Teoria de Dalton

Teoria de Dalton

(Parte 1 de 3)

QUÍMICA NOVA NA ESCOLAN° 20, NOVEMBRO 2004

Aconstituição da matéria sempre intrigou os homens. Ela está entre as primeiras especulações filosóficas, e nestas a idéia de átomos tem uma longa história. Várias concepções surgiram, tanto no Ocidente como no Oriente, em circunstâncias, culturas e épocas distintas. Diferentes hipóteses a respeito da constituição da matéria a partir de partículas discretas surgiram na Índia antiga, por exemplo, e especulase se poderia ter ocorrido alguma forma de intercâmbio intelectual com os gregos nesse campo. Tanto no bramanismo como no budismo e no jainismo desenvolveram-se concepções de organização da matéria antes da era cristã. No entanto, como este artigo trata da tradição ocidental, culminando na obra de John Dalton, esse aspecto do atomismo não será aqui abordado. Por isso, vamos passar em revista algumas das concepções surgidas na Grécia e em outras partes da Europa Ocidental.

Em Eléia, ao sul da Itália, surgiu no início do século V a.C. uma escola de pensamento, representada por filósofos como Parmênides e Zenão, que se preocuparam sobretudo com questões ligadas ao mundo material. Sua concepção da matéria tem muito

Recebido em 28/05/04; aceito em 5/1/04

Carlos Alberto L. Filgueiras

A teoria atômica de Dalton, um dos marcos da Química do século XIX, surgiu e foi publicada ao longo da primeira década daquele século. Ela deu uma forma operacional, capaz de ser usada em determinações experimentais, a uma das mais antigas inquietações humanas, que dizia respeito à constituição da matéria. Com Dalton cessa toda a especulação puramente abstrata que cercava o tema desde a Antigüidade clássica. Em seu lugar surge uma teoria que une conceitos teóricos à possibilidade de sua aplicação prática. Por isso o presente artigo faz uma breve resenha de aspectos das teorias filosóficas que precederam a elaboração daltoniana e procura mostrar o encadeamento que levou ao aparecimento da obra do químico inglês.

origem da Teoria Atômica, Dalton, bicentenário da Teoria Atômica a ver com a realidade ou não do movimento e do vácuo. Para os eleatas, o movimento, a mudança e a variedade das coisas e tudo o que apreendemos com os sentidos é ilusório. O movimento não existe: o pretenso deslocamento de uma flecha no ar é um engano de nossos sentidos e pode ser decomposto em quadros estáticos, como numa película cinematográfica. São nossos olhos que nos iludem, fazendonos crer na realidade do movimento. A matéria é contínua; logo não pode haver movimento. Se ele existisse, o deslocamento de um corpo em relação a outro teria de dar-se no vazio. Caso contrário, corpos diferentes ocupariam o mesmo espaço, o que é absurdo. Se a matéria é contínua, não existem vazios e o movimento não pode ocorrer.

Leucipo de Abdera (ativo em meados do século V a.C.), em oposição aos eleatas, acreditava na evidência dos sentidos e, conseqüentemente, na realidade do movimento dos corpos. Em conseqüência, deve haver vácuo, para que os corpos se movi- mentem uns em relação aos outros. Para que haja movimento, a matéria não pode ser contínua, portanto ela deve ser constituída por partículas, ou princípios. Os primeiros princípios de que se constitui a matéria são partículas fundamentais, os “átomos” (discute-se se o nome “átomos”, ou “indivisíveis”, teria sido cunhado por Leucipo ou por Demócrito). Os átomos, além de indivisíveis, são também sólidos, compactos e podem ter inúmeros formatos. Diferentes combinações de diferentes átomos dão origem à variedade de coisas no mundo.

Demócrito de

Abdera (~460-370 a.C.) é tradicionalmente considerado um elaborador das idéias de Leucipo, embora não se tenha certeza da autoria das contribuições de cada um, uma vez que o que se conhece deles provém quase totalmente de citações de pósteros, como Aristóteles, que os citaram para deles discordarem. Para Demócrito, nada é criado do nada e nada é destruído para o nada. Esta é uma expressão prematura do princípio de

Duzentos anos da teoria atômica de Dalton

Diferentes hipóteses a respeito da constituição da matéria a partir de partículas discretas surgiram na Índia antiga, e especula-se se poderia ter ocorrido alguma forma de intercâmbio intelectual com os gregos nesse campo

39 QUÍMICA NOVA NA ESCOLAN° 20, NOVEMBRO 2004 conservação da matéria, o qual, em sua versão quantitativa, viria a ser explicitado por Lavoisier ao final do século XVIII.

