Historia de la Química desde la Antigüedad

HISTORIA DE LA QUIMICA Antigüedad Si nos preguntamos hoy cuando se remontan los orígenes de la química, la respuesta no podrá ser más especulativa. Podrían quizás remontarse hasta la conquista y salvaguarda del fuego por el hombre. Porque, desde tiempos más remotos, el hombre práctico la química sin saberlo. El calor generado por el fuego servía para producir nuevas alteraciones químicas: los alimentos podían cocinarse, y su color, textura y gusto cambiaban. El barro podía cocerse en forma de ladrillos o de recipientes. Y finalmente, pudieron confeccionar cerámicas, piezas barnizadas e incluso objetos de vidrio. Los metales: Los primeros metales debieron de encontrarse en forma de pepitas. Y con seguridad fueron trozos de cobre o de oro, ya que estos son de los pocos metales que se hallan libres en la naturaleza. El color rojizo del cobre y el tono amarillo del oro debieron de llamar la atención. Los metales presentan una ventaja sobre los demás objetos llamativos: son maleables, es decir, que pueden aplanarse sin que se rompan (la piedra en cambio, se pulveriza y la madera y el hueso se astillan y se parten). Se cree que el cobre fue el primer metal obtenido, hacia el año cinco mil a.c, en la región que hoy corresponde a Irán y Afganistán. Sin embargo, este metal es blando, y muchos años después se encontró que la adhesión de otro, el estaño, lo endurecería. El metal más duro resultado de la aleación cobre-estaño, es el bronce, que se propago después desde Mesopotamia, hacia China, donde su uso alcanzo el máximo apogeo cerca del año mil quinientos a.c Al mismo tiempo comenzaba a generalizarse el uso del hierro en las cercanías del Mar Negro, alcanzando su máximo desarrollo en la India, hacia el año mil a.c Para obtener cada metal se fue necesitando de un procedimiento más complejo: así nació la metalurgia; se empieza a recurrir al uso de numerosas sustancias químicas, pero el interés se centra en el producto final, en cómo conseguirlo y sus principales aplicaciones. Para la gente de aquella época sería difícil explicar porque cuando se agrega estaño al cobre se obtiene una aleación dura. Se sabe que al hacerlo, resulta un metal más duro, pero desconocen las razones; el conocimiento empírico precedió el conocimiento científico. Los chinos: Desde la más remota antigüedad, los chinos fabricaban cerámicas y metales y conocían la pólvora (aunque su aplicación a las armas de fuego fue mucho mas tardía). Sabían componer y preparar muchos medicamentos, productos y objetos por procedimientos rutinarios, por ejemplo: sal de mar, índigo, azúcar, miel, espejos, campanas, calderas, agujas, carbón de piedra, alumbres, azufre, arsénico, aceites, armas, aguardiente de semillas, el arte de fabricar la porcelana, en particular, llego a un altísimo nivel de perfección en China y Japón. -Pólvora: La pólvora, el primer explosivo conocido, fue descubierta por casualidad en China en torno al siglo IX. Su hallazgo parece ser fruto de las investigaciones de algún alquimista que, en su búsqueda del elixir de la eterna juventud, dio por accidente con la fórmula del explosivo. De hecho las primeras referencias a la pólvora las encontramos en textos herméticos advirtiendo de los peligros de mezclar determinadas sustancias. Desde China el uso militar de la pólvora pasó a Japón y a Europa. Se sabe que fue usado por los mongoles contra los húngaros en 1241 y que Roger Bacon hace una mención en 1248. Hasta ese momento Europa sólo había contado con un producto inflamable llamado quot;
fuego griegoquot;
que sin embargo no podría competir con la efectividad del recién llegado invento. Egipcios: En Egipto se desarrollaron numerosas técnicas en metalurgia y en la fabricación de vidrios. Ellos aplicaban también diferentes procesos químicos destinados a la obtención de jabones y perfumes; tintas, telas, papiros, preparación de alimentos y licores, colorantes para el teñido de prendas de vestir y para imitar piedras preciosas. Los egipcios fueron también los primeros en utilizar compuestos químicos para preparar ungüentos y medicamentos. -Momias: Todos los métodos de embalsamar pueden reducirse a dos, antiguos y modernos. Los egipcios, los judíos, los etíopes, los persas, los griegos y los romanos empleaban diversos medios para embalsamar cadáveres. Los egipcios son los que más se distinguieron en el arte de embalsamar, favoreciéndoles para esto el clima, la constitución del individuo y el terreno. Según Herodoto, empleaban tres métodos: primero para la gente rica; sacaban con un gancho el cerebro, y después con una piedra de Etiopía abrían el vientre y sacaban los intestinos, lavando con vino de palmera, y luego lo llenaban de mirra, canela y otros aromas. Después tenían al cadáver durante 70 días en una disolución de natrón, y luego lo recubrían de telas impregnadas de una goma o materias balsámicas. El segundo método, que empleaban para la clase media, consistía en hacer inyecciones por boca y ano con aceite de cedro, macerando después el cadáver en una disolución de natrón. Y el tercer medio, que era