El nacimiento de la química moderna
Es en el Renacimiento cuando realmente se aplica el método científico en la Química. La primera pr imera teoría química quími ca basada en experimentos experi mentos fue la teoría del flogisto, principio inflamable que constituía todos los cuerpos y que podía transferirse de uno a otro. Robert Boyle (1627-1691) destruyó las teorías alquimistas y sentó algunas de las bases de la Química Moderna con al publicación public ación de su obra El químico escéptico en 1667. Su importancia se debe sobre todo a que introdujo el método analítico. Atacó la teoría de los cuatro elementos de Aristóteles, y estableció el concepto de elemento químico (sustancia inmutable e indestructible incapaz de descomposición) y compuesto químico (combinación de elementos). Estudió también el comportamiento de los gases; definió el ácido como la sustancia que puede hacer variar el color de ciertos jugos vegetales; analizó sales por medio de reacciones de identificación, etc. Lavoisier (1743-1794). La gran labor de Lavoisier fue tanto a nivel experimental como, sobre todo porque fue capaz de sistematizar y elaborar leyes fundamentales. Antoine Laurent Lavoisier aplicó el método analítico cuantitativo. Determinó las propiedades del oxígeno y dio una explicación al fenómeno de la combustión, desplazando al hipótesis flogista; a partir de ahí fue posible generalizar la idea de óxido, ácido y sal, y de esta manera sistematizar los conocimientos de la época y establecer la nomenclatura de la Química Moderna.
Formuló la ley de la conservación cons ervación de la materia. ma teria. Afirmó Af irmó que los alimentos al imentos se oxidan lentamente durante el período de asimilación y dio una explicación correcta de la función respiratoria. Proust (1754-1826) formuló la ley de las propiedades fijas en 1808. Sus análisis q uímicos le permitieron descubrir la dextrosa y la glucosa. Dalton (1766-1844) retomó la teoría de Demócrito y dio nueva vida a la teoría de la constitución de la materia. Sus investigaciones sobre los gases atmosféricos le llevaron a la formulación de la teoría atómica (los gases, los sólidos y los líquidos están constituidos por partículas elementales o átomos). Sus aportaciones han sido la base de la filosofía química y de ella surgieron la clasificación de los elementos, el estudio de sus propiedades y las relaciones entre ellos. Contribuyó también al establecimiento de la ley general de la dilatación de los gases por temperatura. En el año 1807 enunció las leyes de las presiones parciales y de las proporciones múltiples conocidas en su honor como ley de Dalton.
Dalton estudió el efecto visual de la ceguera para lo colores, efecto que desde entonces es conocido como daltonismo. Berzelius (1779-1848) explicó también las reacciones químicas con la idea de la fuerza de atracción eléctrica entre cargas positivas y negativas. (Las experiencias de la electrólisis hicieron dividir los compuestos en negativos y positivos).
Con posterioridad, y tras el descubrimiento del cloro y sus reacciones, se descubrió una carga eléctrica negativa de masa muy pequeña que se transfiere de unos átomos a otros, es decir el electrón. Dumas Nuevos descubrimientos relativos a la química del carbono, hicieron pensar a Dumas en la existencia de la molécula como un compuesto único y no formado por dos partes eléctricamente opuestas; en estas moléculas las partes podrían sustituirse unas por otras sin tener en cuenta sus caracteres electroquímicos. .
Siglos XIX y XX
A lo largo de estos dos siglos son continuos los avances y descubrimientos en la Química, y además, las aplicaciones técnicas de estos descubrimientos contribuyeron al nacimiento de nuevas industrias, que jugaron un papel clave en la industrialización de los países europeos. Son, también, numerosos los científicos que han realizado aportaciones relevantes. Gay-Lussac (1778-1850) estableció la ley de los volúmenes de combinación de las sustancias gaseosas.
