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Desarrollo histórico de la Química

Introducción

La Química, como toda ciencia experimental, se presenta bajo el doble aspecto de hechos y doctrinas.

Solamente el método científico en que hechos y teorías se complementan y apoyan mutuamente, da a su materia de estudio el significado de ciencia y la posibilidad de su rápido desenvolvimiento.

El estudio de la historia de la Química es provechoso puesto que nos familiariza con las reflexiones especulativas de los grandes químicos del pasado y nos permite valorar el progreso actual de esta ciencia.

La Ciencia tuvo su origen en Occidente, y adoptó la forma en la que fue desarrollada en la Antigua Grecia.

La Química, como un arte eminentemente práctico, es mucho más antigua y se retrotrae a los primeros herreros de la Edad de Bronce, o a los alfareros tempranos

Khemeia

Para trazar un breve resumen de la historia de la Química es conveniente considerar diversos períodos.

– Prehistoria y antigüedad

– Griego

– Alquimia

– La iatroquímica

– Flogisto

– Moderno

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Prehistoria y antigüedad

• Edades del cobre, del bronce, del hierro

• Metalurgia como arte sagrado– Oro, Sol

– Plata, Luna

– Cobre, Venus

– Hierro, Marte

– Estaño, Jupiter

– Plomo, Saturno

– Mercurio, Mercurio

• Siete , planetas, metales, dioses, maravillas del mundo,…..

Las sustancias conocidas en la Antigüedad

• Siete metales• Minerales, sal común, natrón, vinagre, cal, asfalto

natural, especias.• Civilización egipcia:

– Fabricación de vidrios y esmaltes– Imitaban a los metales nobles– Cuero y lana, algodón, lino ( blanquear y teñir)– Índigo, purpura (mordientes)– Perfumes , bálsamos, p. belleza, venenos– Jabones y sales de sodio, potasio, cobre, aluminio– Betún.

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• Cultura clásica China:

– Porcelana, siglo I, caolin.

– Copelación, III, refinado de oro y plata

– Destilación del alcohol, VII

– Pólvora ( salitre, azufre y carbón)

• IX, deflagrativa

• XI, explosiva

Doctrinas químicas antiguas.

• Filosofía natural (Escuela Naturista)• Modelo de los cuatro elementos (Grecia VI a J.C)

Tales, de Mileto (624-565 a. J.C.) el agua; Anaximenes (de 585-524 a. J.C.) el aire, Heraclito, de Efeso (540-475 a. J.C.) el fuego. Empédocles, de Agrigento (de 500-430 a. J.C.), la tierra, Tierra, agua, aire y fuego, servían de soporte a las cualidades fundamentales de caliente y frío, y seco y húmedo, y dos fuerzas cósmicas, el amor y el odio, que son las raíces de todas las cosas. Esta teoría de los cuatro elementos fue aceptada por Aristóteles de Estagira (384-322 antes de J.C.).

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• Filósofos y teorías atomistasLeucipo y su discípulo Demócrito, (460-370 a. J.C.) enseñaron la discontinuidad de la materia formada de átomos (el ser) , y de vacío, (el no ser), resultante de los intersticios entre aquellos.

1. La materia no admite subdivisión infinita. Los componentes últimos e indivisibles de la materia son partículas muy pequeñas e imperceptibles llamadas átomos. Estos, como la materia misma, son eternos e indestructibles. Las sustancias se diferencian debido a los elementos de los cuales están formadas; dichas diferencias pueden ser de tamaño, forma y disposición de los átomos que las integran.2. Estos átomos están constantemente en movimiento y este movimiento es una propiedad inherente a ellos. Las combinaciones se deben a la fusión de las partículas o átomos al chocar.3. Estos átomos están separados el uno del otro por el vacío, en el cual los átomos se mueven.

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De la edad media a la alquimia

• Filosofía hermética.

– Hermes. Tabla de Esmeralda

• Contribuciones cristianas

– Preservación monástica (400-1000)

– Escolasticismo enciclopédico (1100-1400)

• Contribuciones árabes (900-1200)

– Medicina y química medicinal

– Clasificación de las sustancias (Al-Radi)

La alquimia

• Tres fueron los objetivos fundamentales que persiguieron los alquimistas:– La transformación de metales innobles, como el plomo y el cobre, en

metales preciosos, como la plata y el oro.– Crear sustancias que fueran capaces de curar todas las enfermedades.– Finalmente, se aplicaron a descubrir el elixir de la inmortalidad.

• Todo se resumía en la búsqueda de la piedra filosofal, considerada como la única sustancia capaz de lograr la transmutación, la panacea universal y la inmortalidad.

• La creencia más extendida afirmaba que esta sustancia, puesta en un metal innoble como el hierro, mediante el proceso de fusión sería transformada en oro.

• siete fundamentos: el fuego, el aire, la tierra y el agua, además de otros tres elementos esenciales: la sal, el mercurio y el azufre.

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• La alquimia árabe• Geber (VIII) escribió numerosas obras y entre ellas la

Summa Perfectionis. Posteriores a Geber son Razés(siglo X), Avicena (siglo XI), alquimista, filósofo, astrónomo, matemático y, sobre todo, médico, y Averroes (1126-1198)

• Se reconoce a los árabes el preparar la sal amoníaco, el aceite de vitriolo (ácido sulfúrico), el agua fuerte (ácido nítrico), el agua regia, ciertos sulfuros metálicos, varios compuestos de mercurio y arsénico, y la preparación del espíritu de vino (alcohol).

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Alquimia occidental• San Alberto Magno (1193 o 1206-I280), dominico alemán, y de los pocos que en

esta época se dedicaron a observar por sí mismos a la Naturaleza. – la preparación de la potasa cáustica mediante la cal, – Describe con exactitud la afinación del oro y de la plata mediante copelación con plomo, – establece la composición del cinabrio, señala el efecto del calor sobre el azufre y emplea por

vez primera la palabra afinidad en el sentido usado hoy día al decir que «el azufre ennegrece la plata y abrasa en general a los metales a causa de la afinidad natural que tiene por ellos».