para la gente pobre, consistía en lavar y macerar el cadáver en una disolución de natrón. Entre los métodos modernos indicaremos los siguientes: el método de Beudet, que es una modificación del de los egipcios; el método de Chaussier, que consiste en extraer las vísceras, sumergir el cadáver en un baño de alcohol por unos días, y después en un baño de alcohol saturado de cloruro mercúrico por dos o tres meses; el método de Gannal, que consiste en inyectar por las carótidas una disolución de acetato de alúmina, y después macerar el cadáver en la misma disolución; y el método de Suequet, que consiste en inyectar en los vasos sanguíneos, y por boca y ano, una disolución de sulfito de sosa, y después macerar el cadáver en una disolución de cloruro de zinc. Modernamente se han empleado inyecciones de tanino con buen resultado. Grecia: Hacia el año 600 a.c el sutil e inteligente pueblo griego dirigía su atención hacia la naturaleza del universo y la estructura de los materiales que lo componían. Los eruditos griegos o filósofos estaban más interesados en el por qué de las cosas que en la tecnología y las profesiones manuales. En resumen, fueron los primeros que se enfrentaron con lo que ahora llamamos Teoría Química. -Empedocles (aproximadamente 40-430 a.c) nacido en Sicilia fue un destacado discípulo de Pitágoras, que también trabajo en torno al problema de cuál es el elemento a partir del que se formo el Universo. Alejándose de sus predecesores, Empedocles fue el precursor de la teoría de los elementos, que para él son cuatro: el fuego el aire, el agua y la tierra. -Aristóteles (384-322 a.c) el más influyente de los filósofos griegos, acepto esta doctrina de los cuatro elementos, añadiendo un quinto, el éter, que se convirtió en la “quinta esencia”. Los cuatro elementos fundamentales servían de soporte a las propiedades esenciales, que se oponían dos a dos: sequedad-humedad y calor-frio. Los cuatro elementos se obtenían de la interacción de cada par de propiedades, así se podía escribir: Calor + sequedad = fuego; calor + humedad = aire; Frio + sequedad = tierra; frio + humedad = agua. Aristóteles introdujo igualmente la noción de transformación de los elementos, que será una de las bases de la futura alquimia. -Demócrito (aproximadamente 470-380 a.c) llamo átomos, que significa <<indivisible>>, a las partículas que habían alcanzado el menor tamaño posible. Esta doctrina, que defiende que la materia está formada por pequeñas partículas y que no es indefinidamente divisible, se llama atomismo. Demócrito supuso que los átomos de cada elemento eran diferentes en tamaño y forma, y que eran estas diferencias las que conferían a los elementos sus distintas propiedades. Alquimia El centro de las preocupaciones de los alquimistas era el descubrir la piedra filosofal; esta les permitiría fabricar oro a partir de los metales comunes también se le atribuía el elixir filosofal que debía procurar larga vida, juventud y salud. Alejandría La transición entre la antigüedad y la edad media (del siglo II al VI d.c) tiene lugar principalmente a través de la Escuela de Alejandría. Los Ptolomeos que gobernaron en Egipto desde el siglo III a.c, consideraron una buena política reunir en un centro todo lo que el mundo griego tenia de sabios y letrados. Zenedote, primer bibliotecario de la escuela, se consagro intensamente en reunir las obras mas ilustres. Los seguidores de la escuela de Alejandria practicaban igualmente una química impregnada de magia y supersticiones. Los árabes Siglo VII. Fue especialmente en Persia donde los árabes encontraron los restos de la tradición científica griega, ante la que quedaron fascinados. Entre los años 300 y 1100 d.c la historia de la quimica en Europa es prácticamente un vacio. Despues del 650 d.c el mantenimiento y la extensión de la alquimia greco-egipcia estuvo totalmente en manos de los árabes, situación que perduro durante cinco siglos. Quedan restos de este perido en los términos químicos derivados del árabe: alambique, álcali, alcohol garrafa, nafta, circon y otros. Los árabes se ocuparon mas de la medicina y de la farmacia (de la que fueron los creadores) que de la alquímia. Estaban muy interesados en preparar remedios, y, en este sentido, prestaron un gran servicio a la humanidad. Hacia finales del siglo VIII, se instalo en Bagdad la primera farmacia publica. La autoridad suprema de los alquimistas árabes fue Djabir Ibn-Hayyan (aproximadamente 760-815 d.c) conocido en Europa siglos después como Geber. Sus escritos fueron numerosos y su estilo era relativamente avanzado. Describio el cloruro de amonio y enseño como preparar albayalde (carbonato de plomo). Destilo vinagre para obtener acido acético fuerte, el acido mas corrosivo conocido por los antiguos. Preparo incluso acido nítrico débil que, al menos en potencia, era mucho mas corrosivo. Sin embargo la mayor influencia de Geber reside en sus estudios relacionados con la transmutación de los metales, consideraba el mercurio como el metal por excelencia, ya que su naturaleza liquida le confería apariencia de poseer una proporción minima