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DESCOBERTAS CIENTÍFICAS MAIS IMPORTANTES
Lei de Boyle-Mariotte. História e essência da descoberta científica
Diretório / As descobertas científicas mais importantes Pesquisa do grande cientista inglês Boyle lançou as bases para o nascimento de uma nova ciência química. Ele destacou a química como uma ciência independente e mostrou que ela tem seus próprios problemas, suas próprias tarefas, que devem ser resolvidas por métodos próprios, diferentes da medicina. Ao sistematizar inúmeras reações de cor e reações de precipitação, Boyle lançou as bases para a química analítica. Ele também se tornou o autor de uma das primeiras leis da emergente ciência física e química. Robert Boyle (1627-1691) foi o décimo terceiro de quatorze filhos de Richard Boyle, o primeiro duque de Cork, um feroz e bem-sucedido avarento que viveu na época da rainha Elizabeth e multiplicou suas terras pela apreensão de terras estrangeiras. Ele nasceu em Lismore Castle, uma das propriedades irlandesas de seu pai. Lá Robert passou sua infância. Ele recebeu uma excelente educação em casa e aos oito anos tornou-se aluno da Universidade de Eton. Lá ele estudou por quatro anos, após os quais partiu para a nova propriedade de seu pai, Stolbridge. Como era costume na época, aos doze anos, Robert e seu irmão foram enviados para uma viagem à Europa. Ele decidiu continuar seus estudos na Suíça e na Itália e lá permaneceu por seis longos anos. Boyle retornou à Inglaterra apenas em 1644, após a morte de seu pai, que lhe deixou uma fortuna considerável. Em Stallbridge ele montou um laboratório, onde no final de 1645 iniciou pesquisas em física, química e química agrícola. Boyle gostava de trabalhar em várias questões simultaneamente. Ele geralmente explicava detalhadamente aos assistentes o que eles tinham que fazer durante o dia e depois se retirava para o escritório, onde o secretário o esperava. Lá ele ditou seus tratados filosóficos. Um cientista enciclopédico, Boyle, lidando com os problemas da biologia, medicina, física e química, mostrou não menos interesse em filosofia, teologia e linguística. Boyle atribuía grande importância à pesquisa laboratorial. O mais interessante e variado foram seus experimentos em química. Ele acreditava que a química, tendo se separado da alquimia e da medicina, poderia muito bem se tornar uma ciência independente. No início, Boyle estava empenhado em obter infusões de flores, ervas medicinais, líquenes, cascas de árvores e raízes de plantas. O mais interessante foi a infusão roxa obtida do líquen de tornassol. Os ácidos mudaram sua cor para vermelho e os álcalis para azul. Boyle ordenou que o papel fosse embebido nessa infusão e depois seco. Um pedaço desse papel, imerso na solução teste, mudava de cor e mostrava se a solução era ácida ou alcalina. Foi uma das primeiras substâncias que Boyle chamou de indicadores. Um cientista observador não poderia ignorar outra propriedade das soluções: quando um pouco de ácido clorídrico foi adicionado a uma solução de prata em ácido nítrico, formou-se um precipitado branco, que Boyle chamou de "lua da córnea" (cloreto de prata). Se este precipitado fosse deixado em um recipiente aberto, tornava-se preto. Foi uma reação analítica, mostrando de forma confiável que a substância em estudo contém a "lua" (prata). O jovem cientista continuou a duvidar da capacidade analítica universal do fogo e procurou outros meios de análise. Seus muitos anos de pesquisa mostraram que, quando as substâncias são afetadas por certos reagentes, elas podem se decompor em compostos mais simples. Usando reações específicas, foi possível determinar esses compostos. Algumas substâncias formaram precipitados coloridos, outras emitiram um gás com odor característico, outras deram soluções coloridas, etc. Boyle chamou os processos de decomposição das substâncias e a identificação dos produtos resultantes por meio de análise de reações características. Foi uma nova forma de trabalhar que deu impulso ao desenvolvimento da química analítica. Em 1654, o cientista mudou-se para Oxford, onde continuou seus experimentos com um assistente, Wilhelm Gomberg. A pesquisa foi reduzida