13. As rodelinhas de madeira do sr. Dalton

OS EXPERIMENTOS EM MEU LABORATÓRIO demonstraram-me que as misturas químicas eram totalmente diferentes dos compostos químicos. Podia-se misturar sal com açúcar, por exemplo, em qualquer proporção. Podia-se misturar sal com água — o sal se dissolvia, mas bastava evaporar a mistura para recuperarmos o sal inalterado. Podia-se recuperar o cobre e o zinco inalterados de uma liga de latão. Quando me caiu uma obturação dental, consegui destilar seu mercúrio, inalterado. Tudo isso — soluções, ligas, amálgamas — eram misturas. Basicamente, as misturas tinham as propriedades de seus ingredientes (mais uma ou duas qualidades “especiais”, talvez — a dureza relativa do latão, por exemplo, ou o menor ponto de congelamento da água salgada). Mas os compostos apresentavam propriedades totalmente novas.

A maioria dos químicos no século XVIII aceitava tacitamente que os compostos tinham composições xas e os elementos neles contidos se combinavam em proporções precisas e invariáveis — se não fosse assim, a química prática di cilmente poderia ter avançado. Mas não houve investigações explícitas sobre esse assunto, nem declarações a esse respeito, até que Joseph-Louis Proust, químico francês que trabalhava na Espanha, empreendeu uma série de análises meticulosas comparando vários óxidos e sulfetos do mundo todo. Logo ele se convenceu de que todos os compostos químicos genuínos apresentavam mesmo composições xas — e que isso ocorria independentemente do modo como o composto era feito ou de onde ele era encontrado. O sulfeto de mercúrio vermelho, por exemplo, sempre continha as mesmas proporções de mercúrio e enxofre, quer fosse feito em laboratório, quer

encontrado como mineral.1

Entre um polo e outro [Proust escreveu], os compostos são idênticos

na composição. Sua aparência pode variar devido a seu modo de

agregação, mas suas propriedades, nunca [...] O cinabre do Japão tem

a mesma composição do cinabre da Espanha; o cloreto de prata é

idêntico, seja ele obtido no Peru ou na Sibéria; em todo o mundo

existe só um cloreto de sódio, um salitre, um sulfato de cálcio e um

sulfato de bário. Análises con rmam esses fatos em cada etapa.

Em 1799 Proust já havia generalizado sua teoria, formulando uma lei — a lei das proporções xas. As análises de Proust, bem como sua misteriosa lei, despertaram a atenção dos químicos no mundo todo, notavelmente na Inglaterra, onde inspirariam intuições brilhantes na mente de John Dalton, um modesto mestre-escola quacre de Manchester.

Com talento matemático, e desde pequeno interessado em Newton e sua “ loso a corpuscular”, Dalton procurara compreender as propriedades físicas dos gases — as pressões que exerciam, sua difusão e solução — na esfera corpuscular ou “atômica”. Portanto, ele já estava pensando sobre as “partículas nais” e seus pesos, embora em seu contexto puramente físico, quando tomou conhecimento do trabalho de Proust e, por um súbito salto intuitivo, percebeu como essas partículas

nais poderiam explicar a lei de Proust e, de fato, toda a química.

Para Newton e Boyle, embora existissem formas diferentes de matéria, os corpúsculos ou átomos de que elas se compunham eram todos idênticos. Assim, para eles, sempre havia a possibilidade alquímica de transformar um metal não precioso em ouro, pois isso envolvia apenas mudança de forma, uma transformação da mesma matéria

básica.2 Mas agora o conceito de elementos, graças a Lavoisier, estava claro, e para Dalton existiam tantos tipos de átomos quanto de elementos. Cada um possuía um “peso atômico” xo e característico, e isso era o que determinava as proporções relativas nas quais ele se combinava com outros elementos. Assim, se 23 gramas de sódio invariavelmente se combinavam com 35,5 gramas de cloro, isso ocorria porque os átomos de sódio e de cloro tinham pesos atômicos de 23 e 35,5. (Esses pesos atômicos não eram, obviamente, os verdadeiros pesos dos átomos, mas seus pesos relativamente a um padrão — por exemplo, o do átomo de hidrogênio.)

Ler Dalton, ler sobre os átomos, deixou-me numa espécie de arrebatamento, pensando que as misteriosas proporcionalidades e números que víamos em escala macroscópica no laboratório poderiam re etir um mundo interior invisível e in nitesimal de átomos que dançavam, tocavam-se, atraíam-se e se combinavam. Eu tinha a sensação de que estava conseguindo ver, usando a imaginação como microscópio, um mundo minúsculo, um mundo nal, bilhões ou trilhões de vezes menor que o nosso — os verdadeiros constituintes da matéria.