– Explica en sus obras la preparación de la cerusa (PbCO3) y del minio, de los acetatos de cobre y plomo;

– expone la acción del agua fuerte (ácido nítrico) sobre los metales, y señala, el primero, la separación mediante ella del oro y de la plata en las aleaciones preciosas.

– En sus escritos se manifiesta enemigo de la ciencia secreta, y cuando se le ve sostener que el oro de los alquimistas no es el oro puro y que el cuerpo obtenido exponiendo el cobre a los vapores de arsénico no es la plata, San Alberto adquiere categoría de precursor.

–

• Contemporáneo de San Alberto es el inglés Roger Bacon(I2I4-I294), fraile franciscano que profesó en París y en Oxford.

– En su obra Speculum alchimiae alude a un aire que es alimento del fuego y otro que lo apaga, habla de una llama producida al destilar las materias orgánicas y vulgariza el empleo de la pólvora.

• Santo Tomas de Aquino(1225-1274), discípulo de San Alberto en Colonia, – Tratado sobre la esencia de los minerales y otro sobre la piedra filosofal

La Iatroquímica y el renacimiento científico• A principios del siglo XVI los esfuerzos de muchos alquimistas se dirigen a

preparar drogas y remedios al señalar Paracelso (1493-1541) que la misión de la Alquimia era la curación de la enfermedad.

• Georg Agricola (1496-1555), en su obra De Re Metallica expone en forma clara, desprovista de especulaciones filosóficas, todos los conocimientos metalúrgicos de la época, y en la que se manifiestan preocupaciones de químico y de ingeniero.

• Seguidores de Paracelso, pero más claros y menos imbuidos de superstición, son Libavius (1540-1616), médico alemán que prepara el cloruro estánnico, estudia los fundentes en Metalurgia y obtiene muchos medicamentos;

• Van Helmont (1577-1644), médico belga, es notable su investigación acerca del crecimiento de un pequeño sauce, que duró cinco años, inventa la palabra gas y al que debemos los estudios sobre el gas silvestre (gas carbónico); y

• Lemery (1645-1715) que escribe su voluminoso Cours de Chymie en el que describe las distintas operaciones de la Química.

• Leonardo da Vinci (I452-1519) introduce en el dominio científico los principios del Renacimiento y abre camino a Francis Bacon (1561-1628), el teórico del método experimental, que en 1620 en su obra Novum Organum erige la observación en sistema filosófico.

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Siglos XVII y XVIII: el nacimiento de la química moderna

• Boyle– Comportamiento de los gases, ley de Boyle: el volumen de un gas varía de manera

inversa con la presión.

– Aplica método científico– “El Químico escéptico”– Concepto moderno de elemento. «ciertos cuerpos primitivos y simples que no están

formados de otros cuerpos, ni unos de otros, y que son los ingredientes de que se componen inmediatamente y en que se resuelven en último término todos los cuerpos perfectamente mixtos»

– También se atribuye a Boyle el uso, por primera vez, del término “análisis químico”,

– Entre sus más notables descubrimientos hay que mencionar la ley que lleva su nombre de la compresibilidad de los gases, el efecto de la presión sobre el punto de ebullición de un líquido.

– Empleo muchos reactivos como el nitrato de plata, el gas amoníaco, el gas clorhídrico y el sulfhidrato amónico que con el nombre de licor de Boyle debía adquirir una gran importancia en química analítica, la utilización del jarabe de violeta como indicador para distinguir los ácidos y bases, y la obtención de nuevos e importantes compuestos.

– Sus ensayos acerca de la oxidación del cobre le llevan casi al descubrimiento de la composición del aire.

La teoría del flogisto.

• Se debe a Georg Emst Stahl (1660-1734), químico y médico alemán, la teoría del flogisto, que aunque falsa, tiene el mérito de ser la primera teoría capaz de coordinar el conjunto de los fenómenos esenciales de la combustión y de la reducción.

• La teoría del flogisto, conocida también como «sublime teoría», supone que toda sustancia combustible, tal como un metal, contiene un «principio inflamable», denominado posteriormente, flogisto; en la combustión se desprende el flogisto con acompañamiento de luz y calor y queda un residuo, la “ceniza” o “cal” del cuerpo combustible.

• El proceso de combustión puede expresarse en la forma simplificada siguiente:Metal (en la combusNón) → Cal + Flogisto

• La teoría explica el fenómeno inverso de la combustión, la reducción, si se calienta la cal (las cenizas metálicas) con una sustancia rica en flogisto, tal como el carbón, ésta cede su flogisto a la cal y el metal se revivifica.

Cal + Carbón → Metal

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• Según Stahl, los objetos combustibles eran ricos en flogisto, y cuando ardían, este se perdía en el aire. Lo que quedaba luego de la combustión carecía de flogisto y no podía seguir ardiendo.

• Las sustancias más combustibles, como la madera y el papel, perdían gran parte de su peso al arder, lo que era de esperar, ya que el flogisto abandonaba la sustancia original. Sin embargo, cuando los metales se “calcinaban”, también perdían flogisto, pero el metal oxidado era más pesado que el original. ¿Podía, entonces haber dos tipos de flogisto, uno con peso positivo y otro con peso negativo?

• Joseph Black, (1728-1799), profesor de química e investigador inglés, – descubre el gas carbónico al que llamó «aire fijo» y el primer “aire artificial”

identificado por los químicos.– Sus estudios cuantitativos acerca de los carbonatos son modelo de lógica y

unidad y sirvieron para dar al mundo científico una idea clara de la naturaleza de la combinación química.

– En su experimento más conocido, Black calentó carbonato de calcio, que al descomponerse liberó un gas y produjo óxido de calcio. Aisló el gas, lo combinó con el óxido de calcio y pudo formar nuevamente carbonato de calcio. Black llamó al gas “aire fijo” porque había que combinarlo (“fijarlo”) para que formase parte de una sustancia sólida

• T. Olaf Bergmann (1734-1784), químico sueco– edifica las bases del análisis químico, reconoce el carácter ácido de una

disolución de gas carbónico y – tiene del aire una concepción exacta , una mezcla de tres fluidos, el ácido

aéreo (gas carbónico), el aire viciado (nitrógeno) y el aire puro (oxígeno).