terroso. Por otro lado, el azufre poseía la notable propiedad de ser combustible (y además poseía el color amarillo del oro). Geber creía que los diversos metales estaban formados por mezclas de mercurio y azufre, y solamente restaba hablar algún material que facilitase la mezcla de mercurio y azufre en la proporción necesaria para formar oro. Durante los siglos posteriores, la alquímia se desarrollo según dos vías paralelas principales: una mineral, en la que el principal objetivo era el oro, y otra medica, en la que el fin primordial era la panacea. Seguidor de Geber, y poseedor de análogos conocimientos y reputación, fue el alquimista persa Al Razi (aproximadamente 850-925), conocido mas tarde en Europa como Rhazes. Preparo emplasto de Paris, y describiendo el modo en que podía emplearse para hacer enyesados que mantuvieran en su sitio los huesos rotos. Igualmente estudio y describió el antimonio metalico. Al mercurio (que era volátil, esto es, forma de vapor al calentarlo) y el azufre (que era inflamable) añadió la sal como tercer principio en la composición general de los solidos, porque la sal no era ni volátil ni inflamable. Al Razi tuvo un prestigio inmenso; era a la vez filosofo, astrónomo, matematico, alquimista y sobre todo medico, esto dio origen a los aspectos médicos de la alquímia, que continuaron con el persa Ibn Sina (979-1037), mucho mas conocido como Avicena, en realidad este fue el medico mas importante entre la época del Imperio Romano y los orígenes de la ciencia moderna. El despertar de Europa: La alquimia en Occidente (Siglo XIII AL XVI) La ciencia árabe declino rápidamente después de Avicena, Eran tiempos difíciles para el mundo islámico y se hicieron mas difíciles aun como resultado de las invasiones y victoria de los turcos y mongoles, pueblos relativamente barbaros. La palma del liderazgo científico abandono a los árabes al cabo de tres siglos, para pasar al oeste de Europa. Los europeos occidentales tuvieron su primer contacto intimo y más o menos pacifico con el mundo islámico como resultado de las cruzadas. Aunque desde el siglo IX (dos siglos antes de la primera cruzada), los sabios occidentales tenían relaciones y conocían los trabajos de sus colegas de la academia de Cordoba. En el siglo XII la alquímia se desarrollo en Francia, en Alemania y en Inglaterra pasando por España e Iltalia. Pero no hay que olvidar que una parte de los conocimientos de la Antigüedad se transmitieron directamente gracias a los monjes eruditos que recopilaban en los conventos los textos clásicos. El primer alquimista europeo importante fue Alberto de Bollstadt (aproximadamente 1200-80), mas conocido como Alberto Magno. Estudio intensamente los trabajos de Aristoteles, y fue a través de e como la filosofía aristotélica adquirió tanta importancia para la erudición de finales de la Edad Media y principios de la Moderna. Fue el primero en introducir la importante nocion de afinidad química. Exalto las ventajas de métodos de separación como la sublimación y la destilación y dejo una buena descripción de los equipos utilizados. Describio también la técnica del baño maria. Partiendo de la teoría de la transmutación, considero a la naturaleza como a la única alquimista, pues cualquier muestra de oro o plata alquímica que estudio no soporto la prueba del fuego. Roger Bacon (1220-1292). Este alquimista ingles, atribuyo un papel fundamental a las matematicas en las ciencias. Dio el primer paso hacia la explicación del fenómeno de la combustión diciendo que “el aire era el alimento del fuego”, clasifico las diferentes técnicas alquímicas de la época. Paso por el primer preparador de la polvora, tomando la formula de los árabes e ignorando probablemente que los chinos la utilizaban ya desde hacia tiempo en los fuegos artificiales. Arnaldo de Vilanova (1240-1319) fue medico alquimista y gran viajero. Sus obras impresas dos siglos después de su muerte, tuvieron un enorme éxito y representan sin duda el tratado de la alquímia mas antiguo publicado en Francia. El fin de la alquimia Es una época que conoció una gran renovación de las ciencias como consecuencia de la invencion de la imprenta (1450), el descubrimiento de America (1492) y los inicios del Renacimiento y de la Reforma, que buscaban ampliar el horizonte de los hombres resucitando el espíritu de la Antigüedad y del humanismo. El siglo XVI es el periodo donde se opera la transición entre la alquímia y la química. Como en todos los periodos de transición, numerosos sabios continuaron pertenecientes a la vieja escuela; la evolución se realizo muy lentamente. Tres personajes dominaron la química de esta época: Paracelso, creador de la Iantroquimica (teoría según la cual todos los fenómenos fisiológicos y patológicos se deben a reacciones químicas), Agricola y Bernardo Palissy, precursores de una química de tipo técnico. La conexión entre la medicina y los fármacos y la combinación medico-mineralogista fue un rasgo destacado en el desarrollo de la química durante los dos siglos y medio siguientes. Paracelso (1493-1541).Alquimista y medico suizo, cuyo verdadero nombre