Tio Dave mostrara-me uma folha de ouro, batida até se tornar quase transparente, o que lhe permitia transmitir luz, uma bela luz verde-azulada. Essa folha, com a espessura de um milionésimo de polegada, meu tio explicou, tinha a espessura de apenas algumas dúzias de átomos. Meu pai me mostrara que era possível diluir um milhão de vezes uma substância muito amarga como a estricnina e ainda assim sentir seu gosto. E eu me divertia fazendo experimentos com lmes nos, soprando bolhas de sabão na banheira — um pouquinho de água com sabão podia, se soprada cuidadosamente, transformar-se numa bolha enorme — e observando o óleo, em películas iridescentes, espalhar-se sobre ruas molhadas. Tudo isso me preparou, por assim dizer, para imaginar o muito pequeno — a pequenez das partículas que compunham uma folha de ouro com a espessura de um milionésimo de polegada, uma bolha de sabão ou uma película de óleo.

Mas o que Dalton insinuava era in nitamente mais emocionante: não se tratava apenas dos átomos no sentido newtoniano, mas de átomos que eram tão ricamente individuais quanto os próprios elementos — átomos cuja individualidade determinava a individualidade dos elementos.

Dalton posteriormente construiu modelos de átomos em madeira, que vi no Science Museum quando era menino. Embora toscos e diagramáticos, eles instigaram minha imaginação, ajudaram-me a adquirir a noção de que os átomos realmente existiam. Mas nem todo mundo tinha essa opinião, e os modelos de Dalton, para alguns químicos, eram o epítome do absurdo que eles viam nas hipóteses atômicas. O eminente químico H. E. Roscoe escreveria, oitenta anos mais tarde, que “átomos são as rodelinhas de madeira inventadas pelo sr. Dalton”.

De fato, na época de Dalton era possível julgar a ideia dos átomos implausível, se não totalmente despropositada, e mais de um século decorreria antes que fatos incontestáveis indicando a existência dos átomos fossem registrados. Wilhelm Ostwald foi um que não se convenceu da realidade dos átomos, e em seu livro Principles of inorganic chemistry, de 1902, escreveu:

Processos químicos ocorrem de maneira a dar a impressão de que as

substâncias são compostas de átomos. [...] Na melhor das hipóteses,

disso decorre a possibilidade de que seja assim realmente, mas não a

certeza. [...] Não nos devemos deixar desencaminhar pela

concordância entre imagem e realidade, confundindo as duas. [...]

Uma hipótese é apenas uma ajuda para a representação.

Hoje, evidentemente, podemos “ver” e até manipular átomos individuais, usando um microscópio eletrônico. Mas no início do século XIX era preciso enorme visão e coragem para postular a existência de entidades tão absolutamente fora do alcance de qualquer demonstração

empírica possível na época.3

A teoria dos átomos químicos proposta por Dalton foi esmiuçada em seus apontamentos no dia 6 de setembro de 1803, seu trigésimo sétimo aniversário. De início, ele se mostrou demasiado modesto ou acanhado para publicar qualquer coisa sobre sua teoria (entretanto, calculara os pesos atômicos de meia dúzia de elementos — hidrogênio, nitrogênio, carbono, oxigênio, fósforo, enxofre —, os quais registrou em seus apontamentos). Mas logo se espalhou a notícia de que ele havia elaborado algo espantoso, e Thomas Thomson, um químico eminente, foi a Manchester para conhecê-lo. Uma breve conversa com Dalton em 1804 “converteu” Thomson e alterou sua vida. “Fiquei encantado com a nova luz que imediatamente irrompeu em minha mente, e vi num piscar de olhos a imensa importância daquela teoria”, Thomson escreveu mais tarde.

Embora Dalton houvesse apresentado algumas de suas ideias à Literary and Philosophical Society de Manchester, elas só chegaram ao conhecimento do público em geral depois que Thomson as divulgou por escrito. A apresentação de Thomson foi brilhante e persuasiva, muito mais que a do próprio Dalton, que a espremeu desajeitadamente nas páginas nais de seu New system em 1808.

Mas o próprio Dalton percebeu que havia problemas fundamentais em sua teoria. Pois passar de um peso combinado ou equivalente a um peso atômico requeria o conhecimento da fórmula exata de um composto, uma vez que os mesmos elementos, em alguns casos, podiam combinar-se de mais de uma maneira (como nos três óxidos de nitrogênio). Assim, Dalton supôs que se dois elementos formavam apenas um composto (como aparentemente faziam o hidrogênio e o oxigênio na água, ou o nitrogênio e o hidrogênio na amônia), eles o fariam na razão mais simples possível: um para um. Essa razão, Dalton julgou, com certeza seria a mais estável. Portanto, ele supôs que a fórmula da água (na nomenclatura moderna) seria HO, e que o peso atômico do oxigênio seria o mesmo que seu peso equivalente, ou seja, 8. De modo análogo, supôs que a fórmula da amônia fosse NH e, portanto, o peso atômico do nitrogênio fosse 5.

Entretanto, como foi demonstrado pelo químico francês Gay-Lussac no mesmo ano em que Dalton publicou New system, se medíssemos os volumes e não os pesos, constataríamos que dois volumes de hidrogênio, e não um, combinavam-se a um volume de oxigênio para produzir dois volumes de vapor. Dalton demonstrou ceticismo diante dessas descobertas (embora ele próprio pudesse tê-las demonstrado facilmente), pois achava que elas implicariam o desmembramento de um átomo em dois a m de permitir a combinação de meio átomo de oxigênio com cada átomo de hidrogênio.

