Illustrazioni comprese le incisioni.
Uno dei principali contributi di Lavoisier alla chimica è stato quello di sviluppare procedure quantitative accurate., Ad esempio ha descritto la legge di conservazione della massa nelle reazioni chimiche pesando prima i reagenti di una reazione chimica e successivamente pesando i prodotti. Per fare questo aveva bisogno di costruire equilibri molto precisi. Ha anche effettuato accurate misurazioni dei volumi di gas scaduto utilizzando depressioni pneumatiche o quelli che ora chiamiamo spirometri. Questi progressi hanno richiesto lo sviluppo di molti nuovi apparecchi, e Marie-Anne Lavoisier è stato responsabile per fare illustrazioni accurate della nuova apparecchiatura., Nella grande opera di Lavoisier Traité élémentaire de chimie del 1789, ci sono 13 tavole squisitamente incise da Marie-Anne. Un esempio che è stato descritto in precedenza è mostrato in Fig. 2, e attrezzature per la raccolta di gas è mostrato in Fig. 3. Si noti l’estrema attenzione ai dettagli, comprese le dimensioni accurate che consentirebbero ad altri investigatori di replicare gli strumenti. Le incisioni in Traité élémentaire de chimie sono tutte raggruppate alla fine del libro e forniscono informazioni essenziali per completare la scienza descritta da Lavoisier., Alcuni degli apparecchi sperimentali di Lavoisier si possono vedere oggi nel Musée des Arts et Métiers di Parigi.
Fig. 3.Incisione di Marie-Anne Lavoisier di un dispositivo per raccogliere gas e misurarne il volume. Da Ref. 12.
Si ritiene che l’esperienza di Marie-Anne nell’incisione provenga dalle lezioni con il famoso artista Jacques-Louis David (1748-1825). Fu uno dei pittori più influenti in stile neoclassico in Francia alla fine del 18 ° secolo., La figura 1 mostra uno dei suoi ritratti più noti, e non c’è eguale nel ritratto di un famoso scienziato con la moglie-collaboratrice. David dipinse molti altri famosi eventi storici e i suoi dipinti sono esposti nelle principali gallerie d’arte di tutto il mondo.
Come discusso di seguito, Marie-Anne lavorò anche a un importante libro di otto volumi intitolato Mémoires de physique et chimie, che fu iniziato da Lavoisier ma interrotto dalla sua esecuzione. Documenti sopravvissuti mostrano che anche questo è stato progettato per includere un certo numero di sue incisioni, ma il progetto non è mai stato completato (4).,
Di particolare interesse per noi sono due disegni seppia realizzati dall’esperimento di Marie-Anne di Lavoisier sul consumo di ossigeno umano. Questi sono mostrati in Fichi. 4 e 5, che sono riprodotti dalle illustrazioni originali in Grimaux (6). I disegni sono stati discussi in diverse occasioni e recentemente da Holmes (8), Noël (19), Prinz (23) e Beretta (2). Prinz (22) ha fatto uno studio molto dettagliato dell’attrezzatura nel disegno.
La figura 4 mostra un esperimento su un soggetto seduto a sinistra che respira attraverso una maschera aderente in rame., Probabilmente è Armand Séguin, che ha avuto un ruolo importante in questi esperimenti. Sta riposando, e la descrizione sotto il disegno afferma specificamente ” l’homme au repos”, cioè l’uomo a riposo. Il polso e ‘ monitorato e si pensa che l’uomo all’estrema destra sia Lavoisier. Una scatola di valvole può essere visto nel tubo vicino alla maschera, permettendo la separazione di ispirato e gas scaduto. Il gas scaduto entra in un grande barattolo al centro e il gas effluente da questo viene raccolto in un contenitore a destra per spostamento di liquido., Quello che sembra essere uno schermo è montato sul tubo tra il vaso centrale e il vaso di raccolta. Questo può contenere istruzioni sull’esperimento per guidare il soggetto e l’uomo in piedi con il braccio teso. Madame Lavoisier, all’estrema destra, sta prendendo nota dell’esperimento.