a um objetivo: sistematizar as substâncias e dividi-las em grupos de acordo com suas propriedades. Depois de Gomberg, o jovem físico Robert Hooke tornou-se seu assistente. Eles dedicaram suas pesquisas principalmente aos gases e ao desenvolvimento da teoria corpuscular. Tendo aprendido com publicações científicas sobre o trabalho do físico alemão Otto Guericke, Boyle decidiu repetir seus experimentos e, para isso, inventou o projeto original de uma bomba de ar. O primeiro exemplo desta máquina foi construído com a ajuda de Hooke. Os pesquisadores conseguiram remover quase completamente o ar com uma bomba. No entanto, todas as tentativas de provar a presença de éter em um recipiente vazio permaneceram inúteis. “Não existe éter”, concluiu Boyle. Ele decidiu chamar o espaço vazio de vácuo, que significa "vazio" em latim. Em 1660, em sua propriedade, Boyle completou seu primeiro grande trabalho científico - "Novos experimentos físico-mecânicos sobre o peso do ar e suas manifestações". O próximo livro foi The Skeptic Chemist. Nesses livros, Boyle não deixou pedra sobre pedra da doutrina aristotélica dos quatro elementos, que existiu por quase dois mil anos, do "éter" de Descartes e dos três princípios alquímicos. Naturalmente, esta obra provocou fortes ataques dos seguidores de Aristóteles e dos cartuxos. No entanto, Boyle confiou na experiência nisso e, portanto, sua evidência era inegável. A maioria dos cientistas - seguidores da teoria corpuscular - aceitou com entusiasmo as idéias de Boyle. Muitos de seus oponentes ideológicos também foram forçados a reconhecer as descobertas do cientista. O jovem físico Richard Townley torna-se seu novo assistente no laboratório de Oxford. Junto com ele, Boyle descobriu uma das leis fundamentais da física, estabelecendo que a mudança no volume de um gás é inversamente proporcional à mudança na pressão. Isso significava que, conhecendo a mudança no volume do vaso, era possível calcular com precisão a mudança na pressão do gás. Esta descoberta foi a maior descoberta do século XVII. Boyle a descreveu pela primeira vez em 1662 ("Em Defesa da Doutrina da Elasticidade e Peso do Ar") e modestamente a chamou de hipótese. O conceito de elasticidade do ar, que corresponde ao conceito atual de pressão, foi decisivo nos planos e na implementação dos experimentos de Boyle. "A elasticidade do ar", escreve Gliozzi, "foi demonstrada Pascal em um experimento repetido pela Academia de Experimentos e Guericke. Uma bolha de ar infla quando colocada em uma câmara barométrica ou em um tanque evacuado. A experiência de Guericke com dois vasos comunicantes também atestou a elasticidade do ar. "Notamos pela maneira que a teoria da elasticidade nasceu das experiências descritas com o ar. Este termo, introduzido por Pekke em 1651, foi amplamente utilizado por Boyle, que também fez os primeiros estudos da elasticidade dos sólidos. Francesco Lino (1595-1675) pegou em armas contra tal entendimento, que essencialmente defendeu as ideias de Fabry, assim como Mersenne, que tentou atribuir o efeito Torricelli e a sucção de água por uma bomba à adesão de " "gancho" partículas de água e ar colidindo umas com as outras. Em seu trabalho "Em um experimento com mercúrio em tubos de vidro ...", publicado em 1660, Lino observa que se você abaixar um tubo aberto em ambas as extremidades em mercúrio, e depois cobrir a extremidade superior com o dedo e puxar parcialmente o tubo fora do mercúrio, então sente-se que a ponta do dedo é puxada para dentro do tubo. Essa atração, argumenta Lino ainda, atesta não a pressão atmosférica externa, mas a uma força interna devido a fios invisíveis ("funículos") de substância material, presos em uma extremidade a um dedo e, na outra, a uma coluna de mercúrio. Agora tais idéias causam apenas um sorriso, mas então elas precisavam de séria consideração, o que Boyle fez em sua obra "Defence against Lino", onde ele pretende provar que a elasticidade do ar é capaz de mais do que simplesmente segurar a "coluna toricelli". Boyle descreve sua pesquisa em grande detalhe: “Pegamos um longo tubo de vidro, que, com uma mão habilidosa, com a ajuda de uma lâmpada, foi dobrado de tal forma que a parte dobrada