DESARROLLO Y TRASNFORMACION DEL EUDIOMETRO COMO INSTRUMENTO DE LABORATORIO

NICOLAS ANDRES MOSQUERA UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS

FACULTAD DE CIENCIAS Y EDUCACION LICENCIATURA EN QUIMICA

HISTORIA DE LA QUIMICA

RESUMEN

El desarrollo del eudiómetro se basa en el cambio sistemático que ha se ha ido generando con el paso del tiempo y con el desarrollo de nuevas teorías y nuevos conceptos a cerca de la noción de aire, lo que ha llevado a este instrumento de laboratorio a tomar diferentes características que han sido diseñadas por el autor que lo desarrollo, el cual en el momento de su invención, buscaba encontrar ciertos componentes o investigar sobre alguna teoría en general, lo que nos pudo mostrar la gran variedad y las grandes diferencias entre las primeras patentes y los eudiómetros que conocemos hoy en día.

.1. CONTEXTO HISTORICO

El eudiómetro actualmente representa el primer instrumento, diseñado y utilizado para determinar cuantitativamente un gas en una mezcla, sobre la base de una reacción química precisa en el que también mide el cambio del volumen de una mezcla de gas después de una reacción física o química.El nombre "eudiómetro" viene de la raíz griega eúdio que significa claro o leve. Debido a que el eudiómetro fue utilizado originalmente para medir la cantidad de oxígeno en el aire, la raíz eúdio describe adecuadamente el aparato.

En1772, Priestley  experimentó con gases utilizando su propio canal neumático, en el que el mercurio en

lugar de agua, los gases que atrapan que fueron por lo general solubles en agua.

 A partir de estos experimentos de Priestley se le atribuye el descubrimiento de muchos gases como el oxígeno, cloruro de hidrógeno y amoníaco. También descubrió una manera de encontrar la pureza o la "bondad" del aire con las pruebas de aire nitroso. Esta prueba se llevó a cabo mediante la mezcla de gas nitroso con una muestra de otro gas y la captura en el valle de neumáticos, en esencia, mayor será la disminución en el volumen. Henry Cavendish utilizó un dispositivo similar para determinar la fracción de oxígeno en la atmósfera de la Tierra

Priestley descubrió que la toma el aire de ciudades como Manchester o Birmingham o en campo abierto en Wiltshire, el volumen se redujo en alrededor de una quinta parte, mientras que el aire de una habitación llena de gente estaba muy contaminado  .Estas determinaciones han jugado un gran interés, no sólo en lo científico, sino también en lo social y en lo sanitario: establecer una relación entre la salud y el aire tenía raíces muy antiguas, relacionadas con la patología de los estados de ánimo. Hipócrates creía que el aire podría llevar algunos de los vapores nocivos para la salud, Lucrecio creía que el aire llevaba los gérmenes portadores de enfermedades y la muerte. La explotación intensiva de las minas en el '500 destacó el vínculo entre la salud de los mineros y el aire que se respira en las galerías; Agrícola distinción entre los efectos del aire pestilente y las de los polvos que contienen. Para Francis Bacon, algunos tipos de aires favorecieron en particular la putrefacción de la materia orgánica.

Durante el siglo XVII, fue el aumento de la preocupación por la calidad del aire en relación con la salud pública, que en 1661, la Royal Soviet de Londres, bajo los auspicios del rey Carlos II encargó a John Evelyn (1620-1706) un estudio sobre la contaminación del aire en Londres. Evelyn señaló que en las áreas donde los vapores o humos tenían una alta frecuencia de liberación la población sufría de catarro, dificultad para respirar, pérdida del apetito y el proponía plantar árboles en estas zonas de gran liberación de contaminación.

Parece ser que, como resultado de esta propuesta, Carlos II ha ordeno a plantar los cedros que adornan St James ‘Park.En 1700, el médico Bernardino Ramazzini (1633-1714) publica en Módena el primer libro de medicina del trabajo, titulado De morbi Artificum diatriba , en el que enumeraba las enfermedades en una lista, las cuales iban unidas a las varias profesiones como lo artesanal, relacionadas a la manufactura y a lo intelectual, indicando a los grupos de mayor riesgo tales como : mineros, orfebres, ceramistas, vidrieros, fabricantes de espejos, fundidores, hojalateros, tintoreros, herreros, pintores, químicos, sepultureros. Identificó la causa principal de las enfermedades de los trabajadores y empleados ,en la cual decía que los trabajos más peligrosos se relacionaban con aquellos quehaceres que utilizaban sustancias que producían polvo y / o gases tóxicos  .Las reformas de salud fueron diseñadas y se colocaron ciertos criterios, y la calidad del aire se vio relacionada con la facilidad con que se permitía la respiración. La bondad del aire se cuantificó en general con el tiempo de supervivencia de un ratón en ella, pero esta medida era muy subjetiva, porque depende de la salud y el tamaño del conejillo o del ratoncito con el que se trataba. Establecido que la respiración se podría interpretar como un proceso químico, se simulo un proceso de la respiración en el laboratorio, demostrando que la bondad del aire, y así se pudo detallar que existían diferencias entre aires y se descubrió que había más de una especie de aire, la salud se