Fig. 4.Disegno di Marie-Anne Lavoisier di un esperimento sul consumo di ossigeno in un soggetto a riposo., Il gas scaduto viene fatto passare attraverso un recipiente di vetro contenente idrossido di potassio al centro e raccolto a destra dallo spostamento dell’acqua. Marie-Anne è all’estrema destra. Vedere il testo per i dettagli. Da Ref. 6.
La figura 5 mostra un esperimento in qualche modo simile tranne che in questo caso il soggetto si sta esercitando. La descrizione dell’esperimento riportata sotto il disegno afferma “l’homme executant au travail”, cioè l’uomo che fa lavoro. Il piede destro del soggetto può essere visto su un pedale, che può essere collegato a fili provenienti dalla tabella sopra., Questa disposizione gli permette apparentemente di esercitare. Tuttavia, i dettagli di questo non sono chiari. C’è un suggerimento di un peso sopra il suo piede, che forse gli viene chiesto di sollevare. Certamente Lavoisier in alcune delle sue descrizioni dei suoi esperimenti sul consumo di ossigeno si riferisce al lavoro svolto alzando un peso. Appena oltre il boccaglio sono due tubi verticali che possono essere una disposizione per separare il gas ispirato e scaduto. C’è un altro uomo seduto che misura apparentemente la frequenza cardiaca, e ci sono altri due uomini in piedi, uno dei quali potrebbe essere Lavoisier., Un assistente di laboratorio all’estrema sinistra sta trasportando rifornimenti. Ancora una volta Madame Lavoisier all’estrema destra sta tenendo un registro. Una macchina elettrica può essere vista in basso a destra del disegno.
Fig. 5.Disegno di Marie-Anne Lavoisier di un esperimento sul consumo di ossigeno in un soggetto durante l’allenamento. Il gas scaduto viene apparentemente raccolto dallo spostamento del mercurio. Il piede destro del soggetto è su un pedale che gli permette di fare un lavoro meccanico. Anne-Marie Lavoisier è all’estrema destra. Vedere il testo per i dettagli. Da Ref., 6.
Una caratteristica di questo disegno che non è chiara è il vaso a sinistra che sta raccogliendo il gas scaduto. Sembra esserci un contenitore interno con il tubo che trasporta il gas scaduto collegato nella parte superiore. Il contenitore è riempito per metà con un liquido scuro che è probabilmente mercurio. Forse questo è simile al barattolo di raccolta del gas parzialmente riempito di mercurio a destra di Fig. 1. Il barattolo di raccolta di Fig. 5 è racchiuso in un barattolo di vetro molto più grande.,
Questi due disegni sono affascinanti e presumibilmente costituiscono un’autentica rappresentazione dei due esperimenti. Questi hanno avuto luogo nel 1790, che era un periodo volatile perché la Bastiglia era stata presa d’assalto il 14 luglio 1789, e la rivoluzione francese era in corso. Lavoisier era preoccupato per i suoi numerosi impegni amministrativi, tra cui l’organizzazione di riscossione delle tasse, la Ferme Générale, e forse come risultato non sono sopravvissute registrazioni scritte degli esperimenti. I disegni di Marie-Anne sono quindi fondamentali nel tentativo di comprendere l’opera.,
Tuttavia, l’interpretazione dei disegni è problematica. Il vaso centrale in Fig. 4 presumibilmente contiene liscivia di potassio, cioè idrossido di potassio, perché questa sostanza è citata in diverse pubblicazioni. Liscivia è stato facilmente ottenuto da lisciviazione cenere di legno ed era ben noto agli investigatori di questo periodo. Ha convertito l’anidride carbonica scaduta in bicarbonato di potassio e quindi l’ha rimossa dal gas scaduto. Ma perché questo è stato fatto in un esperimento e non l’altro non è chiaro. Un’altra caratteristica sconcertante è il motivo per cui il tubo tra la scatola della valvola e il barattolo centrale è così lungo., Forse la scatola delle valvole non funzionava perfettamente e occasionalmente parte del gas ispirato proveniva inavvertitamente dalla linea espiratoria. Pertanto, per ridurre la possibilità che una qualsiasi delle liscivia potassio tossico è stato inalato, questo è stato tenuto lontano.
