Tres homes i tres generacions

Alguns dels moments més bonics en la història de la ciència són aquells
que un famós científic o tècnic ha tingut un professor, a la vegada,
també important. Però si a més d’haver continuat amb la tasca del seu
mestre té com alumne un altre personatge famós s’encadenen tres
generacions i això és el no va més.

[@more@]

El protagonista principal de la nostra història d’avui és Joseph Black, qui va entrar a la Universitat de Glasgow el 1746. Al principi va estudiar idiomes i filosofia però el seu pare li va demanar que mirés de fer una professió i va canviar a medicina i anatomia durant tres anys. El seu professor era William Cullen (1710-1790), que era catedràtic de medicina i un excel·lent mestre amb un coneixement molt actualitzat de la ciència en aquell moment.

Les grans capacitats, entusiasme i energia de Cullen el van fer un professor molt popular. A banda de practicar diligentment la medicina (va ser qui va encunyar la paraula neurosi), la química era el tema que en aquell moment centrava la seva atenció. Va animar a molta gent a investigar, entre ells, a Joseph Black.

Cullen havia demostrat que era possible aconseguir temperatures molt baixes quan l’aigua o altres fluids s’evaporen. Ajudat per Dobson va utilitzar una bomba d’aire per aconseguir baixes pressions i fer que els líquids s’evaporessin (a grans trets: a menor pressió, menys temperatura fa falta perquè un líquid s’evapori). Així, aquest home, mig metge mig químic, havia fet el 1748 un frigorífic. Llàstima que no li va veure cap aplicació pràctica. Van haver de passar 57 anys perquè l’Oliver Evans dissenyés el 1805 la primera màquina refrigeradora de circuit tancat com avui les coneixem, encara que mai no en va construir una!. Va ser Jakob Perkins el 1834 qui va patentar una màquina productora de gel.

En aquella època, havia una gran preocupació per les pedres en el ronyó (càlculs urinaris) i se’ls tractava amb remeis avui considerats sorprenentment forts com la potassa càustica. Quan Black era estudiant va utilitzar un àlcali suau conegut com a magnèsia blanca per fer-la servir com a tema per a la seva tesi doctoral amb l’esperança de ser un tractament acceptable per a les pedres en el ronyó.

Eren els temps que els químics reconeixien dos tipus d’àlcali: suau i càustic. Un podia transformar-se en un altre mitjançant un senzill procés. De fet, la tesi de Black explicava com un compost que avui en diem carbonat càlcic es converteix en òxid càlcic per acció de la calor produint un gas. Aquesta reacció és reversible, és a dir que el gas desprès pot recombinar-se amb l’òxid càlcic per donar el producte original. A aquest gas li va dir "aire fixat" perquè es podia fixar en forma sòlida de nou. Doncs bé, aquest "aire fixat" que havia descobert no era una altra cosa que l’anhídrid carbònic (o diòxid de carboni).

Encara que aquest gas ja havia estat estudiat 125 anys abans per Helmont (qui va encunyar la paraula "gas" del grec caos), Black va ser el primer que va demostrar que podia obtenir-se a través de la descomposició d’un mineral o a partir de combustions o fermentacions. A més, com que de l’òxid càlcic es podia obtenir carbonat càlcic amb només exposar-lo a l’aire, va deduir immediatament que el diòxid de carboni estava també present en l’atmosfera. També va comprovar la seva existència en l’aire expirat pels pulmons.

Va poder detectar el seu pes i fer altres experiments com utilitzar-lo per apagar una espelma encesa. I fixeu-vos: d’una banda, una espelma pot cremar en l’atmosfera però s’apaga amb aquest gas; d’altra banda, aquest mateix gas també estava dispers en l’atmosfera, ja que l’havia detectat en molts llocs. Què implicava tot això? Doncs que l’atmosfera era una barreja de gasos. Va ser un descobriment impressionant per a aquella època.

A l’acabar els seus estudis de medicina, Cullen va ser nomenat per a una plaça a Edimburg i va recomanar a Black per reemplaçar-lo a Glasgow. Així, aquest últim, es va convertir en catedràtic de medicina i professor de química el 1756 a més d’atendre una consulta privada. Tot això als 28 anys d’edat. Va ser metge de famosos personatges com David Hume i James Hutton (el pioner de la geologia).