asoció con un solo componente en particular y un porcentaje de contenido, por lo que el eudiómetro se convirtió en una rama de medición de gas.Entre finales de los años 70 y principios de los 80 del siglo XVIII, el aparato original sufrió varias modificaciones y supuestas mejoras.

Eudiómetro de Landriani

Marsilio Landriani (1751-1816), profesor de física experimental en las Escuelas Palatine de Milán, fue probablemente el primero, a partir de la intuición de Priestley, en 1775 que construyó una herramienta para determinar la pureza del aire y así evitar epidemias e infecciones. Esto se llamó eudiómetro, del griego εvδoσ, y fue diseñado para medir y comparar la calidad y el sabor del aire de muestras tomadas en diferentes lugares, como en campo abierto,

calles concurridas de la ciudad, las minas, las cárceles, las clínicas o lugares públicos, a partir de un primer análisis sistemático del medio ambiente, y al mismo tiempo el desarrollo de una teoría para explicar las implicaciones científicas de la utilización de esta herramienta.El eudiómetro Landriani consistía en un tubo de vidrio largo de CD, al extremo superior de los cuales se une a un matraz de cristal AB, lleno de agua, el mismo volumen del tubo y de la vejiga PN, que contiene el aire nitroso, cerrado por encima AB . En el extremo inferior del eudiómetro, Landriani plantea un cilindro HL latón, lleno de aire común, conectado a la unidad de tubo de vidrio CD a través de un resorte en espiral, el extremo cerrado G con un tornillo. Con este dispositivo era posible controlar las proporciones cuantitativas de agua y aire nitroso. La disminución del aire contenido en el CD común se media en una escala graduada de marfil, colocada paralela a la tubería. Cuando el aire nitroso mezclado con el aire común que figura en el CD, hacía que el oxígeno se transformara en óxidos de nitrógeno que debido a su alta solubilidad se disolvía en el agua contenida en el recipiente de AB. En consecuencia, el agua en el tubo se expandía, en proporción a la cantidad de óxidos que se disolvía. Cuanto mayor fuese el nivel de agua en la escala, mayor era la salubridad del aire.

Eudiómetro de Fontana.

El abad Felice Fontana (1730-1805), filósofo de la naturaleza desde 1766, en la corte del Gran Duque Pedro Leopoldo de Toscana y desde 1775 director de la Real Gabinete de Física y de Historia Natural de Florencia, creo instrumentos similares, que él llamó evaerometro, que funcionaban en mismo principio 7) . Lleno de aire nitroso y aire para analizar los dos contenedores C y D se muestra en la figura de la derecha; abierto la grifería E y F, y dejar que la mezcla de gases en G. El Mercurio se añadió para restaurar el volumen original, y el aumento de peso del sistema, determinaba la contracción de volumen que, por sí mismo, era una medida de la bondad del aire. En comparación con eudiómetro Landriani, el de Fontana era más barato y un poco más fácil de construir.

En 1783, Cavendish mostro muchas mejoras, no tanto en el equipo, sino en cuanto a la forma de uso, la normalización de la taza de mezcla de gases, de la manera en que se debía agitar, el tiempo de espera para cada operación y el orden en el que los gases debían ser introducidos en el instrumento. Scheele también ideó un eudiómetro, sobre la base de la ración de aire atmosférico con una solución acuosa de un sulfuro alcalino, el oxígeno se combinó con el sulfuro y, por la diferencia de los volúmenes de aire, antes y después de la reacción, se obtuvo una medida de transpirabilidad del aire en el examen.