• Karl Wilhelm Scheele (1742-1786), químico sueco,– Sus experimentos con el dióxido de manganeso le llevan al descubrimiento

del oxígeno (algo antes que Priestley, si bien lo publicó posteriormente) – y del cloro al que llamó «espíritu de sal desflogistizado»-; – estudió el primero diversos ácidos como el fluorhídrico, tartárico, oxálico,

cianhídrico y molíbdico, aisló el gas sulfhídrico y la arsenamina, e investigó la naturaleza de numerosos compuestos.

– El nombre de Scheele ha quedado unido al arsenito de cobre, que se conoce como verde de Scheele, y al mineral scheelita (wolframato cálcico).

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• Joseph Priestley (1733-1804), – Demostró que las plantas verdes convertían el aire respirado en aire

respirable, preparó y estudió numerosos gases (cloruro de hidrógeno, amoníaco, dióxido de azufre, óxidos nítrico y nitroso, peróxido de nitrógeno (NO2), fosfamina, etileno, etc ..), investigó el nitrógeno, y obtuvo el oxígeno, su mayor descubrimiento.

– La mayor parte de las experiencias químicas de Priestley están descriptas en su libro “Experimentos y observaciones acerca de diferentes tipos de aire”. De todos los experimentos relatados, el más importante es el descubrimiento del oxígeno, mediante el calentamiento del óxido de mercurio.

– Priestley concluyó que el nuevo aire contenía muy poco o nada de flogisto y que por ese motivo era capaz de extraer el flogisto presente en otras sustancias aun en aquellos casos en que su presencia fuera muy escasa. Por eso el aire recién descubierto fue denominado aire deflogistizado. El otro componente gaseoso del aire ordinario recibió el nombre de aire flogistizado.

– Priestley identificó otros diez gases, entre los cuales figuran el amoníaco, el cloruro de hidrógeno, el óxido nitroso y el dióxido de azufre.

– a pesar de que poseía evidencias de que el oxígeno era un gas en sí mismo, explicó su hallazgo dentro de los términos de la teoría del flogisto. Su tenaz adhesión a la teoría del flogisto le impidió progresar en la interpretación de sus valiosas investigaciones, y así designó el oxígeno como «aire desflogisticado».

• Henry Cavendish (1731-1810), – Al hacer actuar el ácido sulfúrico y el ácido clorhídrico sobre el

hierro, el cinc y el estaño descubrió, en 1766, el hidrógeno, gas ya entrevisto por Paracelso, al que llamó «aire inflamable».

– Al medir la densidad comprobó en cada caso que se trataba del mismo gas, y al quemarlo en el aire ordinario y en el oxígeno encontró, con sorpresa, que se formaba agua y que las proporciones en que se combinaban eran de dos volúmenes de aire inflamable por un volumen de aire desflogistizado.

– La síntesis del agua realizada en 1781 constituye una fecha señalada en la historia de la Química.

– En su análisis del aire halló un 20,8% de oxígeno, valor muy próximo al verdadero, y sospechó la existencia del argón.

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Antoine Lavoiser: el padre de la

química moderna

• Antoine Laurent Lavoiser (1743-1794) destruye la teoría del flogisto al establecer la verdadera naturaleza de la combustión,

• Desarrolla la idea de que en toda combustión lo que ocurre es una destrucción del aire “puro”, y el peso del cuerpo que ardió se aumenta exactamente en la misma cantidad del aire absorbido. Se opone así Lavoisier a la teoría del flogisto sobre la combustión. Denomina al aire puro, oxigeno

• En su obra “Tratado elemental de Química”, 1789, crea las bases de la química moderna. Este libro fija los fundamentos de la química como una disciplina científica, y los químicos suelen considerarlo como el equivalente a “Principia Matemática” de Newton

• Lavoisier expone en este libro el método cuantitativo para interpretar las reacciones químicas y propone el primer sistema de nomenclatura para los compuestos químicos, del que aún perduran, por ejemplo, la clasificación de los compuestos binarios del oxígeno.

• Además, proporcionaba detalladas descripciones de las técnicas utilizadas, incluido el equipamiento y el tipo de experimentos realizados.

• Por otro lado, estableció la definición más clara de lo que era un elemento químico, relegando definitivamente los cuatro elementos de los griegos. Se entiende por elemento toda aquella sustancia que no puede descomponerse en otras más sencillas.

• Presentó la primera tabla de los elementos que, aunque muy incompleta, se puede considerar como la base a partir de la cual surgió la tabla periódica moderna.

• El listado de las 33 sustancias simples presentando por Lavoisier tiene el siguiente encabezamiento: “Sobre la tabla de las sustancias simples o, al menos, de aquellas que el estado actual de nuestros conocimientos nos obliga a considerar como tales”, e incluye, entre otras, la luz y el calórico.

• Los nombres dados a las sustancias hasta entonces pretendían identificar cada sustancia según alguna de sus propiedades

• Los compuestos se clasificaban por familias según los elementos que los constituían, nombra en primer lugar la familia a la que pertenecían y en segundo lugar su rasgo específico (óxido de hierro). La proporción entre dos elementos que formaban más de un compuesto se indicaría cambiando la terminación del nombre específico. Las sales tomarían el nombre genérico del ácido y el específico de la base. La química adquiría así un lenguaje analítico, metódico y preciso, que permitía nombrar a cualquier nueva sustancia que se descubriese.

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• La revolución química producida por las ideas de Lavoisier condujo a una nueva nomenclatura, que hoy nos parece tan natural, en la que los nombres de los cuerpos dan idea de su constitución. Esta labor fue debida, junto a Lavoisier, a Guyton De Morveau, Berthollet y Fourcroy, que publicaron en 1787 su obra Método de nomenclatura química, en la que se introducen nombres que aún se utilizan.

• Los nombres antiguos desaparecen. El aceite de vitriolo pasa a ser el ácido sulfúrico; el espíritu de Venus, el ácido acético; el azafrán de Marte, el óxido férrico; la lana filosófica, el óxido de cinc; el vitriolo de Chipre, el sulfato cúprico; etc.