Demócrito acreditava que os átomos, em adição às características já assinaladas, também eram inquebráveis, tinham peso e participavam da constituição de todos os corpos, os quais tinham cada qual seu tipo de átomo.

Aristóteles (384-322 a.C.) não aceitava o atomismo de Leucipo e Demócrito, por considerá-lo rudimentar. Esse caráter rudimentar resulta de sua natureza exclusivamente materialista. Os corpos são constituídos de matéria, mas também de atributos imateriais. As distinções mais importantes entre os corpos estão nas propriedades, funções e capacidades de cada um. A principal objeção de Aristóteles à teoria atômica de Leucipo e Demócrito é sua incapacidade de explicar a mudança nas substâncias, as transformações químicas, como diríamos hoje. Se existem átomos para cada tipo de substância, não há possibilidade de transformações químicas, o que evidentemente se choca com a evidência.

Epicuro de Samos (342/1-271/0 a.C.) sustentava que a única garantia ou critério de verdade é a percepção sensorial. A filosofia epicurista revive o atomismo, ao admitir que toda sensação é um movimento de átomos resultando do contato entre corpos materiais. No tato ou no paladar isto é óbvio. A visão, por outro lado, é explicada da mesma maneira, supondo que ela depende de que átomos dos objetos vistos sejam emitidos por esses objetos e venham até nossos olhos.

Em Lucrécio (Roma, 100/94-5 a.C.), a teoria atômica é retomada e expressa em verso, num longo poema intitulado De Rerum Natura (Da Natureza das Coisas). Durante a Idade Média e o Renascimento, todavia, o materialismo da teoria atômica e a oposição de Aristóteles, elevado à condição de principal filósofo das universidades e da cristandade ocidental, tornaram a teoria inaceitável, chegando a ser considerada herética.

Com a efervescência cultural da

Revolução Científica, as possibilidades de existência de vácuo e de átomos voltaram a ser temas de grande importância. A invenção do barômetro pelo discípulo de Galileo, Evangelista Torricelli (1608-1647), mostrou que, ao se inverter um tubo cheio de mercúrio sobre uma cuba contendo o mesmo metal, a coluna de mercúrio só permanece até um certo ponto, que depende da pressão atmosférica local. Acima da coluna há vácuo (na realidade, vapor de mercúrio em equilíbrio com o líquido, o que não se conhecia no século XVII). O aparecimento desse “vácuo” estava de acordo com o princípio hidrostático de Blaise Pascal (1623-1662). Pascal, todavia, distinguia o “vácuo” sobre a coluna de mercúrio do “nada”. Por isso não admitia a possibilidade de haver vácuo fora do mundo. No entendimento moderno de que o “vácuo” é na verdade uma rarefação, o pensamento de Pascal nos afigura bastante moderno. De acordo com René Descartes (1596-1650), a característica essencial da matéria do universo é sua extensão. A extensão é também a característica fundamental do espaço. A matéria cartesiana é infinitamente divisível e não há espaço vazio na natureza. O universo está pleno de matéria e o movimento é uma realidade, transmitindo-se por contato entre vórtices que se comunicam ao longo do espaço. Esses vórtices, ou turbilhões, seriam devidos ao movimento de um material hipotético e muito sutil que permearia todo o universo, denominado “éter”. Pierre Gassendi (1592-1655) se contrapunha a seu contemporâneo, defendendo uma espécie de “atomismo cristianizado”, a partir das idéias de Epicuro. Como sacerdote católico, Gassendi não podia admitir o atomismo ateu dos gregos e sim um sistema que necessitava de Deus como criador e autor da força que anima e regula o mundo.