I due disegni raffigurano le prime misurazioni del consumo di ossigeno umano a riposo e durante l’esercizio. Una sintesi informativa dei risultati di queste misurazioni è stata esposta in una lettera di Lavoisier a Joseph Black datata 13 novembre 1790 (8, 18). Il soggetto era presumibilmente Séguin, che era un coautore dei rapporti., Alcune delle conclusioni possono essere riassunte come segue:
1) La quantità di ossigeno che un uomo a riposo consuma, o meglio converte in acido fisso o acido carbonico durante un’ora, è di circa 1.200 pollici cubici francesi quando viene posto a una temperatura di 26 gradi. (Questo è probabilmente circa 330 ml / min, che è un valore ragionevole.)
2) Tale quantità aumenta a 1.400 pollici cubici nelle stesse circostanze se la persona viene posta in una temperatura di soli 12 gradi.,
3) La quantità di ossigeno consumata o convertita in acido carbonico aumenta durante il periodo di digestione salendo a 1.800 o 1.900 pollici cubi.
4) Con il movimento e l’esercizio si raggiunge fino a 4.000 pollici cubi all’ora, o anche di più.
5) Quando con l’esercizio e il movimento si aumenta il consumo di ossigeno nei polmoni, la circolazione accelera., La prova di ciò è l’aumento della frequenza cardiaca in modo che quando la persona respira senza ostacoli, la quantità di ossigeno consumata è proporzionale all’aumento del numero di pulsazioni moltiplicato per il numero di ispirazioni.
Questi drammatici risultati furono comunicati anche all’Académie des Sciences in un libro di memorie datato 13 novembre 1790.
Una domanda impegnativa è esattamente come Lavoisier e Séguin hanno misurato il consumo di ossigeno. Come notato sopra, le registrazioni scritte di Lavoisier sono scarse e i disegni di Marie-Anne sono critici., Sappiamo che in alcuni dei loro lavori hanno usato un eudiometro, un dispositivo che misura la riduzione di volume di un campione di gas quando l’ossigeno viene assorbito da una reazione chimica. Séguin aveva contribuito a sviluppare questo, e Priestley aveva precedentemente descritto un dispositivo simile quando stava preparando l’ossido nitrico aggiungendo acido alle particelle metalliche. Priestley scoprì che quando il gas veniva esposto all’aria veniva prodotto un gas giallo (NO2) e il volume totale di gas diminuiva, e ora sappiamo che questo era dovuto al fatto che l’ossigeno veniva assorbito nel processo.,
Lavoisier e Séguin usarono un tubo cilindrico di vetro che era chiuso nella parte superiore con la parte inferiore immersa in un serbatoio di liquido. Hanno scoperto che accendendo un pezzo di fosforo nel tubo, la riduzione del volume del gas ha dato una misura della quantità di ossigeno perché questo è stato consumato. Alla fine sono stati in grado di effettuare misurazioni in un tubo solo 1 pollice di diametro e 8 pollici di lunghezza. Il fosforo è stato acceso premendo un pezzo incandescente di carbone contro l’esterno del tubo., In linea di principio questo metodo potrebbe essere utilizzato per dare la concentrazione di ossigeno nel gas ispirato e scaduto e quindi permetterebbe di calcolare il consumo di ossigeno. Il tubo di vetro cilindrico sottile sulla destra del ricevitore mercurio in Fig. 1 è probabilmente uno di questi eudiometri.
