INTRODUCCIÓN Química,
estudio de la composición, estructura y propiedades de las sustancias materiales,
de sus interacciones y de los efectos producidos sobre ellas al añadir o extraer
energía en cualquiera de sus formas.
Desde los primeros tiempos,
los seres humanos han observado la transformación de las sustancias -la carne
cocinándose, la madera quemándose, el hielo derritiéndose- y han especulado sobre
sus causas. Siguiendo la historia de esas observaciones y especulaciones, se puede
reconstruir la evolución gradual de las ideas y conceptos que han culminado en
la química moderna. RESURGIMIENTO
DE LA TEORÍA ATOMICA En el siglo
XVI, los experimentos descubrieron cómo crear un vacío, algo que Aristóteles había
declarado imposible. Esto atrajo la atención sobre la antigua teoría de Demócrito,
que había supuesto que los átomos se movían en un vacío. El filósofo y matemático
francés René Descartes y sus seguidores desarrollaron una
visión mecánica de la materia en la que el tamaño, la forma y el movimiento de
las partículas diminutas explicaban todos los fenómenos observados. La mayoría
de los iatroquímicos y filósofos naturales de la época suponían que los gases
no tenían propiedades químicas, de aquí que su atención se centrara en su comportamiento
físico. Comenzó a desarrollarse una teoría cinético-molecular de los gases. En
esta dirección fueron notables los experimentos del químico físico británico Robert
Boyle, cuyos estudios sobre el 'muelle de aire' (elasticidad) condujeron a lo
que se conoce como ley de Boyle, una generalización de la relación inversa entre
la presión y el volumen de los gases.
EL SIGLO XVIII En
esa época, otra observación hizo avanzar la comprensión de la química. Al estudiarse
cada vez más productos químicos, los químicos observaron que ciertas sustancias
combinaban más fácilmente o tenían más afinidad por un determinado producto químico
que otras. Se prepararon tablas que mostraban las afinidades relativas al mezclar
diferentes productos. El uso de estas tablas hizo posible predecir muchas reacciones
químicas antes de experimentarlas en el laboratorio. Todos
esos avances condujeron en el siglo XVIII al descubrimiento de nuevos metales
y sus compuestos y reacciones. Comenzaron a desarrollarse métodos analíticos cualitativos
y cuantitativos, dando origen a la química analítica. Sin embargo, mientras existiera
la creencia de que los gases sólo desempeñaban un papel físico, no podía reconocerse
todo el alcance de la química. El
estudio químico de los gases, generalmente llamados 'aires', empezó a adquirir
importancia después de que el fisiólogo británico Stephen Hales desarrollara la
cubeta o cuba neumática para recoger y medir el volumen de los gases liberados
en un sistema cerrado; los gases eran recogidos sobre el agua tras ser emitidos
al calentar diversos sólidos. La cuba neumática se convirtió en un mecanismo valioso
para recoger y estudiar gases no contaminados por el aire ordinario. El estudio
de los gases avanzó rápidamente y se alcanzó un nuevo nivel de comprensión de
los distintos gases. La interpretación
inicial del papel de los gases en la química se produjo en Edimburgo (Escocia)
en 1756, cuando Joseph Black publicó sus estudios sobre las reacciones de los
carbonatos de magnesio y de calcio. Al calentarlos, estos compuestos desprendían
un gas y dejaban un residuo de lo que Black llamaba magnesia calcinada o cal (los
óxidos). Esta última reaccionaba con el 'álcali' (carbonato de sodio) regenerando
las sales originales. Así, el gas dióxido de carbono, que Black denominaba aire
fijo, tomaba parte en las reacciones químicas (estaba "fijo", según sus palabras).
