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La Química: cómo se convirtió en Ciencia


¡Hola!

Una amiga nos transmite algunas preguntas muy interesantes relacionadas con asuntos importantes relacionados con la Química, sus bases y sus logros. Y vamos a intentar darle alguna respuesta a cada una de ellas, dentro de nuestras limitaciones, y utilizando la ayuda de un gran libro.

Por ejemplo, quiere saber qué estudia la Química.

"La Química es una ciencia natural que estudia
- la estructura de la materia,
- sus propiedades o características,
- su composición,
- sus cambios,
- los factores o condiciones que afectan esos cambios, y
- las energías liberadas o consumidas en ellos."

Luego consulta acerca de las fechas aproximadas de las edades
- del oro (que se remonta al año 5.000 a.C.)
- del bronce (hacia el año 4.000 a.C.) y
- del hierro (por el año 1.200 a.C.).

Los que pensaban, que no eran muchos, además de habitar el Universo intentaban comprender de qué estaba hecho.

Thales de Mileto, alrededor del 600 a.C. sostenía que estaba conformado de agua.
Anaxímenes, cincuenta años después, aseguraba que la sustancia fundamental era el aire.
Según Heráclito, cerca del 500 a.C., el Universo estaba hecho de fuego.
Y Empédocles, por el año 450 a.C., tomó las ideas anteriores (agua, aire y fuego) y les agregó un cuarto elemento: la tierra. Esto completaba las explicaciones para la existencia de lo húmedo, lo frío, lo caliente y lo seco.

Es notable que estos pensadores hayan aparecido en poco más de un siglo.

Luego llegó Aristóteles que aceptó la visión materialista o sustancialista de sus antecesores pero la vio como una explicación de la composición de nuestro planeta insuficiente para aplicar a todo el Universo. Entonces agregó, ya en el siglo IV a.C., un quinto elemento: el éter, eterno e inmutable.

Demócrito de Abdera aparece poco después postulando que el universo de los seres estaba compuesto por átomos y el de los no seres lo formaba el vacío. Pero, ¿qué eran esos "átomos" de los que hablaba este filósofo griego? Eran partículas indestructibles, eternas e indivisibles, con formas diversas y determinadas. Según él, los átomos son infinitos en cantidad y calidad. Esta visión materialista (aunque Demócrito era idealista) brindó una base significativa para las ideas posteriores que consideraron los "átomos" como una explicación inicial posible de la composición del universo, suficientemente válida para el siglo V a.C.

Aunque todavía su actividad sigue siendo poco conocida, en diferentes momentos de la historia aparecen filósofos o científicos llamados "alquimistas", que ocultan sus experimentos o los disimulan. Para eso dan la imagen de estar buscando dos objetivos básicos:
- lograr la transmutación de los metales (convertir cualquier metal en oro), y
- conseguir el elixir de la vida (la piedra filosofal que podía asegurar la inmortalidad.

Descartada la alquimia como recurso válido de aplicación de estos conocimientos que aún no constituían una ciencia, aparece la llamada "iatroquímica" o "química médica", dedicada a curar enfermedades. Esto ocurre durante los últimos años del siglo XV y gran parte del siglo XVI.

Durante el siglo XVI comienza la gran transformación conceptual de la Química que la impulsa a convertirse en ciencia. En 1661 el irlandés Robert Boyle escribe su obra "El químico escéptico" con la que impone una nueva visión de la Química que comienza a considerarse una ciencia.

Según George Stahl, todo elemento combustible contiene una sustancia o principio inflamable llamado "flogisto", que luego de quemarse se desprende en forma de dejando un residuo que llama "cenizas" o "cales". 

De este modo un metal en combustión se convierte en cal + flogisto.

La llamada "ley de Proust" expresa que cuando dos o más elementos se combinan para formar un compuesto lo hacen en proporciones de peso invariable (es decir, en "proporciones definidas").

La llamada "ley de Dalton" postula que idénticos elementos pueden combinarse en diferentes proporciones para dar lugar a diferentes compuestos ( lo que indica que las "proporciones definidas de Proust" pueden ser además "proporciones múltiples").