Na Inglaterrra, Robert Boyle (1627- 1691) procurou conciliar o atomismo com sua própria experiência de químico, preferindo, todavia, falar de “corpúsculos” constituintes dos corpos, em vez de fenômenos que não são oriundos apenas de trocas entre as características aristotélicas da matéria. Uma qualidade como o odor depende do arranjo dos corpúsculos que formam os corpos: desta sorte,

Duzentos anos da teoria atômica de Dalton

Cronologia sucinta do desenvolvimento da obra de Dalton até chegar à Teoria Atômica

1801: Lei das Pressões Parciais 1803: Primeira tabela de pesos atômicos (publicada em 1805)

1807: Primeira publicação da teoria atômica de Dalton, por Thomas Thomson (System of Chemistry)

1808: Publicação da primeira parte do livro mais importante de Dalton, o

New System of Chemical Philosophy, com seu próprio relato da nova teoria atômica (as outras duas partes se seguiriam em 1810 e 1827, respectivamente).

John Dalton em gravura de 1823. Além de equipamento de laboratório, vêem-se também os símbolos químicos de Dalton nos papéis à sua frente.

40 QUÍMICA NOVA NA ESCOLAN° 20, NOVEMBRO 2004 duas substâncias de mau odor podem interagir, produzindo um novo composto de cheiro agradável.

Muitas outras abordagens do conceito de átomo apareceram ao longo do tempo. Todas elas partilharam com aquelas que aqui foram delineadas seu caráter de pura especulação filosófica. Somente no início do século XIX é que surgirá, com John Dalton, uma teoria atômica operacional. Nem sequer Lavoisier, cuja obra aponta, poucos anos antes de Dalton, para o que se costuma chamar de Química Moderna, quis tratar do assunto, por ainda não dispor de dados concretos sobre o tema. O rigor lavoisiano em só afirmar aquilo que pode ser determinado pela experiência, fugindo do que só pode ser conjecturado, está presente nesta afirmação de seu Tratado Elementar de Química, de 1789:

A química caminha pois em direção a seu objetivo e em direção à perfeição, dividindo, subdividindo e ainda resubdividindo, e nós ignoramos qual será o fim de sua trajetória. Não podemos assegurar que aquilo que consideramos hoje como simples o seja de fato; tudo que podemos dizer é que tal substância é o termo atual ao qual chega a análise química, e que ela não pode mais se subdividir no estado atual de nossos conhecimentos.

Por ter essa convicção ele não quis especular sobre o conceito de átomo.

William Higgins (1762/3-1825), um químico irlandês, publicou em 1789 um livro em que comparava a velha química flogística, anterior a Lavoisier, com a nova química do pesquisador francês e seu círculo. Nessa obra ele usa o termo “partículas últimas” para o que nós chamaríamos átomos. Todavia, ele diz, por exemplo, que as partículas últimas de enxofre e de oxigênio no dióxido de enxofre são todas idênticas em peso, o mesmo sucedendo com as partículas últimas de nitrogênio e oxigênio que constituem o óxido nítrico. Sua teoria atômica era, portanto, ainda bastante rudimentar e continha incorreções. No entanto, alguns anos após a publicação da teoria atômica de Dalton, Higgins alegou que o crédito da descoberta da teoria deveria ser creditado a ele. Isto originou uma longa controvérsia, mas uma análise do copioso material existente mostra a grande originalidade e abrangência do trabalho de Dalton.

Vida e obra de John Dalton

John Dalton (1766-1844) nasceu em Eaglesfield, um lugarejo do norte da Inglaterra, filho de um modesto tecelão. A família pertencia à religião Quaker, que foi uma forte influência para John e à qual ele permaneceu ligado por toda a vida. Sua educação formal não chegou ao nível universitário, mas ele sempre demonstrou muita determinação e grande predileção por Matemática. Sua aptidão nos estudos foi sempre extraordinária, e ele se tornou um autodidata em muitos assuntos. A necessidade de ajudar a família fez com que desde cedo o jovem Dalton começasse a trabalhar naquilo que sabia fazer: ensinar. Aos 12 anos de idade criou uma escola, que funcionava de início num paiol, sendo depois transferida para o salão de reuniões dos Quakers. A escola teve duração efêmera, pois funcionou só até 1780. Ao mesmo tempo, Dalton continuou a estudar e veio a tornar-se versado em grego, latim, francês e filosofia natural. Em 1781, John e seu irmão Jonathan foram convidados a se tornarem assistentes na escola de Kendal, onde lecionaram Matemática e línguas antigas e modernas. A partir de 1785, com a aposentadoria do mestreescola, seu primo George Bewley, os dois irmãos assumiram a direção da escola. De 1784 a 1794, John Dalton escreveu em jornais, estudou Zoologia e Botânica, passou a manter um diário de observações meteorológicas e a lecionar cursos de filosofia natural, incluindo-se aí a química dos gases. Em 1793 foi convidado a ser professor de Matemática e filosofia natural no New College, de Manchester. A partir daí, viveu naquela cidade até o fim de seus dias. Em suas aulas de Química, um dos livros adotados era o Tratado Elementar de Química, de Lavoisier. Poucos anos depois ele deixou o cargo de professor no New College e passou a se manter sobretudo com aulas particulares. Um de seus alunos ilustres foi James Prescott Joule (1818-1889), futuro elaborador da teoria mecânica do calor.