era Théophrast Bombast von Hohenheim, alcanzo un gran prestigio. Fue titular de la primera catedra de química del mundo creada en Basilea en 1527. Fue alquimista de de la vieja escuela, a pesar de su insistencia en contra de la transmutación. Acepto los cuatro elementos de los griegos y los tres principios (mercurio, azufre y sal) de los árabes. Obtuvo el metal zinc y con forma de mineral o de aleación con cobre (laton), era conocido desde la antigüedad. Paracelso utilizo muchos compuestos químicos como medicamentos, entre las sales de los metales pesados (la sales de mercurio, por ejemplo, se mostraron eficaces para el tratamiento de la sífilis) que se conocían ya como venenos. Es el creador de la Iatroquimica, de la química farmacéutica suave asi como de la toxicología. Libavius (1550-1616) fue el primero en describir la preparación del acido clorhídrico, tetracloruro de estaño y sulfato amónico. Tambien describió la preparación del agua regia, una mezcla de acidos nítrico y clorhídrico cuyo nombre viene de su capacidad para disolver el oro. Incluso sugirió que las sustancias minerales pueden reconocerse por la forma que adoptan los cristales originados al evaporarse sus soluciones. Su merito esta sobre todo en su obra de sistematico; clasifico los metales en dos categorías, los verdaderos metales (oro, plata, hierro, estaño, cobre, plomo, mercurio) y los semimetales (antimonio, arsénico, zinc, bismuto) La transición: La química en el siglo de la razón (Siglo XVII) En el siglo XVII, el clima de trabajo cambio profundamente debido al fomento de la experiencia. Con Newton, la revolución científica alcanzo su climax. La medida El cambio de la descripción meramente cualitativa a las cuidadosas medidas cuantitativas no se registro en la química hasta un siglo después del decisivo trabajo de Newton. Los químicos de aquella época hacían progresos, y ya en la época de Galileo aparecen débiles indicios de la futura revolución química. Tales indicios surgen, por ejemplo, en los trabajos de Jean Baptiste Van Helmont (1577-1644) quien discute la teoría de los elementos de Aristoteles negando la cualidad de tales al fuego y a la tierra. Fue antes que Lavoisier, un defensor entusiasta de la utilizacion de la balanza en química. Fue el primero en considerar y estudiar los vapores que el mismo producía. Observo que se parecían al aire en su apariencia física, pero no en todas sus propiedades. El estudio de los gases, la forma mas sencilla de materia, fue el primero que se presto a las técnicas de medición precisa: sirvió de camino al mundo de la quimica moderna. Ley de Boyle El físico italiano Evangelista Torricelli (1608-47) logro probar, en 1643, que el aire ejercía presión. Demostro que el aire podía sostener una columna de mercurio de setenta centímetros de altura y con ellos invento el barómetro. Robert Boyle (1627-1691) fue una de las figuras mas importantes de la ciencia inglesa del siglo XVII. Expresa sus ideas sobre la naturaleza de los elementos químicos. Según su punto de vista, solo el análisis permite reconocer a los verdaderos elementos, expresa que “Un elemento es un cuerpo que no puede descomponerse”. En el mismo orden de ideas distinguió entre mezcla y combinación. La química física debe también a Boyle la conocida ley de compresibilidad de los gases que estableció la relación de proporcionalidad inversa entre la presión y el volumen de un gas a temperatura constante, deriva del experimento ilustrado. El mercurio vertido en la rama larga del tubo empuja el aire encerrado hacia la rama corta. Doblando la altura de la columna de mercurio, la de aire se reduce a la mitad. La relación viene expresada en la curva de la parte superior, que es una sección de una rama de hipérbola. 146304066040 Este fue el primer intento de aplicar mediciones exactas a los cambios en una sustancia de paticular interés para los químicos. Boyle no especifico que la temperatura debe mantenerse constante para que dicha ley sea valida. Probablemente lo realizo asi y supuso que se daría por hecho. El físico francés Edme Mariotte (1630-1684), que descubrió independientemente la ley de Boyle hacia el año 1680, especifico que la temperatura debe mantenerse constante. Por esta razón en la Europa continental se alude con frecuencia a la ley de Boyle como la ley de Mariotte. Los experimentos de Boyle ofrecían un centro de atracción para el creciente numero de atomistas, el aire como ya se había observado en los tiempos antiguos y como Boyle ponía en claro espectacularmente, podía comprimirse con facilidad ¿Cómo podía ocurrir eso, a menos que estuviese formado por atomos minúsculos separados por el espacio vacio? La compresión del aire significaría simplemente, desde este punto de vista, la supresión del espacio vacio en el volumen, colocando a los atomos en estrecho contacto. Si se acepta esta opinión sobre los gases, es mas fácil creer que también los liquidos y solidos están compuestos de atomos. Por ejemplo el agua se evapora ¿Cómo podría ocurrir esto, a no ser que desapareciese en forma de partículas minúsculas? Y, ¿Qué seria mas