Des dels temps més antics les persones van ser capaces de reconèixer les propietats i els usos de diverses substàncies —pedres, argila, os o fusta. Les idees i els mites sobre la forma que la matèria adoptava es van desenvolupar en les primeres civilitzacions a l’Índia, la Xina, Egipte i Babilònia. En el primer mil·lenni aC aquestes idees havien creuat el Mediterrani cap a Grècia, a les colònies gregues de Sicília, i també a la costa del que avui és Turquia.

 

Desenvolupament de l'activitat

Els filòsofs grecs van desenvolupar les idees que havien après, tot aplicant les regles del raonament lògic, juntament amb l'observació empírica. S’atribueix a Tales el primer principi general que totes les substàncies es generaven a partir de l’aigua, encara que aquesta idea ja era coneguda pels babilonis. Moltes llegendes envolten la vida de Empèdocles. A ell li devem la idea que la matèria es componia de quatre elements —Terra, Aigua, Aire i Foc. Aquesta teoria va ser acceptada en una o altra forma durant més de dos mil anys.

Al mateix temps, Demòcrit i Leucip varen avançar la idea que la matèria estava composta de partícules homogènies i simples que anomenaren «àtoms» (que vol dir "no divisible"). Per a Demòcrit les diferències entre substàncies eren atribuïbles a diferències de forma i mida entre els seus àtoms que es movien en el buit. Però la majoria dels filòsofs grecs, Aristòtil inclòs, preferien la idea que l'espai estava ple d'un material continu designat com el «plenum». Per a Aristòtil, si hi havia «buit» no podia haver-hi moviment i, sense aquest, no podia haver-hi canvi.

Per altra part, Aristòtil, deixeble de Plató, va perfeccionar la teoria dels quatre elements. D’acord amb Aristòtil, existia una matèria primera (amorfa) sense atributs a la qual es podien imprimir diferents qualitats (calor, fred, sequedat i humitat) per obtenir els quatre elements (formes) proposats per Empèdocles. La mescla en diferents proporcions d’aquests quatre elements generava substàncies tangibles i, a la inversa, tota substància tangible podia (teòricament) descompondre’s, en última instància, en aquests quatre elements. El simbolisme geomètric utilitzat sovint per representar conjuntament els elements i les qualitats aristotèliques consistia en un quadrat inscrit en un altre. Aquesta representació situava les parelles de qualitats contràries ocupant els vèrtexs oposats d'un quadrat [(sequedat - humitat / siccitas - humiditas), (calor - fred / caliditas- humiditas)]  i servia per mostrar com els elements consecutius situats en els vèrtexs de l'altre quadrat [(foc - aigua / ignis - aqua), (terra - aire / terra - aer)] compartien una mateixa qualitat.

Representació simbólica dels elements i les qualitats aristotèliques. In Sphaerum Ioannis de Sacro Bosco Commentarius (Crhistophorus Clavius, 1585)

Aristòtil era un expert observador, com es desprèn del seu treball en història natural, i va fonamentar la seva acceptació dels quatre elements sobre les observacions del comportament de les substàncies i en particular de l'efecte de combustió en cremar fusta. Un tronc de fusta quan crema produeix una de flama (foc), emanacions de gasos i vapors (aire), líquids que es perden (aigua) i cendres (terra) si es deixa completar la combustió.

 

Pràctica 1

---

Aquest fragment del text d'Aristòtil (Sobre la generació i la corrupció) us servirà per entendre millor com el sistema dels quatre elements i de les quatre qualitats permetia especular sobre la transformació de les substàncies.

 

Continuació de l'activitat

La filosofia i la cultura gregues es varen estendre per tot el l’Orient Mitjà en vida d'Aristòtil, a causa, en part, de les conquestes d'Alexandre Magne. A Egipte i Pèrsia, les teories gregues es van barrejar amb les pràctiques d'artesans i religioses per convertir-se en l'art de l’alquímia. Per als alquimistes la teoria dels quatre elements era central per la idea que un metall noble, l'or, es podia produir tot ajustant les proporcions dels elements presents en metalls com el ferro i el plom. En els seus treballs, els alquimistes desenvoluparen molts dels processos químics coneguts —mescla, calefacció, dissolució, filtració, destil·lació i reflux.

A l'època medieval, l’Europa occidental estava dividida en petites nacions en guerres permanents i el món àrab adoptava l’islam i difonia la seva cultura a través del nord d’Àfrica i de l’Orient Mitjà. En ciutats pròsperes, com Bagdad, els alquimistes eren membres respectats de la cort. Els alquimistes, els metges i els filòsofs tenien accés a les obres dels filòsofs grecs i les varen traduir a l’àrab. També mantenien contactes amb les civilitzacions orientals de l'Índia i la Xina i, com a resultat, van fer molts avenços, sobretot en matemàtiques i en les pràctiques químiques.

