico escéptico, se publicó en 1661, y al año siguiente Boyle se convirtió en miembro fundador de la Royal Society. Fue en este libro donde apuntó la idea de que todas las sustancias podían ser divididas en ácidos, álcalis o neutros mediante el uso de lo que llamamos indicadores. En su obra El químico escéptico (1661), Boyle atacó la teoría propuesta por el filósofo y científico griego Aristóteles (384 - 322 a.C.) según la cual la materia está compuesta por cuatro elementos: tierra, aire, fuego y agua. Propuso que partículas diminutas de materia primaria se combinan de diversas maneras para formar lo que él llamó corpúsculos, y que todos los fenómenos observables son el resultado del movimiento y estructura de los corpúsculos. Aunque sus experiencias se desarrollaron dentro de un gran campo, tanto de la Física como de la Química, se centraron fundamentalmente en el aire, para lo que fue clave la máquina neumática ideada por Otto von Guericke. En estos experimentos contó con la colaboración de otro gran físico: R. Hooke. Boyle es considerado uno de los fundadores de los métodos científicos modernos porque creyó en la necesidad de la observación objetiva y de los experimentos verificables en los laboratorios, al realizar los estudios científicos. De 1656 a 1668 trabajó en la Universidad de Oxford como asistente de Robert Hooke, con cuya colaboración contó en la realización de una serie de experimentos que establecieron las características físicas del aire, así como el papel que éste desempeña en los procesos de combustión, respiración y transmisión del sonido. Los resultados de estas aportaciones fueron recogidos en su Nuevos experimentos físico-mecánicos acerca de la elasticidad del aire y sus efectos (1660). Boyle fue el primer químico que aisló un gas. Descubrió los indicadores, sustancias que permiten distinguir los ácidos de las bases. En 1659, con la ayuda de Robert Hooke, descubrió la ley que rige el comportamiento de los muelles, perfeccionó la bomba de aire para hacer el vacío que se utilizó en la minería para eliminar el agua de las galerías en las que trabajan los mineros. Atacó a la Alquimia y a los alquimistas, que anunciaban que podían convertir cualquier metal en oro. Definió la Química como una ciencia y enunció la primera definición moderna de elemento químico, como sustancia que no es posible descomponer en otras. En el campo de la química, Boyle observó que el aire se consume en el proceso de combustión y que los metales ganan peso cuando se oxidan. Reconoció la diferencia entre un compuesto y una mezcla, y formuló su teoría atómica de la materia basándose en sus experimentos de laboratorio. Entre sus obras están Origen de formas y características según la filosofía corpuscular (1666) y Discurso de las cosas más allá de la razón (1681). Protestante devoto, Robert Boyle invirtió parte de su dinero en obras como la traducción y publicación del Nuevo Testamento en gaélico y turco. Elementos químicos: Quizá la contribución más significativa de Boyle al desarrollo de lo que más tarde sería la ciencia química fue su concepto del elemento químico. La propia palabra no era nueva. Los griegos, siguiendo al filósofo Empédocles, la utilizaban para describir lo que consideraban las cuatro sustancias fundamentales del universo: la tierra, el aire, el fuego y el agua. Aunque estos elementos no contenían un concepto científico en el sentido moderno, sino que eran más bien esencias místicas incluidas en toda materia viviente y no viviente, y que formaron la base del pensamiento humano sobre los procesos naturales durante dos mil años. La idea de Boyle de un elemento químico era muy diferente. Para él, un elemento era una sustancia que no podía ser descompuesta en otras sustancias. Un elemento podía combinarse con otro y formar un compuesto; y un compuesto podía separarse en sus elementos constituyentes. Pero la prueba de lo que era o no era un elemento debía decidirse mediante un experimento práctico, no sólo por deducción. Éste era un punto de vista moderno; y ayudó a crear el universo mental en el que habitarían los químicos posteriores. Pero hasta el propio Boyle fue incapaz de superar la influencia de tantos siglos de alquimia, ya