A partir de 1777, Alessandro Volta presentó algunos cambios significativos en la eudiometriche procedimientos. Fue uno de los primeros que se había demostrado y se había dado cuenta que el dispositivo de Landriani era bastante problemático, pero por encima de eso, en lugar de la salud, permitió determinar únicamente la transpiración del aire, es decir, su contenido en el aire deflogistizado .Por ejemplo, como él mismo había establecido, el aire de la alta montaña, considerado por todos como el más saludable, tenía un contenido de oxígeno menor que la de las grandes ciudades, a nivel del mar  . Por lo tanto, parecía engañoso como la causa del aire limpio escapaba de cualquier intento de análisis cuantitativo. Los cambios introducidos por en los cuales sustituyó el aire nitroso con el aire nativo de los pantanos, en él mismo descubrimiento, el " aire natural de las marismas, que él descubrió, y

posteriormente con el aire inflamable, mientras que la reacción entre estos gases y el aire común fue provocada por una chispa hecho carrera entre dos alambres de metal, por medio de un electróforo.

El eudiómetro de Volta fue constituido por un tubo largo graduado de vidrio, que se amplió en la parte inferior de un embudo al revés. En la parte superior del tubo se cerró herméticamente con un tapón de corcho masilla, que se encadenan a dos cables cuyas puntas se acercaron en el interior del tubo. El tubo se llena completamente con agua y se coloca dentro de un baño de agua; introducido, a partir de la base, ocho volúmenes de aire y un volumen común de aire inflamable, que se recogieron en la parte superior del tubo, haciendo menor el nivel de agua hasta la gradación marcado con el número 9, en una escala de cero en la parte superior. A continuación, la mezcla se hizo explotar por medio de una chispa hecha entre la unión de dos cables. Para efectuar esta explosión, sin las fugas de gas en el tubo, el nivel del agua subió hasta, por encima de la muesca marcada con el número 8; introdujo una segunda porción de aire inflamable, la nueva mezcla se hizo detonar, con más contracción de volumen de hasta 7,5. La introducción del nuevo aire inflamable se repitió hasta que la mezcla ya no detonó, una señal de que todo el aire respirable había eliminado, en este punto la contracción del volumen de aire común era alrededor de un octavo del volumen inicial. Esta herramienta se demostró como ingeniosa y fácil de usar, mientras que el nitroso Landriani y el aire utilizado por

Priestley reaccionaron muy lentamente y así mismo se disolvían lentamente en el agua, la explosión de aire inflamable tomó sólo unos pocos segundos para dar resultados cuantitativos fiables 13) .

Eudiometro de Volta.

La chispa eudiómetro fue ampliamente utilizado, no sólo para medir el contenido de oxígeno en el aire, sino también para el estudio de la reactividad de diferentes gases, tanto desde el punto de vista de la calidad y la cantidad. Fue utilizado por Priestley al obtener amoníaco del aire-flogisto, y aire inflamable de Cavendish para obtener ácido nítrico de aire, aire-flogisto y deflogistizado.Pero más allá de que, para los propósitos de preparación, el hecho de que la contracción de volumen se puede poner en relación con los volúmenes de gas que habían reaccionado, permitió las primeras investigaciones cuantitativas. 

Con la chispa eudiómetro.En Alexander von Humboldt (1769-1859) y Joseph Louis Gay-Lussac (1778-1850), en 1805, se estableció en primer lugar, incluso si se parte de diferentes relaciones iniciales de oxígeno e hidrógeno, que combinar siempre en la relación volumétrica de 1: 2.Berthollet utiliza la misma eudiómetro para determinar la relación de la combinación de hidrógeno y nitrógeno para dar amoniaco: resultó de 11: 29, muy cerca de la correcta.

2. PRIMEROS INSTRUMENTOS

El eudiómetro fue un instrumento destinado para analizar gases susceptibles de ser quemados por el oxígeno.; El eudiómetro de Volta sirvió casi exclusivamente en las demostraciones químicas .Gay-Lussac modifico después la construcción del eudiómetro dándole mayor solidez por medio de una abrazadera metálica que le coloca en el medio, y que se prolonga en un

mango para poderlo sostener suspendido en el agua.

En la figura a se ve un eudiómetro muy sencillo compuesto de un tubo robusto cerrado por un extremo y abierto por el otro. La extremidad cerrada tiene construido un agujero que sirve para dar paso a un pequeño conductor metálico, por medio del cual se trasmite la chispa eléctrica a la bolita del espiral metálico. Este instrumento se empleaba del modo siguiente: se introducía los gases en el tubo mediante la cuba neumática, habiendo colocado el alambre en la altura correspondiente para poderse producir la chispa, se sostenían con los dedos de una mano el tubo y el alambre sumergidos un tanto en el líquido de la cuba, mientras que se descarga la electricidad de una botella de Leyden aproximando su conductor al del eudiómetro.