Embora Dalton falasse em átomos “compostos”, não havia feito uma distinção clara (não mais clara do que seus predecessores) entre moléculas, a menor quantidade de um elemento ou composto que podia existir livremente, e átomos, as verdadeiras unidades de combinação química. O químico italiano Avogadro, examinando os resultados de Gay-Lussac, elaborou então a hipótese de que volumes iguais de gases continham números iguais de moléculas. Para que isso ocorresse, as moléculas de hidrogênio e oxigênio teriam de ter, cada uma, dois átomos. Assim, sua combinação para formar a água poderia ser representada como 2H2+1O22H2O.

Mas, extraordinariamente (pelo menos assim parece em retrospectiva), a sugestão de Avogadro das moléculas diatômicas foi desprezada ou contestada por praticamente todos, incluindo Dalton. Permanecia uma grande confusão entre átomos e moléculas e a descrença na possibilidade de átomos do mesmo tipo poderem se unir. Não havia problema em ver a água, um composto, como H2O, mas existia uma di culdade aparentemente insuperável em reconhecer que uma molécula de hidrogênio puro pudesse ser H2. Muitos pesos atômicos do início do século XIX foram, por isso, equivocados devido a simples fatores numéricos — alguns pareciam ser metade do que deveriam ser, outros, o dobro, outros, um terço, outros, um quarto etc.

O livro de Grif n, meu primeiro guia no laboratório, foi escrito na primeira metade do século XIX, e muitas de suas fórmulas, portanto muitos de seus pesos atômicos, eram tão errados quanto os de Dalton. Não que isso tivesse grande importância na prática — nem, de fato, isso afetava a grande virtude, as muitas virtudes de Grif n. Suas fórmulas e seus pesos atômicos podem realmente ter sido errados, mas os reagentes que ele sugeriu, e suas quantidades, foram perfeitamente corretos. Somente a interpretação, a interpretação formal, foi viesada.

Com tal confusão acerca das moléculas elementares, somada à incerteza quanto às fórmulas de muitos compostos, a própria noção de pesos atômicos começou a cair em descrédito na década de 1830; de fato, a própria noção de átomos e pesos atômicos perdeu prestígio, tanto que Dumas, o grande químico francês, declarou em 1837: “Tivesse eu autoridade, apagaria da ciência a palavra átomo”.

Finalmente, em 1858, Stanislao Cannizzaro, conterrâneo de Avogadro, percebeu que a hipótese formulada por Avogadro em 1811 fornecia uma saída elegante para a confusão de longa data em torno dos átomos e moléculas, pesos atômicos e equivalentes. O primeiro ensaio de Cannizzaro foi desprezado, como acontecera com o de Avogadro, mas, no nal de 1860, quando os químicos se reuniram pela primeira vez em um encontro internacional de química em Karlsruhe, foi a apresentação de Cannizzaro quem roubou a cena e pôs m à agonia intelectual de muitos anos.

Essa foi uma parte da história que desvendei quando emergi de meu laboratório e consegui um cartão de usuário da biblioteca do Science Museum em 1945. Estava evidente que a história da ciência em nada se parecia com uma série direta e lógica, que ela dera saltos, se rami cara, convergira, divergira, saíra pela tangente, repetira-se, empacara e sofrera impasses. Houve alguns pensadores que não deram muita atenção à história (e talvez a carreira de muitos pro ssionais originais seja muito mais bem servida se eles não conhecerem seus precursores ou antecedentes — Dalton, temos a impressão, poderia ter encontrado mais di culdade para elaborar sua teoria atômica se conhecesse a gigantesca e confusa história do atomismo no decorrer dos 2 mil anos que o precederam). Mas houve aqueles que re etiram continuamente sobre a história do tema que estudavam, e cujas contribuições foram integralmente relacionadas às suas re exões — e está claro que Cannizzaro foi um exemplo deste último grupo. Cannizzaro pensou profundamente sobre Avogadro, viu as implicações da hipótese de Avogadro como ninguém havia visto, e com essas implicações e sua própria criatividade revolucionou a química.

Cannizzaro tinha a fervorosa convicção de que a história da química precisava estar na mente de seus alunos. Em um belo ensaio sobre o ensino da química, ele descreveu como introduzia o estudo a seus pupilos, “esforçando-me para situá-los [...] no mesmo nível dos contemporâneos de Lavoisier”, para que pudessem perceber, como os contemporâneos do grande químico, toda a força revolucionária, o prodígio de seu pensamento; depois os situava alguns anos à frente, a

m de que pudessem ter noção do lampejo revelador de Dalton.

“Ocorre com frequência que a mente de uma pessoa, ao aprender uma nova ciência, precisa passar por todas as fases que a própria ciência atravessou em sua evolução histórica”, concluiu Cannizzaro. Identi quei-me intensamente com suas palavras, pois eu também, de certo modo, estava vivenciando, recapitulando a história da química, redescobrindo todas as fases que ela atravessara.

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