Antoine Lavoisier
Antoine-Laurent de Lavoisier, também conhecido como Antoine Lavoisier após a Revolução Francesa, foi um nobre e químico francês fulcral para a revolução química do século XVIII e que teve grande influência tanto na história da química quanto na história da biologia.
As pesquisas de Lavoisier sobre combustão foram realizadas no meio de uma agenda muito ocupada de deveres públicos e privados, especialmente em conexão com a Ferme Générale. Também havia inúmeros relatórios para e comitês da Academia de Ciências para investigar problemas específicos por ordem do governo real. Lavoisier, cujas habilidades organizacionais eram excepcionais, frequentemente recebia a tarefa de redigir tais relatórios oficiais. Em 1775, ele foi nomeado um dos quatro comissários de pólvora nomeados para substituir uma empresa privada, semelhante à Ferme Générale, que se mostrou insatisfatória no fornecimento de munições para a França. Como resultado de seus esforços, tanto a quantidade quanto a qualidade da pólvora francesa melhoraram muito, e ela se tornou uma fonte de receita para o governo. Sua nomeação para a Comissão de Pólvora trouxe um grande benefício para a carreira científica de Lavoisier também. Como comissário, ele desfrutava de uma casa e um laboratório no Arsenal Real. Aqui ele viveu e trabalhou entre 1775 e 1792.
Primeiros anos e educação
Antoine-Laurent Lavoisier nasceu em uma família rica da nobreza em Paris em 26 de agosto de 1743. Filho de um advogado do Parlamento de Paris, ele herdou uma grande fortuna aos cinco anos, após a morte de sua mãe. Lavoisier começou seus estudos no Collège des Quatre-Nations, Universidade de Paris (também conhecido como Collège Mazarin) em Paris em 1754, aos 11 anos. Em seus dois últimos anos (1760–1761) na escola, seus interesses científicos foram despertados, e ele estudou química, botânica, astronomia e matemática. Na aula de filosofia, ele ficou sob a tutela do Abbé Nicolas Louis de Lacaille, um distinto matemático e astrônomo observacional que incutiu no jovem Lavoisier um interesse pela observação meteorológica, um entusiasmo que nunca o abandonou. Lavoisier ingressou na escola de direito, onde recebeu um bacharelado em 1763 e uma licenciatura em 1764. Lavoisier recebeu um diploma de direito e foi admitido na ordem dos advogados, mas nunca exerceu a advocacia. No entanto, ele continuou sua educação científica em seu tempo livre.
Primeiros trabalhos científicos
A educação de Lavoisier foi repleta dos ideais do Iluminismo francês da época, e ele foi fascinado pelo dicionário de química de Pierre Macquer. Ele frequentou palestras em ciências naturais. A devoção e paixão de Lavoisier pela química foram largamente influenciadas por Étienne Condillac, um proeminente estudioso francês do século XVIII. Sua primeira publicação química apareceu em 1764. De 1763 a 1767, ele estudou geologia sob Jean-Étienne Guettard. Em colaboração com Guettard, Lavoisier trabalhou em um levantamento geológico da Alsácia-Lorena em junho de 1767. Em 1764, ele leu seu primeiro artigo para a Academia Francesa de Ciências, a sociedade científica mais elite da França, sobre as propriedades químicas e físicas do gesso (sulfato de cálcio hidratado), e em 1766 foi agraciado com uma medalha de ouro pelo Rei por um ensaio sobre os problemas da iluminação pública urbana. Em 1768, Lavoisier recebeu uma nomeação provisória para a Academia de Ciências. Em 1769, ele trabalhou no primeiro mapa geológico da França.