simple, entonces, que suponer que pasa a vapor atomo a atomo? Si el agua se calienta, hierve, y el vapor se forma de modo visible. El vapor de agua tiene las propiedades físicas de una sustancia semejante al aire y, por tanto, es natural suponer que esta compuesto de atomos. Pero, si el agua está compuesta de átomos en su forma gaseosa, ¿por qué no en su forma líquida, así como en su forma sólida de hielo? Y si esto es cierto con el agua, ¿por qué no para toda la materia? Este tipo de argumentos resultaban impresionantes, y por primera vez desde que se habían imaginado los átomos, dos mil años antes, el atomismo comenzó a ganar numerosos adeptos. Entre ellos, por ejemplo, Newton. Los descubrimientos del siglo XVII relativos a la presión del aire y al fenómeno insolito que se podía llevar a cabo produciendo un vacio y dejando actuar a la presión del aire dieron importantes resultados.Hacia 1700, el ingeniero ingles Thomas Savery (1670-715) construyo una maquina de vapor, la importancia de este gran paso es que la humanidad ya no tendría que depender mas de sus propios musculos ni de la fuerza animal. El flogisto El creciente interés despertado a partir de 1650 por la posibilidad de encontrar nuevas aplicaciones al fuego y, por medio de las maquinas de vapor, llevo a los químicos a una nueva conciencia del fuego. ¿Por qué algunas cosas arden y otras no? ¿Cuál es la naturaleza de la combustión? El químico y físico alemán Georg Ernest Stahl (1660-1734). Propuso un nombre aún más nuevo para el principio de la inflamabilidad, llamándole flogisto, de una palabra griega que significa «hacer arder». Desarrolló después un esquema -basado en el flogisto- que pudiera explicar la combustión. Aunque falsa en sus fundamentos, tuvo el merito de relacionar por primera vez los fenomenos de la combustión y de la calcinación de los metales que tanto preocuparon a los químicos del siglo XVII. Esta idea dominara la química del siglo XVIII hasta la teoría de la oxidación de Lavoisier. El flogisto se encontraba en cualquier sustancia combustible y transformable por el calor, se liberaba en la calcinación de los metales y en la combustión de sustancias organicas. Es el flogisto el que juega el papel fundamental en la respiración, la fermentación y la putrefacción. El “residuo” obtenido después de la liberación del flogisto podría dar nuevamente el compuesto inicial con solo aportarle el flogisto. Pero quedaba una dificultad que ni Stahl ni sus seguidores lograron explicar. Las sustancias más combustibles, como la madera, el papel y la grasa, parecían consumirse en gran parte al arder. El hollín o las cenizas restantes eran mucho más ligeras que la sustancia original, lo cual era de esperar, ya que el flogisto había abandonado la sustancia original. Sin embargo, cuando los metales se enmohecían, también perdían flogisto, de acuerdo con la teoría de Stahl, pero el metal enmohecido era más pesado que el original (un hecho que los alquimistas habían observado ya en 1490). ¿Podía el flogisto tener peso negativo, de modo que una sustancia al perderlo pesaba más que antes, como mantenían algunos químicos del siglo xviii? En ese caso, ¿por qué la madera perdía peso al arder? ¿Había dos tipos de flogisto, uno con peso positivo y otro con peso negativo? Pero los químicos del siglo XVIII aún no habían aceptado la importancia de las mediciones cuidadosas, y no les preocupaban tales cambios. Mientras la teoría del flogisto explicase los cambios de aspecto y las propiedades, cabía ignorar -pensaban ellos- las variaciones en el peso. Los gases Dioxido de Carbono y Nitrogeno La explicación de los enrevesados cambios de peso durante la combustión había que encontrarla, naturalmente, en los gases que aparecían o desaparecían mientras se formaban los compuestos. El químico escocés Joseph Black (1728-99) dio otro importante paso adelante. Lo que hizo fue calentar fuertemente la piedra caliza (carbonato calcico). Este carbonato se descompuso, liberando un gas y dejando cal (óxido de calcio) tras de sí. El gas liberado pudo recombinarse con el óxido de calcio para formar de nuevo carbonato cálcico. El gas (dióxido de carbono) era idéntico al «gas silvestre» de Van Helmont, pero Black lo llamó «aire fijado», porque cabía combinarlo («fijarlo») de tal manera que formase parte de una sustancia sólida. Los descubrimientos de Black fueron importantes por varias razones. En primer lugar, mostró que el dióxido de carbono puede formarse calentando un mineral, lo mismo que quemando madera; de este modo se estableció una importante conexión entre los reinos animado e inanimado. En segundo lugar, demostró que las sustancias gaseosas no sólo son liberadas por los sólidos y líquidos, sino que pueden combinarse con ellos para producir cambios químicos. Este descubrimiento quitó a los gases mucho de su misterio y los presentó más bien como una variedad de la materia que poseía propiedades en común (al menos químicamente) con los sólidos y líquidos más familiares. Por otro lado, Black demostró que cuando el óxido de calcio se abandona en el aire, vuelve lentamente a carbonato