El concepto de calor, esencial para la química y para la física, permaneció en el misterio desde los orígenes de la ciencia y hasta el último cuarto del siglo XVIII. Los primeros esfuerzos por medirlo condujeron a su comprensión. En CurioSfera-Ciencia.com, te explicamos las características de la calorimetría, quién es su inventor y sus aplicaciones.
Origen de la calorimetría
A partir de 1697, un gran número de sabios se adhirieron a la teoría flogística, enunciada ese mismo año por el químico y físico alemán George Emst Stahl. Esta teoría postulaba la existencia de un elemento que no tenía peso ni masa, el flogisto, que se encontraba en aquellos elementos que mejor ardían.
Sobre esta base y por separado, el alemán Cari Johan Wilcke y el inglés Joseph Black concibieron la teoría calórica el mismo año 1760. Según ellos, existía un fluido indestructible, el calórico, que se acumulaba cuando se calentaban los cuerpos, y que disminuía cuando se enfriaban.
Esta teoría, evidentemente falsa, pero que aprobaron numerosos sabios hasta 1824, presentó sin embargo un verdadero interés científico, ya que indujo a Black a sentar las bases de la calorimetría. Él pensó en definir las unidades de calórico que serían necesarias para aumentar la temperatura de un cuerpo. Black hacía con esto una distinción fundamental y justa entre calor y temperatura.
De hecho, una misma cantidad de calor no eleva por igual la temperatura de la madera y del metal. Los termómetros, que existían, al menos, desde el siglo XVII, no podían dar cuenta de la cantidad de calor presente en un cuerpo. Podemos por tanto decir que fueron Wilcke y Black quienes pusieron la ciencia en el camino de una disciplina moderna fundamental.
Quién inventó el calorímetro
En 1780 Antoine Laurent de Lavoisier y Pierre Simón de Laplace, rechazando la doctrina de flogisto, inventan un aparato original destinado a medir las cantidades de calor cedidas por los cuerpos en determinadas condiciones.
Su sistema constaba de una probeta sellada en hielo y apoyada sobre un baño de mercurio. Todo ello dentro de un recipiente esférico cuya extremidad inferior desembocaba en un tubo graduado. La cantidad de calor desprendida por el tubo es proporcional a la masa de hielo que se funde y que empuja el mercurio. Este es el primer calorímetro conocido, el calorímetro de hielo.
El sistema está inspirado en la teoría de Wilcke y Black pero no está en la base de la calorimetría que vislumbran Lavoisier y Laplace. Su objetivo era el estudio de los fenómenos de respiración y de combustión.
Principio de la calorimetría
El alemán Jakob Hermann, en 1834 el inglés John Herschel, en 1847 y el alemán Robert Bunsen, en 1870, perfeccionaron sucesivamente este aparato reduciendo sus pérdidas caloríficas. En 1850, los franceses Pierre Favre y Jean-Théofile Silbermann modificaron el sistema de Lavoisier y Laplace suprimiendo el hielo, e inventan un calorímetro por dilatación de mercurio.
No obstante, a partir de una observación anterior es de donde se deriva un importante principio de la calorimetría. En 1798, el anglo-americano Benjamín Thompson, conde Rumford, se sorprendió con la gran cantidad de calor desprendido por un cañón en el momento de la explosión.
Concibió entonces un experimento extraordinario: hace frotar un cilindro metálico por medio de un mecanismo accionado por dos caballos. El cilindro está sumergido en un cajón llenado con 8 litros de agua. Al cabo de dos horas y media, el agua alcanza el punto de ebullición. De este modo, Thompson es el primero en demostrar una equivalencia entre el trabajo mecánico y el calor producido.
En 1843, el inglés James Prescott Joule había establecido ya la relación numérica entre una cantidad dada de electricidad y la cantidad de calor que ella produce. En 1849, tras seis años de investigación, determinó con precisión la relación numérica establecida anteriormente por Benjamin Thompson.
Aplicaciones de la calorimetría
La calorimetría provocó que se realizaran progresos considerables en física y permitió a Sadi Carnot fundar la termodinámica en sus Réflexions sur la puissance motrice du feu (1824) (Reflexiones sobre la potencia motriz del fuego). Permitió medir la conductividad calorífica de los cuerpos, conduciendo así a la física de los gases y a la física molecular.
Permitió igualmente que la fisiología realizara progresos considerables, la cual finalmente pudo sentar las bases de una ciencia sobre la economía energética del organismo. A partir del momento en que se entrevieron las normas de las necesidades humanas de calorías según la edad, el peso y el tipo de actividad, se pudo, igualmente, sentar las bases de la nutrición. La dietética no tardaría en seguirla.
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