Lavoisier como reformador social
Embora Lavoisier seja comumente conhecido por suas contribuições para as ciências, ele também dedicou uma parte significativa de sua fortuna e trabalho para beneficiar o público. Lavoisier era um humanitário - ele se importava profundamente com as pessoas de seu país e frequentemente se preocupava em melhorar o sustento da população por meio da agricultura, indústria e ciências. A primeira instância disso ocorreu em 1765, quando ele enviou um ensaio sobre a melhoria da iluminação pública urbana para a Academia Francesa de Ciências. Três anos depois, em 1768, ele se concentrou em um novo projeto para projetar um aqueduto. O objetivo era trazer água do rio Yvette para Paris para que os cidadãos pudessem ter água potável limpa. Mas, como a construção nunca começou, ele instead voltou sua atenção para purificar a água do Sena. Este foi o projeto que interessou Lavoisier na química da água e nos deveres de saneamento público.
Ferme générale e casamento
Aos 26 anos, por volta da época em que foi eleito para a Academia de Ciências, Lavoisier comprou uma participação na Ferme générale, uma empresa financeira de arrendamento fiscal que adiantava a receita tributária estimada ao governo real em troca do direito de cobrar os impostos. Em nome da Ferme générale, Lavoisier encomendou a construção de um muro em torno de Paris para que as taxas alfandegárias pudessem ser cobradas daqueles que transportavam mercadorias para dentro e fora da cidade. Sua participação na cobrança de seus impostos não ajudou sua reputação quando o Reino do Terror começou na França, pois impostos e reformas governamentais deficientes foram os principais motivadores durante a Revolução Francesa.
Adulteração do tabaco
Os Farmers General detinham o monopólio da produção, importação e venda de tabaco na França, e os impostos que cobravam sobre o tabaco traziam receitas de 30 milhões de libras por ano. Essa receita começou a cair devido a um mercado negro crescente de tabaco que era contrabandeado e adulterado, mais comumente com cinzas e água. Lavoisier idealizou um método de verificar se cinzas haviam sido misturadas com tabaco: "Quando um espírito de vitríolo, água-forte ou alguma outra solução ácida é derramada sobre cinzas, há uma reação efervescente imediata muito intensa, acompanhada por um ruído facilmente detectado". Lavoisier também notou que a adição de uma pequena quantidade de cinzas melhorava o sabor do tabaco. De um vendedor que vendia produtos adulterados, ele escreveu "Seu tabaco goza de uma muito boa reputação na província... a muito pequena proporção de cinza que é adicionada dá-lhe um sabor particularmente picante que os consumidores procuram. Talvez a Fazenda pudesse obter alguma vantagem adicionando um pouco desta mistura líquida quando o tabaco é fabricado." Lavoisier também descobriu que, embora a adição de muita água para aumentar o volume do tabaco fizesse com que ele fermentasse e cheirasse mal, a adição de uma quantidade muito pequena melhorava o produto.
Comissão Real de Agricultura
Lavoisier pediu o estabelecimento de uma Comissão Real de Agricultura. Ele então serviu como seu Secretário e gastou somas consideráveis de seu próprio dinheiro para melhorar os rendimentos agrícolas na Sologne, uma área onde as terras agrícolas eram de má qualidade. A umidade da região frequentemente levava a uma praga da colheita de centeio, causando surtos de ergotismo entre a população. Em 1788, Lavoisier apresentou um relatório à Comissão detalhando dez anos de esforços em sua fazenda experimental para introduzir novas culturas e tipos de gado. Sua conclusão foi que, apesar das possibilidades de reformas agrícolas, o sistema tributário deixava os arrendatários com tão pouco que era irrealista esperar que mudassem suas práticas tradicionais.
Teoria do oxigênio da combustão
Contrariamente ao pensamento predominante na época, Lavoisier teorizou que o ar comum, ou um de seus componentes, combina-se com as substâncias quando elas são queimadas. Ele demonstrou isso através de experimentos. Durante o final de 1772, Lavoisier voltou sua atenção para o fenômeno da combustão, o tópico no qual ele faria sua contribuição mais significativa para a ciência. Ele relatou os resultados de seus primeiros experimentos sobre combustão em uma nota para a Academia em 20 de outubro, na qual relatou que quando o fósforo queimava, ele se combinava com uma grande quantidade de ar para produzir espírito ácido do fósforo, e que o fósforo aumentava de peso ao queimar. Em uma segunda nota selada depositada na academia algumas semanas depois (1 de novembro), Lavoisier estendeu suas observações e conclusões para a queima de enxofre e passou a acrescentar que "o que é observado na combustão do enxofre e do fósforo pode muito bem acontecer no caso de todas as substâncias que ganham peso por combustão e calcinação: e estou persuadido de que o aumento de peso dos calces metálicos se deve à mesma causa".