que siguió creyendo en la posibilidad de transformar los metales comunes en oro. Y no rechazó los elementos antiguos... sólo quiso someterlos a la investigación experimental. Descubrir los elementos: Mientras los científicos empezaban a adoptar esta nueva forma de pensar, los antiguos «elementos» eran abandonados poco a poco, y el término comenzó a ser utilizado tal como lo hacemos hoy. Pero la lista de sustancias a las que podía aplicarse el término en su sentido moderno era breve. A finales del siglo XVII, y en ese sentido moderno de la palabra, sólo se reconocían 14 elementos. Nueve de ellos eran metales que se conocían desde la antigüedad: oro, plata, cobre, plomo, zinc, estaño, hierro, mercurio y antimonio. Dos eran elementos no metálicos, también conocidos por los antiguos: carbono y azufre. Dos más eran metales descubiertos en el siglo XVI, bismuto (en Europa) y platino (en Sudamérica). A estos trece, se agregó un nuevo elemento no metálico —el fósforo— descubierto en la orina por el propio Boyle en 1680. En su obra «Sceptical Chymist» (1661) definió el cuerpo simple como el que no es susceptible de una descomposición ulterior, definición bien conocida por el papel que ha jugado en la historia de la Química. También mostró que el método pirognóstico, que hasta entonces se venía empleando en análisis, no es satisfactorio. Aunque es cierto que estos 14 elementos se habían identificado a finales del siglo XVI, no lo es que fueron reconocidos como elementos en el sentido moderno del término. Cuando los químicos actuales hablan de elementos, utilizan la palabra en el sentido de ingredientes básicos de los que están compuestos los materiales del mundo. Para ellos, el aire es un compuesto de dos elementos —oxígeno y nitrógeno—, con pequeñas cantidades de otros gases. Uno de ellos, el anhídrido carbónico es considerado un compuesto de dos elementos, carbono y oxígeno. Esta visión de la química como una colección de recetas, usando un pequeño número de ingredientes básicos, era absolutamente ajena a los filósofos naturalistas del siglo XVII. Aunque reconocían el cobre, el oro y el azufre como «elementos», para ellos también lo era el aire... y no estaban muy seguros acerca del fuego. A diferencia de los astrónomos, que jugueteaban iluminados por el sol de la mecánica newtoniana, los químicos del siglo XVII todavía se movían en la oscuridad, buscando una luz que les iluminase el camino. Tardarían cien años más en encontrar su Newton particular y conseguir que la química adquiriera el lugar que le corresponde entre las ciencias naturales. Las importantes aportaciones de Boyle y Mariotte. Interesado por el estudio de lo que hoy llamamos la presión atmosférica, el físico y matemático italiano Evangelista Torricelli (1608-1647) publica en 1643 los resultados que se conocen como
experiencia de Torricelli
. Como consecuencia de este trabajo el físico alemán Otto von Guericke (1602-1686) realiza en 1654 una experiencia pública que se recuerda ahora como la de
los hemisferios de Magdeburgo
. ( Lo de pública viene al caso porque Guericke era alcalde de Magdeburgo y para realizar el experimento invitó al Parlamento local y al público para ver como ocho potentes caballos tiraban de cada uno de los dos hemisferios sin lograr despegarlos.) 68580329565Al tanto de tales hechos el físico inglés Robert Boyle (1627-1691) realizó diversas experiencias con gases que publica en 1660, haciendo uso de una buena bomba de vacío fabricada expresamente para él. En una de ellas introducía el barómetro de Torricelli dentro de un recipiente cerrado del cuál extraía el aire, lo que provocaba que descendiese el mercurio del tubo igualándose los niveles de este y la cubeta. Con ello pretendía poner de manifiesto que la responsable de los resultados anteriores era la presión atmosférica y no el horror al vacío que succionaba o atraía el aire. En defensa de las ideas tradicionales aparece en escena un jesuita belga, Franciscus Linus (1595-1675) que defiende que sobre el mercurio del tubo y del recipiente hay una extraña e invisible cuerda, que denomina
funiculus