para cima ficou quase paralela ao resto. neste cotovelo mais curto ... foi hermeticamente fechado. O cotovelo curto dividido ao longo de todo o seu comprimento em polegadas (cada uma das quais também é dividida em oito partes) por meio de uma tira de papel com divisões impressas nele, que foi cuidadosamente colada o tubo. A mesma tira de papel foi colada no joelho comprido. Então "mercúrio foi derramado no tubo em tal quantidade que encheu a parte semicircular ou curva do sifão" e ficou no mesmo nível em ambos os joelhos. “Quando isso foi feito, começamos a adicionar mercúrio à perna longa... até que o ar na perna curta fosse reduzido por compressão, de modo que ocupasse apenas metade do volume original... do tubo ... e notamos que o mercúrio neste cotovelo mais longo era 29 polegadas mais alto do que no outro." Resumindo esses experimentos, Boyle observou: “Quando o ar foi comprimido tanto que foi condensado em um volume que era um quarto do original, tentamos quão frio o ar do pano de linho umedecido com água engrossaria o ar. E às vezes parecia que o ar estava um pouco comprimido, mas não tanto que qualquer conclusão pudesse ser tirada dele. Então também tentamos se o calor seria... ação do que o frio anterior." Curiosamente, não foi Boyle quem tirou as conclusões dos estudos, mas Townley. Boyle aponta que Richard Townley, lendo a primeira edição de seu trabalho "New Physico-Mechanical Experiments Concerning the Elasticity of Air", levantou a hipótese de que "pressões e extensões são inversamente proporcionais entre si". Ya.G. Dorfman escreve: "Quinze anos após a publicação desses estudos por Boyle, ou seja, em 1679, o "Discurso sobre a Natureza do Ar" do abade Edme Mariotte apareceu na França, no qual, juntamente com outras questões, experimentos semelhantes aos experimentos de Boyle sobre o estudo da relação entre pressão, ar e volume ocupado, Mariotte não menciona seu antecessor em uma palavra, como se desconhecesse completamente o trabalho de Boyle sobre pneumática. Entretanto, os trabalhos de Boyle eram amplamente conhecidos: foram publicados em latim e inglês. No entanto, Mariotte pela primeira vez não se esqueceu de mencionar o seu antecessor, porque da mesma forma, em 1673, numa obra sobre colisões, não disse uma palavra sobre a obra Huygens, emprestando deste último não apenas a metodologia do experimento, mas também os fundamentos da teoria. O trabalho de Mariotte é significativamente inferior ao de Boyle no que diz respeito ao rigor do experimento. Boyle, como vimos, mede as alturas da coluna de mercúrio a dezesseis de polegada, compara os valores reais observados com cálculos e aponta o erro inevitável nas medições. Mariotte mede as alturas da coluna de mercúrio em polegadas inteiras e se limita a relatar que os dados experimentais estão em estrita concordância com os calculados. Cauteloso e crítico, Boyle chama a lei que descobriu de apenas uma "hipótese" que requer confirmação experimental. Mariotte a proclama uma lei ou regra da natureza. Então, para ser justo, a "lei de Boyle-Mariotte" deveria ser chamada de "lei de Boyle-Townley" ou "Lei de Boyle-Townley-Hooke". Infelizmente, às vezes nos cursos de física é erroneamente afirmado que Mariotte "refinou" a pesquisa de Boyle, o que é completamente falso. No entanto, foi Mariotte (1620-1684) quem previu as várias aplicações da lei. Destes, o mais importante foi o cálculo da altura de um local a partir dos dados do barômetro. O cálculo, que foi feito operando com quantidades infinitesimais, levou ao fracasso devido ao fraco treinamento matemático do cientista. Mais tarde, em 1686, o astrônomo inglês Edmond Halley (1656-1742) voltou-se para o problema de determinar a altitude a partir da pressão atmosférica. Ele é conhecido pela maioria dos leitores pelo cometa que descobriu, que leva seu nome. Assim, Halley encontrou uma fórmula que é essencialmente correta, se você não levar em conta as mudanças de temperatura. A essência da fórmula de Halley se resumia à afirmação de que, à medida que a altitude aumenta em uma progressão aritmética, a pressão atmosférica diminui exponencialmente. Autor: Samin D. K.
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