• En todas sus investigaciones utiliza sistemáticamente el principio de la conservación de la materia «nada se pierde, nada se crea»,

• La obra de Lavoisier, extensísima en el campo químico, invadió otras ciencias y, por sus estudios acerca de la respiración, puede también considerarse como el fundador de la Fisiología.

• Lavoisier es el primero que realiza con verdadero método científico sus investigaciones en las que su gran capacidad como experimentador es superada por la claridad de su pensamiento y por el rigor de las deducciones que saca de los hechos investigados.

Siglo XIX: de las reacciones químicas• El nacimiento de la teoría atómica (Dalton)

• Una vez que en el siglo XVIII fueran experimentalmente establecidas las leyes ponderales de las reacciones químicas, se exigía una teoría que explicara el comportamiento observado. Se reflexiona acerca de la estructura de la materia, y sobre cómo estos elementos reaccionan. Se rescata la idea de los atomistas griegos. Este pensamiento sobre la noción de átomo minúsculo e indivisible con el cual se forman los objetos toma cuerpo en el pensamiento de John Dalton (1766-1844).

• Dalton formuló su teoría atómica en 1803. Aunque propuso que los compuestos estaban formados por la combinación de átomos de elementos diferentes en proporciones definidas por números enteros pequeños, también sugiere que los átomos se diferencian entre sí en tamaño, forma y otras propiedades.

• Explicaba que todos los átomos del mismo elemento eran exactamente iguales, pero sus cualidades variaban de un elemento a otro.

• Dalton permitió la creación de la química como ciencia exacta y matemática.• Afirmaba, por ejemplo, que los átomos del elemento hidrógeno eran los más

livianos que existían, y que el peso de un átomo de hidrógeno era la dieciseisava parte del de un átomo del elemento oxígeno. Se le asignó al átomo de hidrógeno un peso de uno; el peso atómico del oxígeno resultaría dieciséis. Por análogo razonamiento Dalton genera la primera lista de pesos atómicos, que llamó Tabla de los pesos relativos de las partículas elementales.

• No obstante, sus suposiciones acerca de las fórmulas de los compuestos no fueron siempre correctas. Por ejemplo, supuso que la fórmula del agua era HO y ello hizo que algunas de las masas atómicas de su tabla fueran incorrectas.

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• La ley de las proporciones constantes o ley de las proporciones definidas es una de las leyes estequiométricas, según la cual cuando se combinan dos o más elementos para dar un determinado compuesto, siempre lo hacen en una relación constante de masas. ley de Proust.

• Ley de las proporciones multiples:Dos elementos se pueden combinar entre sí en más de una proporción para dar diferentes compuestos. Una cantidad fija determinada de un reactivo se combina con otras cantidades variables de otros elementos, de manera que las cantidades variables del segundo elemento guardan entre sí una relación de números enteros sencillos. La ley de Dalton o ley de las proporciones múltiples formulada en 1808 por John Dalton, es una de las leyes más básicas. Fue demostrada por el químico y físico francés Louis Joseph Gay-Lussac

• Ley de las proporciones reciprocas: Las masas de dos elementos diferentes que se combinan con una misma cantidad de un tercer elemento, guardan la misma relación que las masas de aquellos elementos cuando se combinan entre sí. Esta ley permite establecer el peso equivalente o peso-equivalente-gramo, que es la cantidad de un elemento o compuesto que reaccionará con una cantidad fija de una sustancia de referencia. ley de Richter-Wenzel

• Ley de la conservación de la masa. «En una reacción química ordinaria, la masa permanece constante, es decir, la masa consumida de los reactivos es igual a la masa obtenida de los productos» ley de Lavoisier

• Ley de los volúmenes de combinación: en cualquier reacción química los volúmenes de todas las sustancias gaseosas que intervienen en la misma están en una relación de números enteros sencillos. Ley de Gay-lussac

• Descubrimiento de nuevos elementos químicos

• A las puertas del siglo XIX eran conocidos 27 elementos químicos. Hacia 1830, se conocían cincuenta y cinco elementos, es decir, que se había duplicado en treinta años la cifra de elementos descubiertos.

• Había que aclarar la forma en que se enlazan los átomos en la estructura particular de la sustancia y edificar un sistema de símbolos y notaciones que permitiera una comunicación universal. ¿Qué sistema de símbolos adoptar para representar las fórmulas de las sustancias elementales y compuestas como reflejo simplificado de la estructura de las sustancias?

• El sistema jeroglífico de representación de los elementos químicos heredado de la alquimia fue sustituido por un sistema más racional de notación simplificada que se asocia a la representación de una o dos letras iniciales (con frecuencia derivadas de los nombres en latín, plata = argentum, Ag). Este sistema de notación fue propuesto por el químico sueco Jöns J. Berzelius (1779-1848).

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• Jöns J. Berzelius (1779-1848).

• Su papel fue fundamental en la elaboración de la química moderna; le corresponde el mérito de haber ampliado y enriquecido la química en todas sus ramas más importantes. Presentó una primera tabla de equivalentes, introdujo los conceptos de isomería, polimería y alotropía, estudió la catálisis, enunció las leyes de la electroquímica y aisló numerosos cuerpos simples.

• Se fijó como tarea fundamental la investigación de las proporciones químicas y de las leyes que las regulan. Determinó con gran precisión el peso atómico de numerosos elementos.

• Berzelius desarrolló su teoría electroquímica. Para Berzelius la propiedad fundamental de las partículas más diminutas es su polaridad eléctrica.

• Otra de sus valiosas aportaciones es la creación de la formulación química. Como símbolo de una sustancia simple o elemento se emplea la inicial de su nombre griego o latino, seguido en algunas ocasiones de una segunda letra en minúscula. Así, el símbolo H significa hidrógeno (hidrogenium), S (sulfur) azufre, O (oxygenium) oxígeno, N (nitrogenium) nitrógeno, C (carboneum) carbono, Fe (ferrum) hierro, etc.

• Estos símbolos no sólo expresan la naturaleza del elemento, sino también su peso atómico, es decir, que son también símbolos numéricos.