que tira del mercurio hacia arriba a medida que el aire se va enrareciendo. Es evidente que en esos tiempos de nacimiento de lo que hoy llamamos ciencia moderna se buscaban explicaciones que actualmente no tendrían demasiado crédito. Y es refutando a Linus cuando Boyle publica de nuevo en 1662 una serie de medidas experimentales que relacionan la presión con el volumen, cuyo producto afirma que se mantiene constante. Pero lo hace advirtiendo que él no había encontrado esa relación entre sus propios datos sino que fue advertido de ello por Richard Towneley. Y es que parece que fue este científico inglés y Henry Power los que la propusieron a consecuencia de experiencias realizadas en 1653 y que no fueron publicadas. El segundo de ellos, tras leer el primer artículo de Boyle, envió sus resultados a un amigo que a su vez los puso en conocimiento de Boyle. Pero al hacerlo, no le indicó el nombre del primer autor del trabajo. Las paradojas de la vida hicieron que, a pesar de que Boyle reconociera que la paternidad inicial de la idea no fue suya, los exegetas de su obra se la atribuyeron en su integridad. Sin pretender quitar el más mínimo mérito a la reconocida personalidad de Boyle y a su contribución al desarrollo de la ciencia moderna, hay que reconocer que hoy en ningún manual aparecen los nombres de Powell y Towneley como contribuyentes al estudio de los gases. Es importante añadir que la interpretación del estado gaseoso lo hace Boyle admitiendo que los comportamientos de los cuerpos materiales
se hacen, realmente, por cuerpos particulares que proceden de acuerdo con las leyes del movimiento
. Y para que tal cosa se dé, admite dos posibilidades. Una, imaginando que los corpúsculos constitutivos de los gases, que se mantienen inmóviles siempre estén en contacto unos con otros y que son compresibles lo que explica su capacidad para disminuir el volumen cuando sobre ellos actúa una presión exterior y viceversa. Otra, la de que los corpúsculos de los gases no estén en contacto entre sí sino que se muevan y choquen, lo que es un claro anticipo de lo que luego sería dos siglos mas tarde, la teoría cinética de los gases. No hay duda que la primera, la de partículas en contacto, es compatible con la idea griega de
horror al vacío
y en consecuencia es la que tiene mas partidarios. Biografía de Jacques Charles Jacques Alexandre César Charles, químico, físico y aeronauta francés, nació en Beaugency (Loiret) el 2 de noviembre de 1746 y falleció en París el 7 de abril de 1823. Profesor de física en el Conservatorio de Artes y Oficios de París. Al tener noticias de las experiencias de los hermanos Montgolfier con su globo aerostático propuso la utilización del hidrógeno, que era el gas más ligero que se conocía entonces, como medio más eficiente que el aire para mantener los globos en vuelo. En 1783 construyó los primeros globos de hidrógeno y subió él mismo hasta una altura de unos 2 km, experiencia que supuso la locura por la aeronáutica que se desató en la época. Su descubrimiento más importante fue en realidad un redescubrimiento ya que en 1787 retomó un trabajo anterior de Montons y demostró que los gases se expandían de la misma manera al someterlos a un mismo incremento de temperatura. El paso que avanzó Charles fue que midió con más o menos exactitud el grado de expansión observó que por cada grado centígrado de aumento de la temperatura el volumen del gas aumentaba 1/275 del que tenía a 0°C . Esto significaba que a una temperatura de -275 °C el volumen de un gas sería nulo (según dicha ley) y que no podía alcanzarse una temperatura más baja. Dos generaciones más tarde Kelvin fijó estas ideas desarrollando la escala absoluta de temperaturas y definiendo el concepto de cero absoluto. Charles no público sus experimentos y hacia 1802 Gay-Lussac publicó sus observaciones sobre la relación entre el volumen y la temperatura cuando se mantiene constante la presión por lo que a la ley de Charles también se le llama a veces ley de Charles y Gay-Lussac. En 1795 fue elegido miembro de la Academia de las Ciencias. LEY DE CHARLES Y GAY-LUSSAC Frecuentemente llamada ley de Charles o ley de Gay-Lussac en esta se explica las leyes de los gases ideales. Relaciona el volumen y la temperatura de una cierta cantidad de gas ideal, mantenido a una presión constante, mediante una constante de proporcionalidad directa. En esta ley, Charles dice que a una presión constante, al aumentar la temperatura, el volumen del gas aumenta y al disminuir la temperatura el volumen del gas disminuye. Esto se debe a que