Tuttavia, un altro metodo per misurare il consumo di ossigeno è suggerito dai fichi. 4 e 5. Nel punto 1 della lettera di Lavoisier al nero, ha specificamente indicato “la quantità di . . . ossigeno gas che un uomo a riposo . . . consuma, o meglio si converte in aria fissa o acido carbonico, durante un’ora. . . ., “In altre parole forse Lavoisier vede qui un metodo per misurare il consumo di ossigeno dalla produzione di anidride carbonica. Ricordiamo che nel suo libro di memorie del 1777 citato in precedenza, Lavoisier dichiarò specificamente che la quantità di ossigeno che entra nel polmone è quasi uguale in volume alla quantità di anidride carbonica che lo lascia. Quindi, piuttosto che tentare di misurare la concentrazione di ossigeno nel gas scaduto, poteva misurare il volume di anidride carbonica prodotta rimuovendolo con un alcali caustico come l’idrossido di potassio., Infatti, in un passaggio in cui descriveva gli esperimenti sul consumo di ossigeno, Lavoisier ha osservato specificamente che “ad ogni scadenza l’aria è costretta a bolle attraverso alcali caustici, dove deposita il suo acido carbonico” e Séguin si riferisce anche a questo.
Sembra quindi possibile che la misurazione del consumo di ossigeno sia stata effettuata in due fasi. In primo luogo, come Fig. 5 mostra, la quantità totale di gas scaduto su un breve periodo misurato è stato raccolto. Qui Lavoisier era consapevole che l’anidride carbonica è solubile in acqua così ha organizzato per raccogliere il gas scaduto su mercurio., L’esperimento è stato poi ripetuto come mostrato in Fig. 4, ma questa volta il gas scaduto è stato passato attraverso una bottiglia contenente alcali caustici. Poiché l’anidride carbonica scaduta è stata assorbita, il volume del gas scaduto è stato diminuito, consentendo di misurare la quantità di anidride carbonica scaduta e da ciò è stato dedotto il consumo di ossigeno. In questo caso, poiché il gas scaduto trattato non conteneva anidride carbonica, potrebbe essere raccolto dallo spostamento dell’acqua. Queste due procedure sono state eseguite sia durante il riposo che durante l’esercizio fisico e anche in altre condizioni.,
C’è una storia interessante sui due disegni mostrati in Figg. 4 e 5 (5). Alcuni scrittori hanno suggerito che sono state fatte da Marie-Anne Lavoisier dopo la morte del marito e ritoccate da David, il suo mentore. Furono pubblicati per la prima volta nella prima edizione della biografia di Grimaux nel 1896, e le figure qui riprodotte provengono da una ristampa della terza edizione (6). Graham Lusk (1866-1932), un importante fisiologo e nutrizionista di New York, raccontò un evento straordinario che ebbe luogo nel 1920., Stava visitando l’appartamento di Monsieur de Chazelles, un nipote di Lavoisier, nel quartiere latino di Parigi (15). Lì sulla parete di un salone era il ritratto originale mostrato in Fig. 1, che è stato successivamente acquisito da John D. Rockefeller e ora si trova nel Metropolitan Museum of Art di New York. Poi entrò nello studio adiacente dove vide i due disegni originali mostrati in Fig. 4 e 5 appesi al muro. Purtroppo, il luogo attuale dei due disegni non è noto se effettivamente sono esistenti.,
Lusk fece un secondo viaggio in Francia nel 1925 (16); in questa occasione visitò la casa estiva di Madame de Chazelles nello Château de la Canière vicino a Puy de Dôme nel centro della Francia. Qui ha visto una collezione di strumenti utilizzati da Lavoisier (26), e con il suo amico professor Jean le Goff ha confrontato l’apparecchio con i disegni mostrati in Figs. 4 e 5. Con suo stupore trovò una maschera facciale presumibilmente usata da Séguin. Questo era fatto di rame e dotato di due occhi di vetro. Il bordo della maschera aveva dei fori in modo che potesse essere legato alla testa., Séguin stesso ha scritto una breve descrizione della maschera (25).