Mitcherlich ideo un eudiómetro que fue en su gran mayoría preferido por su gran simplicidad y sus buenos

resultados. En la figura B se ilustra, el cual consistía en un tubo de vidrio de diez y ocho pulgadas a dos pies de largo muy grueso y bien cocido: este tubo se hallaba cerrado por unas de sus extremidades y abierto por la otra; su diámetro interior era de cuatro líneas. Cerca de su extremidad superior tiene dos agujeros el uno frente del otro en los cuales se hallan hermética y sólidamente enlodados de alambres de platino redondeados por uno de sus extremos; estos alambres se hallaban a cierta distancia el uno del otro de modo que pueda saltar fácilmente entre ellos una chispa eléctrica. La otra extremidad de dichos alambres es decir la que se halla fuera del tuco se encorva a manera de un gancho. Cerca del orificio inferior hay un agujero lateral que atraviesa al tubo de la parte superior dando paso a un tapón de cristal esmerilado que cierra herméticamente el tubo. Este tapón sirvió en el acto de la detonación para evitar la pérdida de gas que tal vez habría por causa de la expansión resultante de la explosión de la mezcla gaseosa, y sobre todo para impedir que cuando el experimento se hace en el agua, el aire atmosférico que esta tiene en disolución se mezcle con el gas contenido en el eudiómetro.Efectivamente una multitud de pequeñas burbujas de aire se desprenden del agua en los demás eudiómetros durante algunos instantes posteriores a la detonación, las cuales se mezcla con el gas del tubo, resultando indispensable el gran vacío que existe sobre el agua después de la explosión y momentánea expansión de los gases. Este inconveniente queda pues

evitado mediante el tapón. Verificada la detonación, se quiera el tapón con el fin de que el líquido pueda llenar el vacío producido.Cuando el experimento se hace sobre mercurio, en lugar de sumergir el instrumento en una cuba, pues que debería ser muy grande se introduce después la detonación, dentro de una vaso cilíndrico largo de virio fuerte algo ancho por arriba, que contiene cierta cantidad de mercurio, y metido allí se quita el tapón para que el mercurio entre en el eudiómetro. El mercurio se sube tubo arriba en razón del vacío que allí existe y entonces e trata de igualar los dos niveles para completar la operación.

Viendo el Dr. Ure que los Eudiómetros necesitan casi siempre de más de un individuo para ponerlos en juego, ideo uno de estos instrumentos con el cual un hombre solo opera perfectamente. Este instrumento tal como se ve en la figura c, tiene pegados dos alambres metálicos ala extremidad cerrada del tubo, como el eudiómetro de Mitcherlich; su extremidad abierta sube casi a la altura misma de la extremidad cerrada. Para usarlo, sé llena de agua o mercurio, se le

introducen los gases, y se pone después en posición vertical; se le saca una porción del líquido del brazo abierto introduciéndole otro cuerpo como una varilla.Entonces se coge con la mano el brazo abierto del eudiómetro apoyando fuertemente a su abertura el pulpejo del dedo pulgar para que lo cierre y se halle al mismo tiempo el dedo en contacto de uno de los alambres; se comunica la chisma de un electróforo o de una botella de Leyden o de la maquina eléctrica por el botón opuesto, esta chipa atraviesa e inflama los gases y se equilibra después con el operador, cuyo caso hace el papel de conductor, cuando el gas se dilata, rechaza el líquido que tiene debajo mientras que el aire que al intento se ha introducido y que se halla interpuesto entre el pulpejo del dejo y el líquido, modifica la violencia del al explosión, obrando por su electricidad como haría un resorte. Si se quiere evitar la incomodidad que causa la comunicación eléctrica al tocar el alambre metálico con la punta del dedo se puede atar un alambre o cadenita metálica en el conductor dejarlo que se comunique con el deposito común.