cálcico. De esto dedujo (correctamente) que hay pequeñas cantidades de dióxido de carbono en la atmósfera. He aquí la primera indicación clara de que el aire no es una sustancia simple y que, por lo tanto, pese a la concepción griega, no es un elemento según la definición de Boyle. Consiste en una mezcla de por lo menos dos sustancias diferentes, el aire ordinario y el dióxido de carbono. Estudiando el efecto del calor sobre el carbonato cálcico, Black midió la pérdida de peso implicada. También midió la cantidad de carbonato cálcico que neutralizaba una determinada cantidad de ácido. Este fue un paso gigante hacia la aplicación de mediciones cuantitativas a los cambios químicos, un método de análisis que pronto iba a alcanzar su plena madurez con Lavoisier. Estudiando las propiedades del dióxido de carbono, Black observó que una vela no podía arder en su seno. Una vela encendida en un recipiente cerrado lleno de aire ordinario termina por apagarse, y el aire que queda no puede volver a mantener una llama. Éste descubrimiento parece ciertamente razonable, puesto que la vela encendida ha formado dióxido de carbono. Pero cuando el dióxido de carbono del aire encerrado se absorbe mediante compuestos químicos, queda algo de aire sin absorber. Este aire que queda y que no tiene dióxido de carbono, tampoco puede mantener una llama. Black pasó este problema a uno de sus alumnos, el químico escocés Daniel Rutherford (1749-1819). Rutherford metió un ratón en un volumen cerrado de aire hasta que murió. Encendió luego una vela en el gas que quedaba, hasta que se apagó. Después encendió fósforo en lo que quedaba, hasta que el fósforo dejó de arder. A continuación pasó el aire a través de una sustancia capaz de absorber el dióxido de carbono. El aire restante era incapaz de mantener la combustión; un ratón no pudo vivir en él y una vela colocada en su seno se apagó. Rutherford informó de este experimento en 1772. Puesto que tanto él como Black estaban convencidos de la validez de la teoría del flogisto, trataron de explicar sus resultados en términos de dicha teoría: a medida que el ratón respiraba y las velas y el fósforo ardían, el flogisto se liberaba y se unía al aire, junto con el dióxido de carbono formado. Al absorber más tarde el dióxido de carbono, el aire restante seguía conteniendo mucho flogisto, tanto, que estaba saturado de él; no podía aceptar más. Por eso los objetos no seguían ardiendo en él. Por este razonamiento, Rutherford llamó al gas que había aislado «aire flogisticado». Hoy día lo llamamos nitrógeno, y concedemos a Rutherford el crédito de su descubrimiento. Hidrogeno y Oxigeno Henry Cavedish (1731-1810) Estaba especialmente interesado en un gas que se formaba cuando los ácidos reaccionaban con ciertos metales. Este gas había sido aislado con anterioridad por Boyle y Hales, y quizá por otros, pero Cavendish, en 1766, fue el primero en investigar sus propiedades sistemáticamente. Por eso se le atribuye por lo general el mérito de su descubrimiento. Dicho gas recibió más tarde el nombre de hidrógeno. Cavendish fue el primero en medir el peso de volúmenes determinados de diferentes gases, es decir, determinó la densidad de cada gas. Averiguó que el hidrógeno es extraordinariamente ligero, con una densidad de sólo una catorceava parte la del aire, (y hoy día sigue siendo el menos denso de los gases conocidos). Tenía una segunda propiedad extraña: a diferencia del dióxido de carbono y del mismo aire, era fácilmente inflamable. Cavendish, considerando su extrema ligereza e inflamabilidad, especuló con la posibilidad de que fuese el mismo flogisto aislado. Joseph Priestley (1733-1804) Su experiencia con el dióxido de carbono le había enseñado que los gases pueden ser solubles en agua y, para no perderlos en sus experimentos, intentó recogerlos sobre mercurio. Por este método logró recoger y estudiar gases como el óxido nitroso, amoniaco, cloruro de hidrógeno y dióxido de azufre (para darles sus nombres actuales), todos los cuales son demasiado solubles en agua para resistir el paso a su través. En 1774, el uso del mercurio en su trabajo con los gases dio lugar al descubrimiento más importante de Priestley. El mercurio, cuando se calienta en el aire,forma un «calcinado» de color rojo ladrillo (que ahora llamamos óxido de mercurio). Priestley puso algo de este calcinado en un tubo de ensayo y lo calentó con una lente que concentraba los rayos del sol sobre él. El calcinado se transformó de nuevo en mercurio, que aparecía como bolitas brillantes en la parte superior del tubo de ensayo. Además, la descomposición liberaba un gas de propiedades muy extrañas. Los combustibles ardían antes y con más brillo en este gas que en el aire. Un rescoldo de madera introducido en un recipiente que contuviese dicho gas ardía con llama. Priestley trató de explicar este fenómeno recurriendo a la teoría del flogisto. Puesto que los objetos ardían tan fácilmente en este gas, tenían que ser capaces de liberar flogisto con extraordinaria facilidad. ¿Cómo podría ser eso, a menos que el gas fuese una muestra de aire de la que se