¿Cómo funciona un espectrómetro?

El modo de funcionamiento de un espectrómetro es relativamente sencillo de entender y es, con total seguridad, uno de los instrumentos científicos más importantes. Su desarrollo ha desempeñado un papel decisivo en el avance global de la ciencia. La configuración de los espectrómetros actuales difiere muy poco de aquellos de principios del siglo XIX y este instrumento sigue siendo indispensable para la formación y la investigación diaria.

El rayo de luz entrante o incidente colima y se convierte en un rayo paralelo. Esto se debe a que o bien el rayo es conducido a través de una pequeña ranura o bien a que se ha hecho uso de una lente colimadora. De esta manera, se genera la diferencia de las longitudes de onda de la radiación a analizar desviando la dirección mediante refracción en un prisma o a través de la difracción en una rejilla. Efectuando una medición cuidadosa de la posición del elemento óptico receptor, se pueden analizar con exactitud las longitudes de onda. Así pues, el conocimiento acumulado durante dos siglos sobre los espectros sirve para identificar materiales.

Los elementos tienen espectros únicos que se pueden considerar como sus huellas dactilares. Generan en el elemento óptico de captación bandas de un color específico. Probablemente el elemento más conocido es el sodio, el cual genera de manera inconfundible líneas espectrales gemelas muy próximas entre sí con una longitud de onda de 589 nanómetros. Estas líneas están separadas por tan solo 0,6 nanómetros y la representación de su dispersión como líneas gemelas (en vez de una sola línea) es un método muy antiguo para comprobar la calidad óptica de un espectrómetro sencillo.

ANTOINE LAURENT LAVOISIER (1743-1794)

Químico francés y padre de la química moderna, Antoine-Laurent Lavoisier fue un experimentador brillante y genio de muchas facetas, activo tanto en ciencia como en asuntos públicos. Desarrollo una nueva teoría de la combustión que llevó a terminar con la doctrina del flogisto, que había dominado el curso de la química por más de un siglo. Sus estudios fundamentales sobre oxidación demostraron el papel del oxígeno en los procesos químicos y mostraron cuantitativamente la similitud entre oxidación y respiración. Formuló el principio de la conservación de la masa en las reacciones químicas. Clarificó la distinción entre elementos y compuestos y fue clave en el diseño de un sistema moderno de nomenclatura química. Lavoisier fue uno delos primeros científicos en introducir procedimientos cuantitativos en las investigaciones químicas.

1743 Lavoisier nace en París. Su padre, abogado y consejero parlamentario le da una excelente educación en el Collège Mazarin, donde recibe formación clásica y en ciencias.

1764 Recibe su licencia para ejercer el derecho. Su inquieta mente, sin embargo, lo inclina a la ciencia.

1765 Recibe la medalla de Oro de la Academia de Ciencias por un ensayo sobre la mejor manera de iluminar una ciudad. Entre sus primeros trabajos se encuentran artículos sobre la Aurora Borealis, y la composición del yeso. Ayudó al geólogo J.-E. Guettard en preparar su atlas minaralógico de Francia.

1768 Es admitido a la Academia Francesa como químico adjunto por un artículo sobre análisis de muestras de agua. Pasó por todos los grados de la estructura académica y llegó a director en 1785 y tesorero en 1791.

Es nombrado asistente en uno de los departamentos cobradores de impuestos del gobierno y luego miembro titular en pleno de la Ferme Générale, la principal agencia recolectora de impuestos.

1770 Se hace famoso al refutar la creencia de que el agua se convierte en tierra por repetida destilación. Al pesar cuidadosamente el residuo sólido y el aparato de destilación demostró que la materia sólida proviene del recipiente y no del agua.

1771 Se casó con Marie Paulze, quien le asistiría en su trabajo con las ilustraciones de sus experimentos, REGISTRO de los resultados y traducciones de artículos científicos del Inglés.

1772 Su padre le compró un título de nobleza según práctica de la burguesía rica. En noviembre DEPOSITÓ una nota sellada en la Academia de Ciencias afirmando que el azufre y el fósforo aumentan de peso cuando se queman porque absorven "aire".