Pioneiro da estequiometria
As pesquisas de Lavoisier incluíram alguns dos primeiros experimentos químicos verdadeiramente quantitativos. Ele pesou cuidadosamente os reagentes e produtos de uma reação química em um vaso de vidro selado para que nenhum gás pudesse escapar, o que foi um passo crucial no avanço da química. Em 1774, ele mostrou que, embora a matéria possa mudar seu estado em uma reação química, a massa total da matéria é a mesma no final e no início de toda mudança química. Assim, por exemplo, se um pedaço de madeira é queimado até virar cinzas, a massa total permanece inalterada se os reagentes e produtos gasosos forem incluídos. Os experimentos de Lavoisier apoiaram a lei da conservação de massa. Na França, é ensinado como a Lei de Lavoisier e é parafraseado a partir de uma declaração em seu Traité Élémentaire de Chimie: "Nada se perde, nada se cria, tudo se transforma." Mikhail Lomonosov (1711–1765) já havia expressado ideias semelhantes em 1748 e as provou em experimentos; outros cujas ideias antecedem o trabalho de Lavoisier incluem Jean Rey (1583–1645), Joseph Black (1728–1799) e Henry Cavendish (1731–1810).
Nomenclatura química
Lavoisier, junto com Louis-Bernard Guyton de Morveau, Claude-Louis Berthollet e Antoine François de Fourcroy, submeteu um novo programa para as reformas da nomenclatura química para a academia em 1787, pois praticamente não havia sistema racional de nomenclatura química na época. Este trabalho, intitulado Méthode de nomenclature chimique (Método de Nomenclatura Química, 1787), introduziu um novo sistema que estava inextricavelmente ligado à nova teoria do oxigênio da química de Lavoisier. Os elementos clássicos de terra, ar, fogo e água foram descartados, e em vez disso, cerca de 33 substâncias que não podiam ser decompostas em substâncias mais simples por qualquer meio químico conhecido foram provisionariamente listadas como elementos. Os elementos incluíam luz; calórico (matéria do calor); os princípios de oxigênio, hidrogênio e azote (nitrogênio); carbono; enxofre; fósforo; os ainda desconhecidos "radicais" do ácido muriático (ácido clorídrico), ácido bórico e ácido "fluórico"; 17 metais; 5 terras (principalmente óxidos de metais ainda desconhecidos, como magnésia, bária e estroncia); três álcalis (potassa, soda e amônia); e os "radicais" de 19 ácidos orgânicos.