2.1 Eudiómetro de agua

Su funcionamiento Aparato que permite determinar la relación entre los volúmenes de hidrógeno y oxígeno que intervienen en la síntesis del agua. Se compone de un tubo de vidrio grueso y resistente E destinado a contener la mezcla de los gases. Está acabado en sus extremos en unas guarniciones metálicas con sus

respectivas llaves de paso BS conectadas a dos cápsulas o embudos PC.  En el interior del tubo (a) se encuentra una varilla metálica vertical sujeta al fondo del mismo y atravesándolo perpendicularmente en su parte superior, otra varilla de latón; entre ambas se hará saltar una chispa  Sobre la cápsula superior de este tubo se atornilla otro tubo graduado M llamado medidor. La mezcla gaseosa de hidrógeno y oxígeno se introduce en el tubo de vidrio grueso (del que previamente se ha eliminado el aire de su interior) mediante una probeta que se acopla a la cápsula inferior del mismo; tras introducir sucesivamente el hidrógeno y el oxígeno se hace saltar una chispa eléctrica, observando la reducción de volumen que tiene lugar. El volumen de gas sobrante se mide en el tubo medidor que previamente se habrá llenado de agua y atornillado al tubo inferior. Abriendo la llave de paso que une a ambos el gas asciende. Empleando una mezcla gaseosa inicial con volúmenes iguales de ambos gases, el gas sobrante resultó ser el oxígeno y el volumen del mismo, la mitad del volumen inicial, luego 2 volúmenes de hidrógeno reaccionaban con 1 volumen de oxígeno.

Análisis de agua Análisis del agua:  la corriente descompone el agua en hidrógeno y oxígeno que se desprenden en sus polos respectivos en la relación de 2 volúmenes a 1 volumen respectivamente. Sin

embargo, la corriente descompone, en realidad,  al ácido sulfúrico hidratado (SO4H=SO3,HO); en el voltámetro jamás se pone agua el agua completamente pura, sino acidulada. Pero a medida que el ácido pierde los elementos del agua por efecto de la descomposición, vuelve a hidratarse; de modo que el ácido sirve sólo de intermedio, y en último resultado el agua es la descompuesta. Sería más convincente la demostración, si realizásemos el análisis por medio del hierro enrojecido, el cual se apodera del oxígeno, y deja en libertad al hidrógeno; pesando este último gas, y practicando lo mismo con el oxígeno fijado por el hierro, encontraríamos la exacta relación de los pesos.

APLICACIONES DEL EUDIOMETRO

Las aplicaciones de un eudiómetro

incluyen el análisis de gases y la

determinación de las diferencias de

volumen en las reacciones químicas.

Para utilizar un eudiómetro, se llena

con agua, en posición invertida de

modo que su extremo abierto se

enfrenta a la tierra (mientras

mantiene el extremo abierto de

manera que no se escapa el agua), y

luego sumergidas en agua. Una

reacción química se lleva a cabo a

través del cual se crea el gas. Un

reactivo está típicamente en la parte

inferior del eudiómetro (que fluye

hacia abajo cuando se invierte el

eudiómetro) y el otro reactivo se

suspende en el borde del eudiómetro,

normalmente por medio de un

alambre de platino o de cobre (debido

a su baja reactividad). Cuando se

libera el gas creado por la reacción

química, debe elevarse en el

eudiómetro a fin de que el

experimentador pueda leer con

exactitud el volumen del gas

producido en un momento dado.

Normalmente, una persona podría

leer el volumen cuando se complete

la reacción. Este procedimiento se

sigue en muchos experimentos,

incluyendo un experimento en el que

se determina experimentalmente

la ley de los gases ideales.

Eudiometro de laboratorio .

El eudiómetro es similar en estructura

al barómetro. Del mismo modo, un

eudiómetro utiliza el agua para liberar

el gas en el tubo, convirtiendo el gas

en una cantidad visible y mensurable.

Una correcta medición de la presión

en el desempeño de estos

experimentos es crucial para los

cálculos implicados en la ecuación

PV= nRT porque la presión puede

cambiar la densidad del gas.10

4. BIBLIOGRAFIA

"Volta: A pioneer in Electrochemistry". 13

Jan 2008.

"Apparatus for Natural Philosophy Volta's

Pistol". Thomas B. Greensdale Jr.. 17

Jan 2008

M. Beretta, Pneumatic vs. “Aerial

Medicine”: Salubrity and respirability

of Air at the End of the Eighteenth

Century, Nuova Voltiana, vol 2 (2000)

57

M. Beretta, in Marsilio Landriani,

Ricerche fisiche intorno alla

salubrità dell’aria, Giunti (1995)

30

J. Solov’ev L’evoluzione del

pensiero chimico dal ‘600 ai

nostri giorni, E.S.T. Mondadori

(1976) 161;

Raimundo Fors, cornet, tratado

Farmacia operatoria, farmacia

experimental ,tomo 1 Barcelona ,

(1841)pp. 132-134