• Berzelius fue también el primer químico que concibió desde un punto de vista atomístico las combinaciones orgánicas y que manifestó su convencimiento de que la ley de las proporciones múltiples es válida también en la química orgánica. Aceptó ya la existencia de complejos de átomos en los compuestos orgánicos, los llamados “radicales”, que pueden intercambiarse con otros (radicales equivalentes), igual que si se tratase de átomos individuales.

• En el primer congreso científico internacional de química, el químico italiano Cannizzaro, expuso las ideas de otro científico italiano, Amadeo Avogadro (1776-

1856), y logró aclarar la diferencia entre un átomo y una molécula (que es un conjunto de átomos). Con ello, poco a poco, los pesos atómicos quedaron bien definidos y las fórmulas químicas se hicieron unívocas.

• Es en esta reunión donde se aprueba la propuesta de Cannizzaro que sugiere que se adopten conceptos diferentes para molécula y átomo, considerándose molécula la cantidad más pequeña de sustancia que entra en reacción conservando sus características físicas, y entendiéndose por átomo la más pequeña cantidad de un cuerpo que entra en la molécula de sus compuestos.

• Avogadro publicó una memoria sobre los cuerpos aislantes, donde admitió que en dichos cuerpos se generan alternadamente estados moleculares negativos y positivos que acaban volviéndolos neutros en su conjunto. Dedujo, además, que todos los fenómenos eléctricos pueden resumirse en fenómenos químicos.

• Algunos años más tarde se interesó por el concepto de acidez de las sustancias y describió los hidrácidos como ácidos sin oxígeno.

• Estableció la primera tabla de potenciales electroquímicos de los elementos, distribuyendo los ya conocidos en una sucesión en cuyos extremos se encontraban respectivamente los elementos más electronegativos y los más electropositivos.

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• Cuando en 1808 Gay-Lussac (1778-1850) enunció las leyes de combinación de los elementos en estado gaseoso (Proust había publicado la ley de las proporciones definidas en 1801), Avogadro relacionó estas con la hipótesis atómica de John Dalton y consiguió formular su hipótesis, en la que los gases no estaban constituidos por un solo orden de partículas, sino por dos.

• Así pues, resultaba que todos los gases estaban constituidos por moléculas, las que a su vez estaban constituidas por una, dos o más moléculas elementales, o sea los átomos. Afirmó además que volúmenes iguales de gases diferentes, sometidos a idénticas condiciones de presión y temperatura, contienen el mismo número de moléculas.

• De las consideraciones de Avogadro se desprende la definición de molécula: Se entiende por molécula el más pequeño agregado de átomos, iguales o diferentes, capaces de existir independientemente y poseer todas las propiedades químicas y físicas de la sustancia que se encuentra constituida por un conjunto de moléculas.

• Avogadro, cuya obra constituyó una contribución sumamente importante a los estudios de electroquímica, como también a los problemas estrictamente físicos (capilaridad, viscosidad, tensión de vapor), estudió el estado sólido y el líquido, las soluciones de sólidos en líquidos y de sólidos en sólidos, además de la particular constitución molecular del carbono, y las relaciones existentes entre las propiedades físicas y químicas de los gases. Se interesó en los compuestos del silicio y del boro, y determinó con exactitud las primeras fórmulas químicas de los metales alcalinos y alcalinoterreos

• Dimitri Mendeleyev (1834–1907). Ordenó los elementos de acuerdo a su peso atómico y pronto se dio cuenta de una periodicidad notable: la valencia del átomo, capacidad fija de cada elemento para combinarse con otros subía y bajaba periódicamente. Si se colocaban los elementos en filas y columnas, siempre con átomos de igual valencia en la misma columna, se generaba una tabla periódica de los elementos. Las propiedades químicas de elementos en la misma columna resultaban muy semejantes entre sí.

• En 1869, Mendeleyev defendió la tesis de que una variación regular en las propiedades de los elementos químicos se podía observar si estos se ordenaban en un orden creciente de los pesos atómicos. La construcción de la tabla periódica de Mendeleyev no sólo dio lugar a la clasificación de los elementos químicos en familias o grupos sino que posibilitó la predicción de la existencia de elementos químicos aún no descubiertos y de las propiedades que estos debían exhibir. La sorprendente correspondencia entre estas predicciones y los descubrimientos de nuevos elementos que se producirían en los años subsiguientes demostró la validez de la ley periódica y constituyó un estímulo para la realización de estudios de nuevas correlaciones en la tabla propuesta.

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• Termodinámica Química, Electroquímica y Cinética Química

• La invención de la pila de Volta en 1799, abre una etapa de obtención de nuevos elementos a través del proceso opuesto: la electrodescomposición de sustancias compuestas. Pioneros en el estudio de la electrólisis de las sustancias químicas son W. Nicholson (1753–1815), que estudia la descomposición electroquímica del agua acidulada, y Humphry Davy (1788–1829), que obtiene por primera vez metales tan activos como el potasio y el sodio por procedimientos electrolíticos. Su discípulo M. Faraday(1791–1867) deduce en 1832, apoyado en resultados experimentales, las leyes cuantitativas de la electrólisis de las disoluciones acuosas.

• Otros desarrollos para la producción de energía eléctrica a partir del fenómeno químico se concretan en 1836 con la pila de Daniell y hacia mediados de la centuria con el invento del acumulador eléctrico y luego de la pila seca.

• Los primeros elementos de una teoría que explicara los fenómenos electrolíticos van a ser desarrollados por el químico sueco SvanteAugust Arrhenius (1859–1927) en 1884: la electroquímica.

• El nacimiento de la termoquímica (estudio de las relaciones entre el acto químico y el calor involucrado) está marcado por los trabajos de G.H. Hess (1802–1850), que demuestran que el calor implicado en una transformación química sólo depende del estado inicial y final del sistema y no de las etapas del proceso. Constituye la ley de Hess, publicada en 1840, expresión del principio más universal de transformación y conservación de la energía.