Dalton desenvolveu desde cedo uma paixão pela meteorologia. Por 46 anos tomou medidas diárias do tempo e das condições atmosféricas, registrando no papel mais de duzentas mil observações. Se for verdade a opinião popular de que o assunto que mais interessa aos ingleses é o tempo, então Dalton pode ser considerado a quintessência do britanismo. Esse interesse pela meteorologia levou-o a debruçar-se sobre o estudo dos gases, concentrando-se, numa fase inicial, naqueles que constituem a atmosfera. Sua meticulosidade em realizar e anotar observações era proverbial. Embora seus copiosos volumes de notas manuscritas houvessem já sido publicados, é de lamentar que os originais tenham sido totalmente destruídos na noite de 23-24 de dezembro de 1940, juntamente com milhares de outros documentos e volumes preciosos, quando um ataque aéreo da Luftwaffe, a força aérea alemã, bombardeou sua cidade e

Duzentos anos da teoria atômica de Dalton

Frontispício de A New System of Chemical Philosophy, de 1808.

41 QUÍMICA NOVA NA ESCOLAN° 20, NOVEMBRO 2004 destruiu a sede da Sociedade Literária e Filosófica de Manchester, onde estavam depositados aqueles materiais.

O primeiro dos estudos de Dalton sobre os gases levou à teoria da mistura dos gases. Havia ao final do século XVIII um enigma que desafiava os pesquisadores. Sabia-se que a atmosfera era composta principalmente de nitrogênio e oxigênio, contendo também gás carbônico e vapor d’água. No entanto, como se relacionavam esses gases entre si? Formavam eles um composto gasoso, que podia ser decomposto durante as reações exaustivamente estudadas pelos eminentes químicos dos setecentos, ou, ao contrário, estavam apenas misturados, como numa mistura de açúcar e sal? Curiosamente, a composição do ar era praticamente constante, como mostravam as abundantes observações de Dalton realizadas em lugares os mais distantes entre si. Alguns anos depois, em França, o químico Louis Joseph Gay-Lussac (1778-1850) viria a mostrar que a constituição percentual da atmosfera é praticamente constante até alturas consideráveis, mesmo sendo a pressão menor. Isto ele próprio determinou por meio de duas ascensões em balão, no ano de 1804, quando chegou a atingir a altitude de 7016 metros. Dalton, sob a influência de Newton, acreditava que os gases da atmosfera formassem apenas uma mistura, sem que qualquer ligação química existisse entre eles. Se isso fosse correto, por que o dióxido de carbono, mais pesado, não se concentraria nas camadas inferiores da atmosfera, seguido do vapor d’água, do oxigênio e do nitrogênio, em ordem decrescente de peso? Aqui é bom lembrar que ainda não se sabia que o oxigênio e o nitrogênio forma- vam espécies diatômicas O2 e N2, e que a composição da água era consi- derada como sendo do tipo 1:1 em hidrogênio e oxigênio, ou HO. A condução da questão por Dalton é um exemplo de que muitas vezes a ciência progride não a partir de dados experimentais, mas sim de uma idéia concebida previamente pelo cientista e só então testada à luz da experiência. Tudo isso está claro em seu artigo intitulado “Nova teoria da constituição dos fluidos aeriformes mistos e particularmente da atmosfera”, lido originalmente em 1801 na Sociedade Literária e Filosófica de Manchester e publicado no ano seguinte nas Memórias da Sociedade. Nessa memória Dalton introduz a seguinte proposição:

(Parte 1 de 3)

Comentários