Durant els segles XI i XII, van existir contactes cada vegada més sovintejats entre l’Europa occidental i els imperis de l'islam, principalment a través de les guerres d'alliberament i de conquesta. No obstant això, el resultat va ser que les obres i traduccions d'àrabs i de grecs varen ser conegudes per la gent d'Europa. Però al continent, les úniques persones amb formació en lògica i argumentació eren els membres de les ordes religioses. Els religiosos europeus, doncs, van llegir i traduir les obres d'Aristòtil i de molts altres i, a poc a poc, les van assimilar al dogma cristià. De fet, a partir del segle XIII, amb Tomàs d'Aquino, la visió del món d’Aristòtil se la va fer seva l'Església catòlica. 

Rutes de les traduccions de la ciència grega 500 - 1500

La idea grega dels quatre elements va ser estesa pels àrabs i els cristians medievals per incloure el concepte de “principis”. Els principis eren substàncies teòriques que dotaven els sòlids i els líquids amb les propietats de combustibilitat, lluentor i mal·leabilitat. Els tractats islàmics medievals, en particular els atribuïts a Jabir ibn-Hayyan, proposaren dos principis: el mercuri i el sofre. Les substàncies reals eren mescles d'aquests principis. Més tard, els metges-químics (iatroquímics) i alquimistes cristians com Paracels, es van referir al mercuri, al sofre i a la sal com els components de la matèria. El concepte dels principis va donar suport a la idea que els metalls es podien canviar d'un tipus a un altre, de ferro o plom a or o plata, amb l'adequada mescla de substàncies. Per assolir l'èxit, aquestes mescles havien de passar a través de diversos processos descrits en termes simbòlics i rituals. Els alquimistes actuaven en gran secret, la qual cosa els afegia certa aura de misticisme.

Sant Tomàs d'Aquino mostrant una representació simbòlica de la teoria del Sofre - Mercuri en què s'imiten els vapors naturals de la Terra en un procés alquímic artificial a la seva superfície. Symbola aurea mensae (1617)

Al segle XVII molta gent de ciència practicava l'alquímia, alguns, com Isaac Newton i Robert Boyle, més que altres. Boyle es va convertir en el principal restaurador de la filosofia mecanicista assumint la naturalesa corpuscular de la matèria. El descobriment del microscopi va contribuir a estimular la imaginació i a acceptar com a real el món d’allò infinitament petit. El seu llibre, The Sceptical Chymist, tot i estar escrit amb un llenguatge tortuós, conté els principis del modern concepte d'element. 

Poc després de Boyle, la teoria del flogist per la combustió proposada per Johann Becher i Georg Stahl es va convertir en l’opinió acceptada per la majoria dels químics. El «flogist» era un d'una sèrie de «fluids imponderables», que dotaven les substàncies amb propietats. Altres fluids imponderables eren el «calòric» (calor) i el «fluid elèctric». El 1789, el químic francès Antoine-Laurent Lavoisier va publicar un llibre de text (Traité élémentaire de chimie) que va simbolitzar el declivi de la teoria del flogist i l’adveniment d’una nova química en la qual el flogist va perdre tot el seu protagonisme a favor de l’oxigen. Lavoisier va identificar una trentena de substàncies com a «cossos simples» —substàncies que no es podien descompondre en altres de més senzilles per mitjans químics. En la llista de cossos simples que va presentar n'hi havia alguns com la cal viva (òxid de calci) i la magnèsia (òxid de magnesi) que el mateix Lavoisier dubtava que fossin simples, i d’altres com el calòric o la llum que es continuaven considerant com a fluids imponderables. 

Taula de substàncies simples publicada per Lavoisier en el seu Traité élémentaire de chimie (1789)

---

Lavoisier va acompanyar la seva taula de substàncies simples d'unes observacions. La lectura d'aquestes observaciones us hauria de permetre entendre:

• La nova concepció de substància simple proposada per Lavoisier. Per què creieu que el seu concepte de substància simple es qualifica d'«operacional»?

• El rebuig de Lavoisier a qualsevol especulació sobre les últimes parts de les substàncies.

• El seu rigor metodològic pels fets d'incloure a la taula terres com la calç, la magnèsia, la barita o la sílice i, tanmateix, no incloure àlcalis com la sosa i la potassa.

---