• En 1876 corresponde a Josiah Gibbs (1839–1910) el mérito de relacionar en un cuerpo teórico coherente las tres magnitudes que caracterizan en términos termodinámicos un proceso químico: la variación de energía libre, la variación de entalpía y la variación de entropía. A partir de entonces, la termodinámica se convierte en una disciplina con capacidad predictiva para evaluar la tendencia de una reacción a verificarse en una dirección dada. En otras palabras, la reversibilidad del fenómeno químico a partir de entonces comienza a tratarse en términos cuantitativos.

• Comprender los factores que inciden sobre la rapidez a la que se verifica una transformación química presupone la capacidad de gobernarla.

• El primer peldaño en la edificación de la teoría de la cinética química fue puesto por el propio Arrhenius, quien en 1889 estudia la correlación existente entre la rapidez con que se efectúa una reacción química y la temperatura. Los resultados experimentales le permiten deducir una nueva magnitud, la energía de activación. Este concepto conduce a la elaboración de la teoría de las colisiones efectivas como forma de interpretación de las reacciones químicas a partir de las nociones de la teoría atómico-molecular de la constitución de las sustancias.

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Desarrollo de la química orgánica• Descubrimiento de los isómeros estructurales, sustancias que respondiendo a la misma

composición difieren en sus propiedades, y de los isómeros ópticos, sustancias que sólo se distinguen en el sentido en que hacen girar el plano de polarización de la luz polarizada, por L. Pasteur (1822–1895).

• Friedich August Kekulé, (1829-1896). Se le reconoce el establecimiento de las bases de la moderna teoría estructural de la química orgánica.

• En 1858, Kekulé demostró que el carbono es tetravalente y que sus átomos pueden unirse entre sí formando largas cadenas, lo que facilitó la comprensión de los compuestos orgánicos. Mención destacada merece también su descubrimiento de la estructura cíclica o anular de los compuestos aromáticos, como el benceno, de gran importancia en el posterior desarrollo de la síntesis de los colorantes

• El problema de la explicación estructural de los isómeros ópticos debió esperar por la comprensión de la orientación espacial de los átomos en la estructura de las moléculas, y un primer paso en esta dirección fue dado por el químico holandés Jacobus Henricus van’t Hoff(1852–1911) al proponer la orientación tetraédrica de las valencias en el átomo de carbono, que da nacimiento a la estereoquímica como rama que se ocupa de definir la geometría molecular de las sustancias.

• Berzelius, ante la complejidad observada por las sustancias orgánicas, desarrolla la teoría del vitalismo, según la cual los tejidos vivos debían disponer de una fuerza vital para la producción de las sustancias orgánicas.

• Pero ya en 1828 el pedagogo y químico alemán Friedrich Wöhler (1800–1882), sin proponérselo, descubre que el calentamiento de una sal (cianato amónico) producía la urea , con lo cual el vitalismo recibe su primer golpe. No fue casual su aportación menos reconocida pero que aún hoy se aplica, al desarrollar el método de producir el acetileno a partir del carburo de calcio.

• Debieron pasar varias décadas para que, primero A. W. Kolbe (1818–1884), discípulo de Wöhler, y luego Pierre E. M. Berthelot (1827–1907), lograran la síntesis de moléculas orgánicas simples (como el metanol, etanol y otras) a partir de las propias sustancias elementales de naturaleza inorgánica que los constituyen.

• Un golpe de muerte definitivo recibiría el vitalismo cuando el propio Berthelot, aprovechando los resultados del estudio de la hidrólisis de las grasas, se propuso la síntesis de una grasa a partir de un solo tipo de ácido carboxílico y la glicerina obteniendo una grasa “sintética” con propiedades similares a la grasa natural estearina.

• William H. Perkin (1838–1907), obtendría la primera patente por la fabricación de un colorante sintético. El colorante fue el resultado del tratamiento de la anilina con un oxidante enérgico (la anilina había sido aislada por Hofmann en el alquitrán de hulla).

• John Hyatt, con sólo 18 años y sin ninguna preparación en química, logra en 1865 producir, mediante el tratamiento con calor y presión de una mezcla de nitrocelulosa (sustancia explosiva), alcanfor y alcohol, el celuloide.

• Conjuntamente con el interés despertado por la síntesis de los colorantes, los científicos y las nacientes empresas químicas, comenzaron a manifestar un gran interés por la síntesis de sustancias con acción fisiológica y propiedades curativas.

• Kolbe, en 1886, había obtenido la sal sódica del ácido salicílico que resultó ser un calmante efectivo, pero cuya ingestión traía serias secuelas digestivas. Los químicos de la empresa química de Bayer encontraron el medio de producir en 1899 el ácido acetilsalicílico, la famosa aspirina.

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• Los explosivos

• El sueco Enmanuel Nobel desarrollo un compuesto de propiedades asombrosas: la nitroglicerina. Correspondió a Emanuel Nobel inaugurar la producción de una nueva generación de explosivos nitrados orgánicos.

• En el año 1863 patentó una mezcla de nitroglicerina y pólvora negra muy superior en potencia a cualquiera de las modificaciones europeas de la pólvora china. Sin embargo, el aceite explosivo, como lo nombró su inventor, adolecía de un punto débil para su aplicación. Un golpe involuntario podía provocar una explosión inesperada.

• Tres años después, cuando -mediando un casual derrame del aceite explosivo sobre la arcilla- fabricó un explosivo sólido constituido por una mezcla de nitroglicerina, arcilla y sosa calcinada, nacía la dinamita. Esta no sólo superaba al aceite explosivo en potencia sino también en la obediencia a explotar sólo ante un golpe que generase una temperatura no inferior a los 180 oC.

• El siglo cierra con lo que fuera una de sus iniciales tendencias, los descubrimientos de nuevos elementos químicos. Pero esta vez, sir William Ramsay (1852-1916), premio Nobel en 1904, debió enfrentarse al difícil problema de aislar de la atmósfera aquellos gases caracterizados por su extraordinaria inercia química comenzando por el que está en mayor abundancia relativa, el argón (del griego argos, noble). Trabajando en el otro extremo de la cuerda, el químico francés Henri Moissan (1852-1907), premio Nobel de Química en 1906, consigue aislar el elemento más electronegativo y por tanto de reactividad extraordinaria, el flúor. En el laboratorio de los Curie a finales de la última década se descubren tres radioelementos: el polonio, el radio y el actinio.

