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O retorno ao atomismo e a ascensão da química moderna
Em 1808, John Dalton (1766-1844) publicou seu livro intitulado «Um novo sistema de filosofia química» – uma obra que marcou o nascimento da química moderna. Em suas teorias, Dalton retomou a concepção de atomismo de Demócrito. Ele postulou que os átomos eram os menores constituintes da matéria e não podiam ser mais divididos, nem criados ou destruídos em reações químicas. Segundo Dalton, todos os átomos de um mesmo elemento são idênticos, mas diferem dos átomos de outros elementos. Nas reações químicas, os átomos se combinam para formar compostos, são separados uns dos outros ou são reorganizados em relação a outros átomos. Como os átomos são indivisíveis de acordo com este modelo e, portanto, apenas átomos inteiros podem reagir uns com os outros, Dalton concluiu que os elementos num composto estão sempre presentes em proporções de números inteiros.
Em sua teoria atômica, Dalton apresentou muitas hipóteses que têm sido fundamentais para a nossa compreensão da química até os dias atuais. Algumas das premissas de sua teoria ainda não são conclusivas. Por exemplo, Dalton acreditava que um átomo de um elemento só reage exatamente com um átomo de outro elemento. Ele só se desviou desta hipótese nos casos em que observações experimentais a tornavam absolutamente necessária. Por exemplo, ele teorizou que a composição da água era HO, o que significa que cometeu erros subsequentes, especialmente ao determinar as massas atômicas relativas.
No entanto, a sua teoria atómica colocou a química firmemente no caminho certo. A partir daí, as descobertas científicas na química tornaram-se muito mais frequentes.
Do volume dos gases às massas atômicas e moleculares
No mesmo ano, Joseph Louis Gay-Lussac (1778–1850) estabeleceu que a razão entre os volumes dos gases que reagem entre si e seus produtos de reação é sempre um número inteiro. Por exemplo, Gay-Lussac descobriu que dois volumes de hidrogênio e um volume de oxigênio reagiriam para formar água (H2O), e que essa água gasosa ocuparia, por sua vez, dois volumes.
Em 1811, Amedeo Avogadro (1776-1856) formulou então a hipótese de que volumes iguais de gás conteriam números iguais de partículas, independentemente da substância em questão. A hipótese de Avogadro, porém, ainda não foi amplamente aceita.
Foi somente em 1860 que seu aluno Stanislao Cannizzaro (1826–1910) conseguiu convencer a comunidade científica da sua validade, após o que a hipótese ficou conhecida como « Lei de Avogrado ». Isto tornou possível determinar as massas molares de numerosos átomos e moléculas, abrindo assim caminho para o progresso da química.
Gay-Lussac testemunhou não apenas a revolução química, mas também a Revolução Francesa, que durou durante a sua juventude no seu país natal. Seu pai, um rico advogado e promotor, foi preso e seu tutor fugiu. O químico francês Antoine Laurent de Lavoisier (1743-1794), que no final do século XVIII desenvolveu a primeira nomenclatura sistemática e uma terminologia padronizada para a química, foi guilhotinado.
Gay-Lussac, porém, beneficiou-se da nova ordem quando foi selecionado para frequentar a École Polytechnique, uma instituição da Revolução. Lá, seus mentores incluíam cientistas de alto calibre como o matemático Pierre Simon de Laplace.
A indústria química é anterior à revolução química
O desenvolvimento tardio da teoria atómica por Dalton pode sugerir que uma indústria química só poderia concretizar-se nos séculos XIX e XX. Pelo contrário, os processos químicos já eram utilizados em escala industrial desde meados do século XVIII. Apesar de não haver muito conhecimento teórico da química na época, as descobertas experimentais dos alquimistas possibilitaram inúmeras aplicações práticas, tanto na produção quanto na análise de produtos químicos. O desenvolvimento sistemático e a otimização de processos, especialmente para a indústria, eram, no entanto, impossíveis devido a esta falta de conhecimentos básicos. Como resultado, as fábricas químicas do século XVIII assemelhavam-se mais a laboratórios ampliados do que às fábricas que conhecemos hoje.
O primeiro processo químico aplicado em escala industrial foi o processo de câmara de chumbo para a produção de ácido sulfúrico. O processo era conhecido desde a Idade Média e aplicado em larga escala na Inglaterra desde 1746. Outro processo importante a partir do final do século XVIII foi a Processo Leblanc para a produção de carbonato de sódio (carbonato de sódio), necessário na indústria têxtil para o branqueamento de roupas e também nas indústrias de produção de sabão, vidro e papel. Nicolas Leblanc (1742-1806) desenvolveu o processo em 1791, num concurso organizado pela Academia Francesa de Ciências, que estava desesperada para encontrar este tipo de processo, a fim de ganhar independência das caras importações de refrigerante natural. O processo Leblanc tornou-se o método de escolha para a produção de carbonato de sódio, até o Processo Solvay estava pronto para produção em massa em 1880. No entanto, Leblanc nunca recebeu o prêmio em dinheiro. Quando chegou a hora, a nação estava no meio da Revolução e a Academia foi abolida pela Convenção Nacional Francesa.
A soda e o ácido sulfúrico ainda estão entre os produtos mais importantes da indústria química.
Análise na florescente indústria química
Além da soda e do ácido sulfúrico, os produtos mais importantes da indústria química no século XVIII eram o ácido clorídrico para a produção de cloro e a água clorada. Todos esses produtos eram necessários para outras indústrias. Por exemplo, uma das aplicações do refrigerante era na produção de sabão, enquanto o cloro era utilizado no branqueamento de têxteis. Como a pureza dos produtos químicos era crucial nas indústrias de processamento, logo desenvolveram métodos de controle de qualidade. Métodos volumétricos foram desenvolvidos para permitir testes rápidos e qualitativos de matérias-primas: um reagente, que reage com a substância que está sendo determinada, é adicionado ao produto químico. O ponto final da reação é tornado visível utilizando um método adequado. Na etapa final, é determinada a quantidade de reagente consumido. Se uma quantidade de reagente confirmada empiricamente fosse consumida, o produto químico era considerado adequado. No entanto, determinações quantitativas ainda não eram possíveis com este precursor rudimentar da titulação.
No final do século 18, titulações ácido-base, titulações de precipitação e titulações redox foram descritas na literatura. No início do século 19, Joseph Louis Gay-Lussac, que muitas vezes é considerado o inventor da titulação, desenvolveu novos métodos de análise titulométrica e tornou a titulação mais fácil, rápida e precisa. Os desenvolvimentos alcançados no campo da titulação foram quase invariavelmente feitos em França, onde a maioria dos cientistas foram empregados pelo Estado após a Revolução e foram encarregados de resolver problemas industriais que eram relevantes para a nação. Uma síntese entre ciência e indústria, como a França demonstrara, em breve se seguiria por todo o resto da Europa.
O rápido desenvolvimento da química moderna continuou no século XIX: a química orgânica nasceu e abriu a porta para a química não apenas para a emulação, mas para a manipulação direta da natureza, por exemplo, através do uso de medicamentos e fertilizantes.
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