hubiera extraído el flogisto, de tal modo que aceptaba un nuevo aporte con especial avidez? Así, Priestley llamó a este nuevo gas «aire desflogisticado». (Sin embargo, pocos años después fue rebautizado como oxígeno, nombre que aún conserva.) La combustión Antes de los finales del siglo XVIII ya se habían aislado los gases de la atmosfera y se habían propuesto leyes naturales para descubrir y comprender el comportamiento físico de los gases, aunque no se puede decir que la química entra en la edad moderna hasta que se explica el proceso de combustión. En 1774, Antoine Lavoisier (1743-1794), realizo un experimento el cual consistía en calentar un recipiente de vidrio cerrado que contenía una muestra de estaño y aire. Encontró que la masa total de todos los materiales antes del calentamiento y después de él, era la misma. Mediante experimentos posteriores demostró que el producto de la reacción, estaño a altas temperatura (Oxido de estaño), consistía en el mismo estaño original junto con parte del aire. Por medio de estos experimentos Lavoisier demostró que el oxigeno el aire es fundamental y lo conllevaron a formular la ley de la conservación de la masa: “La masa total de las sustancias presentes después de una reacción química es la misma que la masa total de las sustancias de la reacción”. En 1779, Joseph Proust (1754-1826) estableció que “Cien libras de cobre, disuelto en acido sulfúrico o nítrico y precipitado por carbonato de sodio y potasio, producen invariablemente 180 libras de carbonato de color verde (carbonato básico de cobre). Esta observación y otras similares conformaron la base de la ley de las proporciones definidas: “Todas las muestras de un compuesto tienen la misma composición, es decir, las mismas proporciones en masa de los elementos constituyentes” Entre 1803 y 1808, John Dalton, un maestro inglés, utilizo las dos leyes fundamentales de las combinaciones químicas que se describieron anteriormente, como base a una teoría atómica la cual se basa en tres supuestos: Cada elemento químico se compone de partículas diminutas e indestructibles denominadas átomos. Los átomos no pueden crearse o destruirse durante una reacción química. Todos los átomos de un elemento son semejantes en masa y otras propiedades, pero los átomos de un mismo elemento son diferentes de los del resto de los elementos. En cada uno de sus compuestos, los diferentes elementos de combinan en una proporción numérica sencilla, por ejemplo: un átomo de A con uno de B (AB) o uno de A con dos de B (AB2). ESTRUCTURA MOLECULAR Isotopos: El químico americano Harold C. Urey, planteo que además de los átomos de hidrogeno (protio) el cual el núcleo posee un solo protón, existe otro átomo del mismo elemento cuyo núcleo está compuesto por un protón y un neutrón, isotopo del hidrogeno denominado deuterio (D). Un tercer isotopo del hidrogeno conocido como tritio (T),elemento inestable que experimenta una desintegración radiactiva, posee un protón y dos neutrones en su núcleo, además de un electrón que se mueve alrededor del núcleo como el resto de isotopos. Estas tres clases de átomos son todos de hidrogeno, el núcleo de cada uno de ellos contiene un protón. Su número atómico es 1. Sin embargo, como sus núcleos contienen diferentes números de neutrones, estos átomos se diferencian en sus masas. Los átomos del mismo elemento que tienen diferentes masas se llaman isotopos. Valencia: Existe una clasificación que ubica a los elementos representativos en ocho grupos identificados como A y a los de transición en B. Los elementos representativos son conocidos así porque el número de grupos representa la cantidad de electrones en su CAPA DE VALENCIA o sea el ULTIMO NIVEL y la cantidad de electrones en esa capa nos indica la valencia máxima que el elemento puede presentar. La VALENCIA de un elemento se refiere a la capacidad de combinación que presenta; en el caso de los NO METALES se relaciona con el número de átomos de hidrógeno con que se puede enlazar y en los METALES con cuántos átomos de cloro se une. Existen dos tipos de valencia: Valencia positiva máxima: Es el número positivo que refleja la máxima capacidad de combinación de un átomo. Este número coincide con el Grupo de la Tabla Periódica al cual pertenece. Por ejemplo: el Cloro (Cl) es del Grupo VII A en la tabla, por lo que su valencia positiva máxima es 7. Valencia negativa: Es el número negativo que refleja la capacidad que tiene un átomo de combinarse con otro pero que obviamente esté actuando con valencia positiva. Este número negativo se puede determinar contando lo que le falta a la valencia positiva máximo para llegar a 8, pero con signo -. Por ejemplo: a la valencia máxima positiva del átomo de Cloro (7) le falta 1 para llegar a 8, entonces su valencia negativa será -1. Formulas estructurales: La fórmula estructural de un compuesto es una representación gráfica de la demostración molecular de la estructura cómo se arreglan los átomos. Hay tres representaciones comunes usadas en las publicaciones, condensadas, tipo de Lewis y formula de la línea-ángulo. Isómeros ópticos: Existen