Lo Château de la Canière esiste ancora ed è ora un hotel a cinque stelle. Il suo ristorante si chiama Le Lavoisier e ci sono varie immagini relative a Lavoisier sulla parete. Tuttavia, la collezione di strumenti di Lavoisier è stata dispersa. Per inciso, Lusk notò che poteva risalire la sua tutela a Lavoisier. Lusk era un allievo di Carl Voit (1831-1908) a Monaco di Baviera, che era un allievo di Liebig, che era un allievo di Gay-Lussac, che era un allievo di Bertholet e Laplace, che a sua volta erano allievi di Lavoisier.,
Recentemente altri due affascinanti disegni a penna e inchiostro di Marie-Anne Lavoisier sono stati scoperti nella biblioteca del Wellcome Institute di Londra; questi sono mostrati in Figs. 6 e 7. Essi illustrano ulteriormente la collaborazione tra Marie-Anne e suo marito. La figura 6 mostra che prende appunti dell’esperimento e la somiglianza del suo aspetto con quello mostrato nei Fichi. 4 e 5 è sorprendente.
Fig. 6.Un altro disegno di Anne-Marie Lavoisier di un esperimento in cui il consumo di ossigeno è apparentemente in fase di misurazione., È vista all’estrema sinistra. Vedere il testo per i dettagli. Wellcome Library, Londra. Utilizzato con il permesso.
Fig. 7.Un altro disegno di Anne-Marie. L’immagine a destra mostra una vista spaccato della stessa disposizione come in Fig. 6. Vedere il testo per i dettagli. Wellcome Library, Londra. Utilizzato con il permesso.
Ancora una volta il design degli esperimenti è piuttosto oscuro., La figura 6 mostra un soggetto, presumibilmente Séguin, seduto in una vasca d’acqua ed espirando attraverso un tubo in un piatto che può contenere alcali caustici da combinare con l’anidride carbonica espirata. Il polso e ‘ in fase di misurazione. La parte superiore dell’uomo è racchiusa in una tettoia di vetro che apparentemente si immerge sotto la superficie dell’acqua in modo che la tettoia sia a tenuta di gas. Il risultato è che man mano che il contenuto di ossigeno del gas del baldacchino viene gradualmente ridotto perché l’ossigeno viene consumato dal soggetto, il baldacchino cade gradualmente., Forse questo esperimento era un altro modo di misurare il consumo di ossigeno in un soggetto a riposo.
Anche la figura 7 è interessante. La parte destra mostra lo stesso soggetto di Fig. 6, ma questa volta il serbatoio è mostrato in sezione trasversale in modo che possiamo vedere chiaramente il baldacchino di vetro che presumibilmente sta immergendo nell’acqua nel serbatoio. Una caratteristica aggiuntiva mostrata più chiaramente qui che in Fig. 6 è che il piatto contenente il fluido, presumibilmente alcali caustici in cui viene espirato il gas scaduto, è sospeso da una corda con due pulegge con un peso all’altra estremità., Forse il piano era di misurare il peso dell’anidride carbonica espirata da cui si poteva dedurre il consumo di ossigeno. Tuttavia, poiché un essere umano a riposo espira solo circa 15 g di anidride carbonica all’ora, questo sembra difficilmente praticabile.
Sul lato sinistro della Fig. 7 vediamo una figura che è apparentemente lo stesso soggetto, presumibilmente Séguin, essere attentamente pesato. Forse è stato fatto un tentativo di misurare il cambiamento di peso del soggetto a seguito del metabolismo che si è verificato durante il periodo di respirazione., Tuttavia, Lavoisier era anche interessato alla traspirazione dell’acqua dalla pelle in varie condizioni fisiologiche, e questo potrebbe essere stato il motivo per misurare il peso.
Non ci sono prove che gli esperimenti mostrati in Fig. 6 e la parte destra di Fig. 7 sono mai stati effettivamente eseguiti. Forse queste erano idee che non sono mai arrivate a compimento. È possibile che Marie-Anne stessa abbia concepito questi esperimenti di pensiero basati sulla sua conoscenza della fisiologia per suggerire nuovi modi di misurare l’assorbimento di ossigeno e la produzione di anidride carbonica?,
Per inciso, l’aspetto generale di tutti i soggetti in Fichi. 4, 5, 6, e 7 suggerisce gli stessi atteggiamenti neoclassici che sono mostrati in Fig. 1, e che erano caratteristici del pittore Jacques-Louis David nella sua altra opera. Queste caratteristiche influenzarono chiaramente i disegni dell’allieva di David, Marie-Anne.