Siglo XX : el siglo de la ciencia y la tecnología• Influencia de la realidad socioeconómico-cultural en el desarrollo de la química

• El siglo XX dos guerras mundiales, impulsan el desarrollo del conocimiento científicoliderazgo alemán hasta la Segunda Guerra Mundial, que se correlaciona con la nacionalidad de los científicos galardonados con el premio Nobel. Hasta 1939, un cuarenta por ciento de premiados en Química fueron alemanes. La concentración de los polos científicos se invierte en el período posterior a la guerra, y el liderazgo pasa a los Estados Unidos.

• En este siglo se desarrolla un movimiento entre los investigadores tendente a preservar los descubrimientos científicos de mayor trascendencia como patrimonio de toda la humanidad.

• En el siglo XX los científicos se organizan en instituciones que concentran sus esfuerzos; son ejemplos de estas el laboratorio Cavendish en Cambridge, el Instituto Max Planck en Berlín, la Universidad de Harvard en los Estados Unidos, el Laboratorio Nacional de los Álamos en Nuevo México, creado con el objetivo de llevar a cabo el Proyecto Manhattan para la fabricación de la bomba atómica.

• El 9 de agosto de 1945 ocurre el desastre nuclear en Hiroshima, escena que se repetiría días después en Nagasaki. La comunidad científica reaccionó contra el desarrollo del armamento nuclear y bregó por el uso pacífico de la energía nuclear.

• El siglo XX ha sido un siglo de un espectacular avance de la ciencia y la tecnología. Se inauguran la era atómica, y la de los materiales sintéticos, los tiempos de la conquista del espacio, la robótica y la informática.

• La química del siglo XX, la conquista de productos sintéticos.La producción de alimentos para una población mundial creciente. La síntesis del amoníaco, precursor de los fertilizantes nitrogenados, posibilitó el desarrollo de una revolución agrícola , insecticidas que combatieran las plagas.

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• La química de los compuestos naturales: la relación estructura-actividad

• relación entre la estructura molecular de productos orgánicos y la función biológica. vitaminas, hormonas, proteínas, ácidos nucleicos y otros compuestos asociados a la vida.

• El primer descubrimiento en el campo de las hormonas fue el de la adrenalina por el químico estadounidense de origen japonés Jokichi Takamine (1854-1922), que logra aislarla y cristalizarla en forma pura a partir de extractos de las secreciones de la médula de las glándulas suprarrenales.

• Los trabajos de Adolf Windaus (1876-1959) sobre los esteroides y su profunda relación con las vitaminas abrieron el campo de las hormonas sexuales.

• La química británica Dorothy Crowfoot Hodgkin (1910–1994) empleó durante largos años el análisis de rayos X para la determinación de las configuraciones moleculares de la penicilina, la vitamina B-12, la insulina y otras importantes proteínas.

• Francis Crick (1916- 2004) y JamesWatson (1928-) describieron el primer modelo de doble estructura helicoidal para los ácidos nucleicos, y por esta contribución compartieron el premio Nobel en Fisiología y Medicina en 1962.

• John H. Northrop (1891–1987), premio Nobel en 1946, por su contribución al aislamiento y determinación estructural de las importantes enzimas digestivas proteolíticas, tripsina y pepsina. William H. Stein (1911–1980) y Stanford Moore (1913-1982), representan una contribución decisiva a la comprensión de la relación entre actividad catalítica y estructura de los sitios activos de la ribonucleasa; así como los estudios de nuevas rutas en la síntesis de péptidos y proteínas en una matriz sólida conducidos por Robert B. Merrifield (1921-).

• Robert B.Woodward (1917–1979), premio Nobel en 1965, cuyo equipo en la década del 40 consigue la obtención de la quinina; luego en los años cincuenta reporta la síntesis de esteroides como el colesterol y la cortisona; en la siguiente década demuestra la vía que conduce a la obtención de la clorofila, y ya a inicios de los setenta corona con el éxito la síntesis de la vitamina B-12.

• Otro gigante en el campo de la síntesis de complejas sustancias bioactivas, que desarrolló su actividad en Harvard como colaborador de Woodward, fue Elías B. Corey (1928-), premio Nobel de Química en 1990. Corey diseñó, en la década de los sesenta, un nuevo método conocido como retrosíntesis, a partir del cual obtuvo más de 100 productos naturales.

• Progresos en el diseño y producción de fármacos

• En 1929, Alexander Fleming (1901–1955) descubrió un hongo de la especie Penicillium que inhibía el crecimiento de determinadas bacterias; sin embargo. Se dio entonces el nombre de penicilina a la mezcla de compuestos naturales que presentando un núcleo estructural común se diferencian por la naturaleza específica de un grupo lateral.

• La investigación condujo pronto a nuevos antibióticos con probada eficacia contra la acción patógena de determinadas bacterias. Así, en 1944 Selman A.Waksman(1888–1957), aisló la estreptomicina; en los años siguientes aparecieron nuevas variedades a partir de cultivos de otros microorganismos, entre los cuales se conocieron las tetraciclinas y el clorafenicol.

• La época del desarrollo de programas de ensayos farmacológicos sistemáticos con productos sintéticos fue inaugurada por el químico alemán Paul Erlich (1845–1915), uno de los pioneros de la quimioterapia contemporánea. Teniendo como base el éxito de Erlich con el azul de metileno, G. Domagk (1895–1964), premio Nobel de Medicina en 1938, desarrolla un amplio programa de evaluación de colorantes azoicos con acción antibiótica; el estudio de compuestos portadores del grupo -SO2N- condujo a espectaculares aperturas en otros sectores de los fármacos, tales como diuréticos, hipoglucemiantes, leprostáticos y antituberculosos.

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• El desarrollo de nuevos materiales: la era del plástico

• La inauguración de una nueva época en la producción de materiales sintéticos correspondió al químico belga-estadounidense L.H. Baekeland (1863–1944), al obtener en 1907 resinas termoestables por la condensación del fenol y el formaldehído, las baquelitas.