De la mateixa manera que el seu mestre, Black va ser un professor sensacional que va atreure a estudiants no només de Gran Bretanya, sinó de tota Europa i fins i tot d’Amèrica. Benjamin Rush va ser un d’ells, qui es va convertir en el primer catedràtic de química d’EUA en el Philadelphia College el 1769. Un altre dels seus alumnes va prendre apunts detallats de les seves classes magistrals que van servir de guia a molts estudiants durant el segle XIX. Encara que va seguir investigant, gairebé no va publicar resultats. El que feia era mostrar-los en les seves classes o societats culturals. Tots els que el van escoltar van tenir una butaca de primera fila on presenciaven les novetats científiques.

Però va fer més coses. Un dels problemes de l’època era que els fabricants de whisky necessitaven enormes quantitats de combustible per transformar l’aigua en vapor i després s’havia de retirar una quantitat de calor igualment gran per condensar-los i tornar a obtenir líquid. Aquests problemes els va investigar a fons Black, qui coneixia el fenomen que en fondre’s el gel es manté a la mateixa temperatura mentre el sòlid es transforma en líquid. Black va realitzar mesures meticuloses i es va adonar que per fondre una certa quantitat de gel calia aportar la mateixa energia que es necessitava per elevar el condensat líquid fins als 60ºC. A aquesta energia li va dir "calor latent". Anàlogament, existia una calor latent associada al pas de l’aigua líquida a vapor, fenomen que també va investigar quantitativament.

Diuen que una pregunta d’examen de Termodinàmica a l’escola d’enginyers industrials de la UPC va ser per què una font enmig d’un recinte refresca l’ambient. No sé si és veritat, però la resposta seria perquè l’aigua que s’evapora ha d’absorbir aquesta calor latent que treu de l’ambient que, a la vegada, queda més fresquet. Així que quan tingueu calor sufocant, us acosteu a una font i noteu el fresquet, doneu les gràcies a Joseph Black i a la calor latent.

També va observar que la quantitat de calor que desprenia l’aigua al transformar-se en gel era exactament la mateixa que calia aportar al gel per a transformar-lo en aigua. Aquest pas va ajudar a comprendre la "conservació de l’energia", encara que faltaven 75 anys per ser totalment entesa.

Va ser ell també qui va donar el nom de "calor específica" a la quantitat de calor necessària per augmentar una quantitat d’una substància un determinat valor de temperatura. Per exemple, avui dia diem calor específica de l’aigua a la necessària per augmentar un gram d’aigua en un grau centígrad (òbviament, sense canvi d’estat).

Vegem, si barrejem mig kg d’aigua a 0ºC amb un altre mig kg a 100ºC tindrem al final un kg d’aigua a 50ºC. Però si barrejem mig kg d’aigua a 100ºC amb mig kg de ferro a 0ºC, la temperatura final no arribarà a 50ºC, doncs aquest últim té una calor específica més gran que la de l’aigua. Amb tots aquests avenços, Black va ser el primer a distingir entre calor i temperatura, cosa que fins aleshores s’havia confós.

Per si fos poc, també va tenir temps per demostrar que el magnesi és un element químic el 1755.

Més tard, Black va ser nomenat catedràtic de química d’Edimburg, substituint en Cullen.

I aquí és on entra la tercera generació de personatges. Imagineu qui va poder ser un jove ajudant de Joseph Black en tots aquests experiments de termodinàmica? Doncs un fabricant d’instruments que treballava en aquesta universitat anomenat James Watt, qui va utilitzar aquests imprescindibles coneixements en la invenció de la màquina de vapor. Van arribar a ser grans amics i ningú no es va sentir més content que Black quan els treballs de Watt en aquestes màquines li van portar fama i riquesa.

De Cullen a Black i a James Watt. Tres grans homes seguits en tres generacions.

No comptaré com una altra generació a un tal Robert Watson-Watt (1892-1973), inventor del radar, però sí és curiós saber que és descendent del mateix James Watt del qual parlàvem. Sembla que ser inventor es porta en els gens.

El radar el deixarem, millor, per a altres històries.

Font:
http://historias-de-la-ciencia.bloc.cat/post/1052/95779

Quant a omalaled

Me llamo Fernando y soy un apasionado de la ciencia y admirador de los científicos y ténicos de todas las épocas. Espero disfrutéis sabiendo un poquito más de ellos.
Aquesta entrada ha esta publicada en General. Afegeix a les adreces d'interès l'enllaç permanent.

Una resposta a Tres homes i tres generacions

  1. Trena diu:

    A menys pressió, menys temperatura per fer bullir un líquid… sembla tan senzil. I la diferència entre calor i temperatura, és tan evident ara.

Els comentaris estan tancats.