Revolução química e oposição
Lavoisier é comumente citado como um contribuidor central para a revolução química. Suas medições precisas e meticulosa manutenção de balanços ao longo de seu experimento foram vitais para a aceitação generalizada da lei da conservação da massa. Sua introdução de nova terminologia, um sistema binomial modelado após o de Linnaeus, também ajuda a marcar as mudanças dramáticas no campo que são referidas geralmente como a revolução química. Lavoisier encontrou muita oposição ao tentar mudar o campo, especialmente de cientistas flogísticos britânicos. Joseph Priestley, Richard Kirwan, James Keir e William Nicholson, entre outros, argumentaram que a quantificação de substâncias não implicava conservação de massa. Em vez de relatar evidências factuais, a oposição alegou que Lavoisier estava interpretando mal as implicações de sua pesquisa. Um dos aliados de Lavoisier, Jean Baptiste Biot, escreveu sobre a metodologia de Lavoisier: "sentia-se a necessidade de vincular a precisão nos experimentos ao rigor do raciocínio." Sua oposição argumentou que a precisão na experimentação não implicava precisão em inferências e raciocínio. Apesar da oposição, Lavoisier continuou a usar instrumentação precisa para convencer outros químicos de suas conclusões, frequentemente resultados com cinco a oito casas decimais. Nicholson, que estimou que apenas três dessas casas decimais eram significativas, afirmou:
Memorial da Páscoa
A versão "oficial" do Memorial da Páscoa de Lavoisier apareceu em 1778. No período intermediário, Lavoisier teve tempo suficiente para repetir alguns dos experimentos mais recentes de Priestley e realizar alguns novos por conta própria. Além de estudar o ar desflogisticado de Priestley, ele estudou mais minuciosamente o ar residual depois que os metais foram calcinados. Ele mostrou que este ar residual não suportava nem combustão nem respiração e que aproximadamente cinco volumes deste ar adicionados a um volume do ar desflogisticado davam ar atmosférico comum. O ar comum era então uma mistura de duas espécies químicas distintas com propriedades bastante diferentes. Assim, quando a versão revisada do Memorial da Páscoa foi publicada em 1778, Lavoisier não mais afirmava que o princípio que se combinava com os metais na calcinação era apenas ar comum, mas "nada mais do que a parte mais saudável e mais pura do ar" ou a "parte eminentemente respirável do ar". No mesmo ano, ele cunhou o nome oxigênio para este constituinte do ar, das palavras gregas significando "formador de ácido". Ele ficou impressionado com o fato de que os produtos de combustão de não metais como enxofre, fósforo, carvão e nitrogênio eram ácidos. Ele sustentou que todos os ácidos continham oxigênio e que o oxigênio era, portanto, o princípio acidificante.
Desmantelando a teoria do flogisto
A pesquisa química de Lavoisier entre 1772 e 1778 foi amplamente preocupada em desenvolver sua própria nova teoria da combustão. Em 1783, ele leu para a academia seu artigo intitulado Réflexions sur le phlogistique (Reflexões sobre o Flogisto), um ataque em grande escala à atual teoria do flogisto da combustão. Naquele ano, Lavoisier também iniciou uma série de experimentos sobre a composição da água que provariam ser uma pedra angular importante para sua teoria da combustão e ganhariam muitos convertidos para ela. Muitos investigadores haviam experimentado a combinação do ar inflamável de Henry Cavendish, agora conhecido como hidrogênio, com "ar desflogisticado" (ar no processo de combustão, agora conhecido por ser oxigênio) por faiscar eletricamente misturas dos gases. Todos os pesquisadores notaram a produção de água pura por Cavendish pela queima de hidrogênio em oxigênio, mas eles interpretaram a reação de várias maneiras dentro da estrutura da teoria do flogisto. Lavoisier soube do experimento de Cavendish em junho de 1783 via Charles Blagden (antes que os resultados fossem publicados em 1784), e imediatamente reconheceu a água como o óxido de um gás "hidrogenativo".
Tratado Elementar de Química
Lavoisier empregou a nova nomenclatura em seu Traité élémentaire de chimie (Tratado Elementar de Química), publicado em 1789. Este trabalho representa a síntese da contribuição de Lavoisier para a química e pode ser considerado o primeiro livro didático moderno sobre o assunto. O núcleo do trabalho era a teoria do oxigênio, e o trabalho se tornou um veículo mais eficaz para a transmissão das novas doutrinas. Apresentou uma visão unificada de novas teorias da química, continha uma declaração clara da lei da conservação da massa e negava a existência do flogisto. Este texto esclareceu o conceito de um elemento como uma substância que não poderia ser quebrada por qualquer método conhecido de análise química e apresentou a teoria de Lavoisier da formação de compostos químicos a partir de elementos. Permanece um clássico na história da ciência. Enquanto muitos químicos líderes da época se recusaram a aceitar as novas ideias de Lavoisier, a demanda pelo Traité élémentaire como livro didático em Edimburgo foi suficiente para merecer tradução para o inglês dentro de cerca de um ano de sua publicação francesa. Em qualquer caso, o Traité élémentaire era suficientemente sólido para convencer a próxima geração.