temperatura
significa movimiento de las partículas. Así que, a mayor movimiento de las partículas (temperatura), mayor volumen del gas. La ley fue publicada primero por Louis Joseph Gay-Lussac en 1802, pero hacía referencia al trabajo no publicado de Jacques Charles, de alrededor de 1787, lo que condujo a que la ley sea usualmente atribuida a Charles. La relación había sido anticipada anteriormente en los trabajos de Guillaume Amontons en 1702. La ley de Charles es una de las más importantes leyes acerca del comportamiento de los gases, y ha sido usada de muchas formas diferentes, desde globos de aire caliente hasta acuarios. Se expresa por la fórmula: en esta ley actúan la presión de un gas ideal así como la de un gas constante V/T =k Además puede expresarse como: V1/T1 = V2/T2 Despejando T1 se obtiene: T1= (V1 * T2) / V2 Despejando T2 se obtiene: T2= (V2 * T1) / V1 Donde: V= es el volumen T= es la temperatura absoluta (es decir, medida en Kelvin) k= es la constante de proporcionalidad Siendo la presión constante, si la temperatura aumenta, el volumen lo hará también en la misma proporción (primera ley). LEY DE LOS GASES IDEALES Es la ecuación de estado del gas ideal, un gas hipotético formado por partículas puntuales, sin atracción ni repulsión entre ellas y cuyos choques son perfectamente elásticos (conservación de momento y energía cinética). Los gases reales que más se aproximan al comportamiento del gas ideal son los gases monoatómicos en condiciones de baja presión y alta temperatura. Empíricamente, se observan una serie de relaciones entre la temperatura, la presión y el volumen que dan lugar a la ley de los gases ideales, deducida por primera vez por Émile Clapeyron en 1834. La ecuación que describe normalmente la relación entre la presión, el volumen, la temperatura y la cantidad (en moles) de un gas ideal es: P*V= n*R*T Donde:P= Presión V= Volumen n= Moles de gas. R= Constante universal de los gases ideales T= Temperatura en Kelvin. Aportaciones de Charles y Gay Lussac. De Boyle a Gay Lussac hay unos ciento cincuenta años de diferencia. En el transcurso de ese lapso de tiempo hay algunas aportaciones realmente importantes que, curiosamente, no hacen avanzar en el conocimiento de los gases. En cuanto a la naturaleza atómica de la materia, que explica satisfactoriamente el comportamiento gaseoso, interesa señalar algunas importantes aportaciones aunque no tengan éxito en el momento de ser propuestas. Detengámonos por un momento en el hecho de que en 1686 se publican los
Principia
de Isaac Newton (1642-1727), que van a servir de apoyo a las ideas iniciales de Boyle. Pero no porque su contribución decisiva en el estudio del movimiento, permita explicar los choques de las partículas entre sí y con las paredes de los recipientes, sino por otros motivos. El primero, sin duda positivo, es porque Newton de forma expresa habla ya de partículas. Refiriéndose a fluidos en general razona acerca de la presión indicando que
... si un fluido está compuesto por partículas que huyen unas de otras ...
. Pero un segundo motivo, este mas bien negativo, porque defiende la existencia de unas fuerzas repulsivas entre esas partículas, que supone son inversamente proporcionales a sus distancias. Y, paradojas del destino, tales fuerzas permiten comprobar cuantitativamente, la ley de Boyle. Esas fuerzas repulsivas, a lo largo de mucho tiempo, se van a explicar admitiendo que las partículas están rodeadas de un fluido ígneo que pronto pasa a denominarse calórico. Y tal creencia impide que prosperen varias de las ideas que se aportan a lo largo del siglo XVIII, de las cuáles merecen destacar dos de ellas. Una, formulada en 1716, supone un acercamiento considerable a lo que hoy se postula como comportamiento de los gases. En esa fecha el matemático suizo Jacob Hermann (1678-1733), afirma que las partículas del gas
pueden concebirse lanzadas por aquí y por allá en una agitación variada e irregular ...