1773 Publica su primer libro, Opuscules physiques et chimiques, (Opúsculos físicos y químicos donde presenta resultados de sus lecturas y sus experimentos. Ese año, Joseph Priestley preparó "aire desflogisticado" (oxigeno) al calentar el "precipitado rojo de mercurio" (óxido de mercurio, cinabrio). Lavoisier confirmó este trabajo y al percibir

que en la combustión y calcinación de metales solo se usa una porción del aire, concluyó que el agente activo era el nuevo "aire" de Priestley que se absorbía al quemar y quedaba el "aire no vital" (nitrógeno). Mostró que al combinar este "aire" con carbón produce "aire fijo" (dióxido de carbono) obtenido por Joseph Black en 1754.

1775 Es nombrado como régisseur des poudres (director de administración de la pólvora). Con su acostumbrada energía, se dedicó a mejorar la caótica industria de la pólvora. Esto le dio la oportunidad de moverse al Arsenal de París donde montó un soberbio laboratorio.

1777 En una memoria presentada a la Academia, leída en 1779 pero no publicada hasta 1781 Lavoisier le dio al "aire desflogisticado" el nombre de oxígeno o "productor de ácido". Explicó la combustión como el resultado no de la liberación de un principio hipotético de fuego, el flogisto, sino el resultado de la combinación de la sustancia que quema y el oxígeno.

1783 Anunció a la Academia que el agua es el producto de la combinación de hidrógeno (el "aire inflamable" que el químico inglés Henry Cavendish ya había empleado.

1785 Es nombrado miembro del comité gubernamental sobre agricultura y como su secretario escribió reportes e instrucciones sobre cultivo y varios esquemas agrícolas.

1786 Publica un brillante ataque a la teoría del flogisto.

1787 Con un grupo de químicos franceses, publica el Méthode de nomenclature chimique, (Método de nomenclatura química) que clasificó y renombró los elementos y compuestos conocidos.

Como terrateniente en la provincia de Orleans, Lavoisier fue escogido miembro de la asamblea provincial.

1788 Con otros, establece los Annales de chimie, (Reportes de química) una revista dedicada a la nueva química.

1789 Publica su Traité élémentaire de chimie, (Tratado elemental de química) provee una exposición precisa de su trabajo e introduce su nuevo enfoque de la química. Definió como elementos aquellas sustancias que no pueden descomponerse. Estableció claramente su ley de conservación de la masa en las reacciones químicas. Nada, dijo, se crea o se destruye, solo hay alteraciones y modificaciones y hay una cantidad igual -una ecuación- de masa antes y después de la operación.

Como reformador y político liberar, Lavoisier participó de la Revolución Francesa. Cuando se reunieron los Estados Generales, fue diputado alterno y elaboró un código de instrucciones para guía de los diputados.

1790 Nombrado secretario y tesorero de la comisión para asegurar la uniformidad de pesos y medidas en toda Francia, trabajo que condujo al establecimiento del sistema métrico.

1791 Se abolió la Ferme Générale y Lavoisier perdió su posición con administrador de la pólvora y debió abandonar el Arsenal. Jean Paul Marat lo acusó.

1793 Comenzó el Reinado del Terror. Se suprimió la Academia de Ciencias. Se ordenó el arresto de los antiguos miembros de la Ferme Générale.

1794 Después de un juicio que duró menos de un día, un tribunal revolucionario condenó a Lavoisier y a 27 otros a muerte. Esa tarde, él y sus compañeros, incluido su suegro, fueron guillotinados en la Place de la Révolution, (hoy Plaza de la Concordia). Su cuerpo fue arrojado a una fosa común.

Amedeo Avogadro

(Amedeo o Amadeo Avogadro di Quaregna; Turín, 1776-id., 1856) Químico y físico italiano. Fue catedrático de física en la Universidad de Turín durante dos períodos (1820-1822 y 1834-1850). En un trabajo titulado Ensayo sobre un modo de determinar las masas relativas de las moléculas elementales, estableció la famosa hipótesis de que volúmenes de gases iguales, a las mismas condiciones de temperatura y presión, contienen igual número de moléculas. Determinó que los gases simples como el hidrógeno y el oxígeno son diatómicos (H2, O2) y asignó la fórmula (H2O) para el agua. Las leyes de Avogadro resolvieron el conflicto entre la teoría atómica de Dalton y las experiencias de Gay-Lussac. El número de partículas en un «mol» de sustancia fue denominado constante o número de Avogadro en su honor.