La idea de que un gas no podía entrar en una reacción química fue desechada, y
pronto empezaron a reconocerse nuevos gases como sustancias distintas. En
la década siguiente, el físico británico Henry Cavendish aisló el 'aire inflamable'
(hidrógeno). También introdujo el uso del mercurio en lugar del agua como el líquido
sobre el que se recogían los gases, posibilitando la recogida de los gases solubles
en agua. Esta variante fue utilizada con frecuencia por el químico y teólogo británico
Joseph Priestley, quien recogió y estudió casi una docena de gases nuevos. El
descubrimiento más importante de Priestley fue el oxígeno; pronto se dio cuenta
de que este gas era el componente del aire ordinario responsable de la combustión,
y que hacía posible la respiración animal. Sin embargo, su razonamiento fue que
las sustancias combustibles ardían enérgicamente y los metales formaban escorias
con más facilidad en este gas porque el gas no contenía flogisto. Por tanto, el
gas aceptaba el flogisto presente en el combustible o el metal más fácilmente
que el aire ordinario que ya contenía parte de flogisto. A este nuevo gas lo llamó
'aire deflogistizado' y defendió su teoría hasta el final de sus días. Mientras
tanto, la química había hecho grandes progresos en Francia, particularmente en
el laboratorio de Lavoisier. A éste le preocupaba el hecho de que los metales
ganaban peso al calentarlos en presencia de aire, cuando se suponía que estaban
perdiendo flogisto. En 1774, Priestley
visitó Francia y le comentó a Lavoisier su descubrimiento del aire deflogistizado.
Lavoisier entendió rápidamente el significado de esta sustancia, y este hecho
abrió el camino para la revolución química que estableció la química moderna.
Lavoisier lo llamó 'oxígeno', que significa 'generador de ácidos'. EL
NACIMIENTO DE LA QUÍMICA MODERNA Lavoisier
demostró con una serie de experimentos brillantes que el aire contiene un 20%
de oxígeno y que la combustión es debida a la combinación de una sustancia combustible
con oxígeno. Al quemar carbono se produce aire fijo (dióxido de carbono). Por
tanto, el flogisto no existe. La teoría del flogisto fue sustituida rápidamente
por la visión de que el oxígeno del aire combina con los elementos componentes
de la sustancia combustible formando los óxidos de dichos elementos. Lavoisier
utilizó la balanza de laboratorio para darle apoyo cuantitativo a su trabajo.
Definió los elementos como sustancias que no pueden ser descompuestas por medios
químicos, preparando el camino para la aceptación de la ley de conservación de
la masa. Sustituyó el sistema antiguo de nombres químicos (basado en el uso alquímico)
por la nomenclatura química racional utilizada hoy, y ayudó a fundar el primer
periódico químico. Después de morir en la guillotina en 1794, sus colegas continuaron
su trabajo estableciendo la química moderna. Un poco más tarde, el químico sueco
Jöns Jakob, barón de Berzelius propuso representar los símbolos de los átomos
de los elementos por la letra o par de letras iniciales de sus nombres. LOS
SIGLOS XIX Y XX A principios del
siglo XIX, la precisión de la química analítica había mejorado tanto que los químicos
podían demostrar que los compuestos simples con los que trabajaban contenían cantidades
fijas e invariables de sus elementos constituyentes. Sin embargo, en ciertos casos,
con los mismos elementos podía formarse más de un compuesto. Por esa época, el
químico y físico francés Joseph Gay-Lussac demostró que los volúmenes de los gases
reaccionantes están siempre en la relación de números enteros sencillos, es decir,
la ley de las proporciones múltiples (que implica la interacción de partículas
discontinuas o átomos). Un paso importante en la explicación de estos hechos fue,
en 1803, la teoría atómica química del científico inglés John Dalton. Dalton
supuso que cuando se mezclaban dos elementos, el compuesto resultante contenía
un átomo de cada uno. En su sistema, el agua podría tener una fórmula correspondiente
a HO. Dalton asignó arbitrariamente al hidrógeno la masa atómica 1 y luego calculó
la masa atómica relativa del oxígeno. Aplicando este principio a otros compuestos,
calculó las masas atómicas de los elementos conocidos hasta entonces. Su teoría
contenía muchos errores, pero la idea era correcta y se podía asignar un valor
cuantitativo preciso a la masa de cada átomo.
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