moléculas que son similares en la mayoría de sus características excepto en su capacidad de desviar el plano de luz polarizada. Son los llamados isómeros ópticos. Uno de ellos desvía la luz hacia la derecha, y se designa (+), o dextrógiro, mientas que el otro la desvía en igual magnitud pero hacia la izquierda, y se designa (-) o levógiro. Su comportamiento frente a la luz polarizada se debe a que la molécula carece de plano de simetría, y por lo tanto se pueden distinguir dos isómeros que son cada uno la imagen especular del otro, como la mano derecha lo es de la izquierda. TABLA PERIODICA A finales del siglo XVIII ya se conocían una gran cantidad de elementos químicos. A medida que iba avanzando el tiempo y por ende los métodos de estudio de los elementos químicos, al momento de que aparecieron algunos métodos espectroscópicos, el número de elementos cada día fue aumentando. A medida que se avanzaba en el estudio de las propiedades de los elementos, se iba evidenciando las relaciones existentes entre ellos. Además había la necesidad de sistematizar de alguna manera dichas relaciones y descubrir las leyes en que estaban basadas. Se hicieron algunos intentos de organización de los elementos, siendo el más acertado fue el de un ruso químico llamado Dimitri Mendeleiev, que en 1869 publicó la primera tabla periódica. Aunque otro modelo bastante acertado, también casi simultáneamente con el de Mendeleiev fue el publicado por el Alemán L. Meyer el cual llegaba a una conclusión semejante trabajando cada uno independientemente. Ambos ordenaron los elementos por el número ascendente del peso atómico. Mendeleiev preparo cartoncitos que simbolizaban los elementos y paso semanas enteras organizándolos de maneras distintas apoyándose en las propiedades quimicas, mientras que Meyer se baso principalmente en las propiedades físicas. Mendeleiev demostró gran confianza en su tabla, dejando espacios vacios para elementos que él pensaba que faltaban cuando en sus cálculos no cuadraba la periodicidad, incluso puso en duda algunos pesos de algunos elementos que ya estaban establecidos en su época. Mendeleiev resumió sus descubrimientos en lo que se conoce como ley periódica: las propiedades de los elementos químicos varían de una forma periódica según el peso atómico; es decir, dependen de la estructura de los átomos de los distintos elementos. Aunque esta ordenación de acuerdo con los pesos atómicos presenta algunas anomalías. Ahora se ha sustituido por un orden de acuerdo con los números atómicos, lo cual está mucho más de acuerdo con la relación existente entre la estructura electrónica y propiedades químicas de un elemento. En la tabla periódica moderna los elementos están organizados según el número atómico creciente, comenzando a la izquierda en la parte superior y organizándose en una serie de filas horizontales. Esta organización sitúa a los elementos semejantes en grupos verticales. Por ejemplo, el sodio y el potasio se encuentran en el grupo 1 o denominado el grupo de los metales alcalinos, asi como otros elementos del mismo grupo que tendrán propiedades similares. Algunos grupos tienen nombres característicos que se relacionan con algunas propiedades importantes de los elementos que componen al grupo, por ejemplo, los elementos del grupo 17 se conocen como Halógenos (griego=formador de sal). Cada elemento se ordena colocando su símbolo en el centro de un recuadro, acompañado del numero atómico(z) que esta encima del símbolo y la masa atómica que se muestra debajo del símbolo. Aunque en algunas tablas suministren mas información como la densidad y el punto de fusión, en la química el numero atómico y la masa atómica son suficientes para las necesidades que fluyan. Los elementos con masas atómicas entre paréntesis como el plutonio, Pu(244) se obtienen sintéticamente y el numero mostrado es la masa del isotopo más estable. También es habitual que se dividan los elementos en dos grandes grupos: Metales y No metales. A temperaturas ambientales normales todos los metales son sólidos, a excepción del mercurio que es el único metal líquido en la tierra. Aunque la mayoría tenga la propiedad de ser maleable, además de ser buenos conductores de calor y electricidad. Por el contrario los no metales tienen propiedades opuestas a los metales. Alguno no metales como el N el O y el Cl, son gases a temperatura ambiente. Otros como el silicio y el azufre son sólidos frágiles y solo el bromo es líquido. Bibliografía Ralph, H. William, S. Harwood, F. Geoffrey H. (2003) Química General 8a España, Barcelona, Ed. Prentice hall. Cubillos, A (1989) Hacia una historia epistemológica de la química, Colombia, Bogotá, Editora Guadalupe. Asimov, I (1975) Breve historia de la química, España, Madrid, Alianza editorial. Pastrana, A (1994) La química en Europa y América (siglos XVII y XVIII), México Universidad Autónoma Metropolitana. Sánchez, B (2006) La revolución química: entre la historia y la memoria, España, Valencia, Ed. Universitat de Valencia.

Historia de la Química desde la Antigüedad

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