Orientado por su familia a los estudios jurídicos, y después de haber practicado la abogacía durante algunos años, en 1800 se sintió atraído definitivamente por los estudios científicos y en 1809 llegó a ser profesor de física en el colegio real de Vercelli; años después, en 1820, fue nombrado docente de física matemática (o física sublime, como se decía entonces) en la Universidad de Turín.

Fue precisamente en los años transcurridos entre el primer y el segundo nombramiento, cuando publicó su más famosa memoria: el Ensayo sobre un modo de determinar las masas relativas de las moléculas elementales, en el que se enuncia por vez primera el conocido principio de química general que lleva su nombre. Es de advertir, sin embargo, que sólo medio siglo más tarde (especialmente por obra de Cannizzaro) se reconoció la gran importancia del principio citado.

La cátedra de física matemática (o "sublime") y otras más fueron suprimidas después de las revueltas de 1821, y Avogadro conservó solamente el título de profesor emérito y una mezquina pensión. En 1832, restablecida la cátedra, fue asignada a Cauchy, quien la desempeñó durante dos años, y luego se dio nuevamente a Avogadro. En este segundo período de enseñanza, que duró hasta 1850, el ilustre químico piamontés preparó también un grueso tratado en cuatro volúmenes, Física de los cuerpos ponderables o Tratado de la constitución general de los cuerpos, que prefigura genialmente hipótesis, teorías y leyes atribuidas a autores posteriores. Otras obras seleccionadas de Avogadro fueron editadas en 1911 por la Academia de Ciencias de Turín.

Publicado en 1811 en París, en el Journal de Physique, el Ensayo sobre un modo de determinar las masas relativas de las moléculas elementales puede considerarse como la pieza clave de las teorías sobre la constitución de la materia. La hipótesis atómica de John Dalton, según la cual toda sustancia está formada por átomos, había resultado insuficiente para interpretar las observaciones experimentales de Gay-Lussac sobre las combinaciones entre cuerpos en estado gaseoso. Las consecuencias de esta insuficiencia fueron graves. Precisaba renunciar a la hipótesis atómica o bien admitir que los átomos, en ciertos casos, podían "despedazarse" (es decir, renunciar al concepto de átomo), o admitir como erróneos todos los datos experimentales.

Avogadro encontró la forma de conciliar los resultados experimentales de Gay-Lussac con la teoría atómica de Dalton: propuso que las partículas de los gases elementales no estaban formadas por átomos simples, sino por agregados de átomos a los que llamó moléculas, palabra que procede del latín “moles” y que significa "masa". "Moléculas elementales" en el caso de cuerpos simples, formadas de átomos de la misma especie; "moléculas integrantes" en los casos de cuerpos compuestos, formadas de átomos de especie diversa. Así, pues, los gases están formados por moléculas (concepto que aparece por primera vez con el principio de Avogadro) y éstas se escinden en átomos cuando dos gases reaccionan entre sí. De este modo era inmediato explicar la ley de Gay-Lussac sin más que admitir que las moléculas de los gases elementales son diatómicas: las previsiones teóricas concordaban perfectamente con los resultados experimentales.

La célebre memoria de Avogadro, que casi pasó inadvertida en su época, fue dada a conocer al mundo científico por Estanislao Cannizzaro, en el Congreso de químicos celebrado en Karlsruhe en 1860. Fue la base de la "reforma" de Cannizzaro, con la cual la ciencia pudo finalmente, después de medio siglo de tentativas, compromisos e incertidumbres (puede decirse que de crisis), adquirir un concepto y un método seguro para la determinación de los pesos atómicos y de las fórmulas de composición de las sustancias.

Consecuencia inmediata de la ley de Avogadro fue la posibilidad de determinar el peso molecular de las sustancias en estado gaseoso. La misma ley, aplicada a las soluciones, constituye la base de los métodos de determinación de los pesos moleculares de los sólidos, como quedó demostrado con los célebres trabajos de Pfeffer, Van t'Hoff, Régnault o De Vries. Otra consecuencia importante de la teoría de Avogadro es que al tomar de cada sustancia un peso (en gramos) expresado por el peso molecular, tomamos siempre un número igual de moléculas; es decir, en el orden de tamaño de la escala humana, puede trabajarse con cantidades que en la escala corpuscular corresponden a las moléculas. La químico-física moderna está basada esencialmente en la teoría de Avogadro.