. Pero aun hay más. Hermann prueba que la presión que las partículas ejercen sobre las paredes es proporcional a la densidad del gas y
... al valor medio de la velocidad de esas partículas ...
. No hay duda que es el primer anticipo de lo que luego va a ser la teoría cinética del estado gaseoso. La segunda aportación es propuesta en 1738 por el suizo Daniel Bernouilli (1700-1782), quién elabora un modelo de gas que coincide casi íntegramente con el modelo que se elaborará un siglo después y que es la teoría cinética antes aludida. El modelo de Bernouilli supone la existencia de unos
...corpúsculos ...
gaseosos que se mueven en todas las direcciones, chocando unos con otros y con las paredes de los recipientes que contienen al gas. Añade que su tamaño es tan pequeño que el número de corpúsculos es casi infinito. Los cálculos que realiza dan cuenta de la ley de Boyle y se adelanta además a otras leyes aún no formuladas. El habla de que la presión del aire
no solo crece por ... (disminución de volumen) sino también por el calor que se le comunica ...
. Bernouilli está a punto de escribir p.V/T=constante, aunque no lo haga de forma expresa. De la trascendencia de su propuesta dan idea dos cosas: La primera, es identificar calor con movimiento de partículas minúsculas. La segunda, admitir que leyes ya establecidas (la de Boyle) pueden deducirse de movimientos caóticos no estudiables individualmente. En su teoría no se habla de fuerzas repulsivas y no precisa el concurso del calórico ni de ningún otro fluido equivalente. Sin embargo, las aportaciones de Hermann y Bernouilli son ignoradas por la comunidad científica durante casi cien años y es preciso esperar mucho tiempo hasta que sean retomadas. El primero, casi no aparece en los textos de Física general y el segundo, aunque sí lo hace, es por motivos que no tienen nada que ver con el que nos ocupa. A esta ignorancia de sus respectivas aportaciones no son ajenas algunas cosas. Una de ellas el hecho de que las fuerzas repulsivas sean debidas a Newton, cuya autoridad no es discutida en ningún momento. Otra la omnipresente idea del calórico universalmente admitida a lo largo del siglo XVIII y buena parte del XIX. Si este fluido es responsable de la temperatura no hay lugar para asociar con esta los movimientos submicroscópicos que propone Bernouilli. No es quizá tampoco ajeno a esta actitud el hecho de que, hasta muy avanzado el siglo XIX, aunque la Dinámica ha sido desarrollada con profundidad ( Euler, D'Alembert ... ), la
vis viva
de Huygens (antecedente de la energía mecánica) apenas evoluciona. Bibliografía http://www.monografias.com/trabajos/leydeboyle/leydeboyle.shtml http://www.educaplus.org/gases/bio_charles.html http://www.educaplus.org/gases/bio_boyle.html http://www.fisicanet.com.ar/biografias/cientificos/b/boyle.php http://www.fisicanet.com.ar/biografias/cientificos/c/charles.php http://www.biografica.info/biografia-de-boyle-robert-334 http://www.biografica.info/biografia-de-charles-jacques-alexandre-cesar-530 http://latragediadelhindenburg.blogspot.com/2008/10/biografia-de-jacques-alexandre-csar.html http://www.biografiasyvidas.com/biografia/b/boyle.htm http://www.biografiasyvidas.com/biografia/c/charles.htm http://personal2.iddeo.es/vegalonso/gases.htm http://www.portalplanetasedna.com.ar/boyle.htm http://www.ebiografias.com/124702/Boyle-Robert.htm http://www.ebiografias.com/125035/Charles-Jacques-Alexandre-César.htm