Antoine Lavoisier usa la balanza para demostrar, en el año de la Revolución Francesa, que en cualquier proceso químico nada se pierde ni nada se crea, sólo se producen transformaciones. A este importante concepto se lo conoce como "Ley de la conservación de la materia".

Entre 1860 y 1869, el químico ruso Dimitri Mendéleiev organiza los elementos tomando en cuenta su "valencia", propiedad años antes sugerida por el inglés Frankland al estudiar la capacidad de combinación de los diferentes tipos de átomos. Así pudo establecer relaciones horizontales (filas) y verticales (columnas), dejando espacios libres que luego fueron cubiertos por elementos que se iban descubriendo.

Con el uso de los rayos catódicos (por Plucker, Hittroff y Crookes) se descubre la existencia de electrones. Más tarde Goldstein demuestra la existencia de protones y Chadwick hace lo mismo con los neutrones. Estos avances dan una base sólida a la llamada "teoría atómica" que va diseñando un modelo en el que Thomson que imagina el átomo como una masa de carga positiva dentro de la cual se incrustaban los electrones.

En experimentos posteriores y para confirmar este modelo de átomo, surge la propuesta de Rutherford de considerar el átomo como un núcleo conteniendo protones y con electrones girando a su alrededor. Este es el llamado "modelo del pastel de frutas" (en Argentina deberíamos llamarlo "modelo del pan dulce") en el que diseminados por una gran mayoría de masa (el espacio de los electrones) aparecen los trocitos de frutas, de nueces, de almendras, etc. que equivaldrían a los núcleos.

Aparece luego el danés Niels Bohr quien desarrolla la idea de que los electrones no pueden ocupar cualquier lugar en el espacio cercano a un núcleo sino que utilizan niveles de energía permitidos que dependen de la energía. Es la consecuencia de considerar que la energía tiene valores posibles llamados "cuantos". Esos niveles eran 7, diferenciados por los físicos como K, L, M, N, O, P y Q.

Arnold Sommerfeld hizo una descripción más fina del modelo de Bohr. Propuso que cada nivel está dividido en subniveles (todos de igual energía pero con diferente distribución espacial) que, por las líneas que aparecían en los espectros obtenidos por descargas en gases, fueron diferenciados en s (sharp o afinado), p (principal), d (diffuse o difuso) y f (fundamental).

Como cierre de esta nota quiero contarles que una de las experiencias más conmovedoras que tuve en mi época universitaria fue la práctica en la que me dieron un trocito de vidrio como el de un portaobjetos, un frasquito con un compuesto de plata, y una cámara fotográfica como las antiguas de las plazas. Preparé la placa, y cuando se produjo la descarga en el tubo tomé la fotografía. Al revelarla, se me llenaron los ojos de lágrimas a medida que aparecían las líneas y las zonas que luego identifiqué como s, p, d o f. Me sentía como alguien que había creado eso "de la nada".

Espero haber ayudado a nuestra amiga a resolver su problema de hoy pero impulsándola a seguir averiguando cosas acerca de la estructura de la materia que no solamente nos rodea sino que además nos forma. Hay mucho para conocer y todo es cada vez más apasionante. El hombre avanza en los que conoce y el Universo responde mostrando que cada vez hay más cosas por conocer.

Y, reconociendo el viejo principio de "a tal señor, tal honor, debo contarles que la mayor parte de la información que aquí presenté la tomé de uno de los mejores libros que conocí y que me acompaña desde hace años:

"Nuevo Estudio de la Química Moderna", de Carlos Javier Mosquera Suárez, de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas, con la colaboración especial de Javier Arenas de la Rosa, de la Universidad Autónoma de Colombia (2001 - Terranova Ediciones S.A. Edición Exclusiva para Ediciones Cisplatina S.A.), un material más que recomendable.

Un saludo afectuoso.

Prof. Daniel Aníbal Galatro
Esquel, Chubut, Argentina.
Mayo de 2014.
danielgalatro@gmail.com


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