Trabalho fisiológico
A relação entre combustão e respiração havia sido reconhecida há muito tempo a partir do papel essencial que o ar desempenhava em ambos os processos. Lavoisier foi quase obrigado, portanto, a estender sua nova teoria da combustão para incluir a área da fisiologia da respiração. Seus primeiros memoriais sobre este tópico foram lidos para a Academia de Ciências em 1777, mas sua contribuição mais significativa para este campo foi feita no inverno de 1782–1783 em associação com Laplace. O resultado deste trabalho foi publicado em um memorial, "Sobre o Calor." Lavoisier e Laplace projetaram um aparato de calorímetro de gelo para medir a quantidade de calor liberada durante a combustão ou respiração. A casca externa do calorímetro foi embalada com neve, que derreteu para manter uma temperatura constante de 0 °C em torno de uma casca interna cheia de gelo. Medindo a quantidade de dióxido de carbono e calor produzido confinando um porquinho-da-índia vivo neste aparato, e comparando a quantidade de calor produzida quando carbono suficiente foi queimado no calorímetro de gelo para produzir a mesma quantidade de dióxido de carbono que a exalada pelo porquinho-da-índia, eles concluíram que a respiração era, de fato, um processo de combustão lenta. Lavoisier afirmou, "la respiration est donc une combustion," isto é, a troca gasosa respiratória é uma combustão, como a de uma vela queimando.
As contribuições fundamentais de Lavoisier para a química foram o resultado de um esforço consciente para ajustar todos os experimentos na estrutura de uma única teoria. Ele estabeleceu o uso consistente da balança química, usou o oxigênio para derrubar a teoria do flogisto e desenvolveu um novo sistema de nomenclatura química que sustentava que o oxigênio era um constituinte essencial de todos os ácidos (o que mais tarde se mostrou errado). Lavoisier também fez pesquisas iniciais em físico-química e termodinâmica em experimentos conjuntos com Laplace. Eles usaram um calorímetro para estimar o calor evoluído por unidade de dióxido de carbono produzido, eventualmente encontrando a mesma proporção para uma chama e animais, indicando que os animais produziam energia por um tipo de reação de combustão. Lavoisier também contribuiu para ideias iniciais sobre composição e mudanças químicas ao afirmar a teoria radical, acreditando que radicais, que funcionam como um único grupo em um processo químico, combinam-se com oxigênio em reações. Ele também introduziu a possibilidade de alotropia em elementos químicos quando descobriu que o diamante é uma forma cristalina de carbono.
Durante sua vida, Lavoisier foi agraciado com uma medalha de ouro pelo Rei da França por seu trabalho em iluminação pública urbana (1766) e foi nomeado para a Academia Francesa de Ciências (1768). Ele foi eleito membro da American Philosophical Society em 1775. O trabalho de Lavoisier foi reconhecido como um Marco Histórico Químico Internacional pela American Chemical Society, Académie des sciences de L'institut de France e a Société Chimique de France em 1999. A publicação de 1788 de Antoine Laurent Lavoisier intitulada Méthode de Nomenclature Chimique, publicada com colegas Louis-Bernard Guyton de Morveau, Claude Louis Berthollet e Antoine François, conde de Fourcroy, foi honrada com um Prêmio de Citação por Avanço Químico da Divisão de História da Química da American Chemical Society, apresentado na Académie des Sciences (Paris) em 2015. Um número de Medalhas Lavoisier foram nomeadas e dadas em homenagem a Lavoisier, por organizações incluindo a Société chimique de France, a International Society for Biological Calorimetry e a empresa DuPont Ele também é comemorado pelo Prêmio Franklin-Lavoisier, marcando a amizade de Antoine-Laurent Lavoisier e Benjamin Franklin. O prêmio, que inclui uma medalha, é dado conjuntamente pela Fondation de la Maison de la Chimie em Paris, França e pelo Science History Institute na Filadélfia, PA, EUA.