• Sus sorprendentes propiedades, elevada dureza, inercia frente a los más enérgicos disolventes, termoestabilidad, baja conductividad eléctrica y térmica y capacidad de moldearse al ser calentadas dan la posibilidad de fabricar con baquelitas desde conmutadores eléctricos hasta discos fonográficos.

• Al filo de la década del treinta ya se disponía de la materia prima suministrada por la industria del petróleo, y del bagaje teórico suficiente para que el químico J.A. Nieuwland (1878–1936) investigara con éxito la producción del caucho sintético, al que denominó neopreno. El neopreno superaría al caucho natural, por sus propiedades elastómeras.

• La aplicación de la termodinámica y la cinética química al estudio sistemático de estos materiales fue tarea abordada por diferentes grupos de investigación, entre los cuales se destacó el dirigido por el químico alemán H. Staudinger (1881-1965). Estos trabajos resultaron premisas fundamentales para el salto a la síntesis de los nuevos polímeros.

• Carothers demostró la posibilidad de producir controladamente fibras artificiales que con el tiempo competirían por sus propiedades con las fibras extraídas de fuentes naturales. Fueron sintetizados en el laboratorio las poliamidas (nylon) y los poliésteres (dacrón, terylene, etc.).

• Frente a la vía de policondensación se desarrollaban nuevas técnicas de polimerización por la vía de poliadición de los monómeros vinílicos. Estos monómeros podían ser producidos masivamente por la industria petroquímica, y su reactividad se vería condicionada por la presencia de dobles enlaces que mediante la acción de iniciadores radicálicos daban lugar a estructuras poliméricas con una cadena principal básicamente apolar.

• Del trabajo de equipo dirigido por P.J. Flory (1910–1985), premio Nobel en 1974, quedaron definidas en lo fundamental las rutas sintéticas que posibilitaron la producción de los polímeros vinílicos tales como el polivinilcloruro, los poliacrilatos, poliacetatos, el teflón y otros.

• Un nuevo período en el campo de las síntesis de polímeros se abre con las investigaciones realizadas paralelamente por el químico alemán K. Ziegler (1898-1973) y el italiano G. Natta (1903-1979). En 1954 inician la aplicación de nuevos sistemas catalíticos órgano–metálicos para la producción de polímeros vinílicos con un alto ordenamiento de los grupos laterales a su espina dorsal (cadena principal). Esta elevada estereoespecificidadlograda en las etapas de síntesis había sido una conquista privativa de la fisiología de los seres vivos.

• La química del medioambiente

• En la década de los setenta, científicos de la Universidad de California determinaron que los clorofluorcarbonos empleados en todo tipo de spray y como refrigerantes tienen potencial para destruir la capa de ozono.

• La importancia concedida a estos problemas por la comunidad científica se expresa en el premio Nobel concedido de forma compartida a Sherwood, Molina y al químico holandés Paul Crutzen (1933-) en 1995.

• A este problema se suma el peligroso deterioro causado por las lluvias ácidas que afectan diversas regiones. El origen de las lluvias ácidas está directamente relacionado con la actividad industrial.

• La pila atómica de Fermi (1942) es precursora de los reactores termonucleares para generar energía eléctrica. Una nueva fuente energética plantearía nuevos desafíos.

• En 1951, bajo la supervisión de la Comisión de Energía Atómica de los Estados Unidos se iniciaron las pruebas del funcionamiento de un reactor nuclear experimental instalado en una central eléctrica construida por los Laboratorios Nacionales Argonne, en Idaho

• Pronto empezaron a funcionar centrales nucleares en todo el mundo. Pero las predicciones de un futuro impulsado por energía atómica resultaron poco realistas. Las centrales nucleares, caras de construir y de mantener, también resultan peligrosas por los residuos radiactivos y la posibilidad de accidentes catastróficos.

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• Teoría del enlace químico: evolución en el siglo XX

• El descubrimiento de la estructura electrónica de los átomos, la descripción del modelo nuclear y de los estados estacionarios de los electrones en la envoltura atómica, y la formulación de una nueva ley periódica para las propiedades de los elementos químicos basada en la carga nuclear de los átomos constituyeron premisas para penetrar en la naturaleza del enlace químico.

• En 1916 se publican los trabajos del físico alemán W. Kossel y del químico físico de la Universidad de California G. N. Lewis, que presentaron una notable resonancia en el tratamiento posterior de este problema.

• Kossel, desde la Universidad de Munich, fue el primero en postular la posible transferencia electrónica desde un átomo electropositivo hacia otro electronegativo como mecanismo de formación del llamado enlace iónico.

• La idea de la posible existencia de dos tipos de compuestos con enlaces polares y apolares expuesta inicialmente por Lewis en 1916, el enlace es el resultado de compartir un par de electrones por parte de los átomos unidos

• Una visión más profunda del enlace quimico llegó a partir de 1927 cuando se introducen en el pensamiento químico las ideas de la mecánica cuántica. En 1927, un año después de la publicación del artículo de Schrödinger que propone la ecuación de onda que lleva su nombre, W. Heitler y F. London desarrollaron el cálculo mecánico cuántico de la molécula de hidrógeno, que dio una explicación cuantitativa del enlace químico.

• Algunos de los conceptos que emergen con un contenido cualitativamente distinto son los de orbital atómico y orbital molecular que ahora designan regiones que con determinada probabilidad se encuentra la nube de electrones.

• J. Slater y L. Pauling. Desarrollaron por el método de enlaces de valencia o de pares electrónicos

• El enlace como el espacio comprendido por las funciones de ondas de los electrones en juego. La orientación espacial que adoptan estos enlaces y que determinan la forma geométrica de la molécula, obedece a la máxima posibilidad de sobreposición de las funciones de ondas que participan en la formación del enlace.

• A pesar de la aceptación de la teoría de los enlaces de valencia, sus presupuestos fueron incapaces de dar explicación a determinados hechos experimentales como el paramagnetismo mostrado por el oxígeno. El método de orbitales moleculares elaborado en sus fundamentos por R. Millikan pudo justificar esos hechos experimentales.