La teoría de Dalton no podía aplicarse al principio de las combinaciones gaseosas enunciado por Gay-Lussac, hasta que Avogadro formuló su hipótesis, la cual partía de la distinción entre átomos y moléculas, estableciendo la base para la teoría atómico-molecular. Amadeo de Quaregna, conde de Avogadro (1776-1856) estableció una atrevida hipótesis, recogida en la ley que lleva su nombre, en la que se expone que el número de moléculas contenidas en un determinado volumen gaseoso, a igualdad de presión y temperatura, es el mismo para todos los gases. Esta teoría sólo se conmovió con los descubrimientos de la radiactividad y de la constitución del átomo. Edward Frankland estableció en 1852 la idea de valencia. La valencia, también conocida como número de valencia, es una medida de la cantidad de enlaces químicos formados por los átomos de un elemento químico. A través del siglo XX, el concepto de valencia ha evolucionado en un amplio rango de aproximaciones
para describir el enlace químico, incluyendo la estructura de Lewis (1916), la teoría del enlace de valencia (1927), la teoría de los orbitales moleculares (1928), la teoría de repulsión de pares electrónicos de la capa de valencia (1958) y todos los métodos avanzados de química cuántica. Liebig (1803-1873) fue uno de los primeros químicos orgánicos del mundo. Destaca la aplicación de sus análisis en la agricultura y en la fisiología; dio los primeros pasos en la química de los alimentos, al analizar los fenómenos químicos de la cocción y mejorar los procedimientos de análisis de las aguas minerales, etc. Cabe nombrar también que fue el descubridor de cloroformo y el cloral. Kekulé (1829-1896) se dedicó al estudio de la Química orgánica, fundamentalmente al de la constitución de los compuestos aromáticos, y en primer lugar el benceno. Su teoría sobre la tetravalencia del carbono y sobre los enlaces múltiples de este elemento fueron el punto de partida para grandes avances en la Química orgánica. Mendeleiev (1834-1907) marcó una etapa decisiva en la Química con su Sistema Periódico de los Elementos. Lo estableció en base a la idea de que las propiedades de los elementos pueden representarse por funciones periódicas de sus pesos atómicos.
Mendeleiev predijo las propiedades de algunos elementos desconocidos hasta entonces, como los que aparecían debajo del boro, del aluminio y del silicio, y a los que él denominó respectivamente ekaboro, ekaaluminio y ekasilicio. Posteriormente estos elementos fueron descubiertos y llamados escandio, galio y germanio; este hecho dio lugar a una aceptación plena del Sistema de Mendeleiev por parte del mundo científico. Gibbs (1839-1903) se distinguió por sus trabajos sobre Termodinámica y su aplicación a la Química. Introdujo el concepto de entalpía libre, esencial para el tratamiento del equilibrio. Van't Hoff (1852-1911) realizó estudios sobre la estructura del átomo de carbono, que dieron lugar a la estereoquímica o química del espacio. Arrhenius (1855-1927) teorizó sobre la disociación electrolítica y su ley sobre la variación de la velocidad de reacción con la temperatura. Thomson (1856-1940) estudió las propiedades eléctricas de la materia, en especial las de los gases. Descubrió que los rayos catódicos estaban formados por partículas cargadas negativamente (los electrones), y de ellas determinó la
relación existente entre su carga y su masa. Es autor del modelo atómico que lleva su nombre. Nernst (1864-1941) realizó estudios sobre la teoría de las pilas voltáicas y del cálculo de los equilibrios. En 1906 enunció su teorema del calor, que fue la base para el tercer principio de Termodinámica. Werner (1866-1919) investigó sobre la estereoquímica de los compuestos inorgánicos, en especial los relativos a la estructura y propiedades de los complejos, sobre los que elaboró la teoría de la coordinación. Werner aceptó que los metales de transición forman complejos debido a una valencia secundaria o residual, denominada índice de coordinación; dicha valencia se distribuye en direcciones determinadas en el espacio. Además interpretó numerosas propiedades de los complejos y predijo la existencia de isómeros ópticos inorgánicos. Marie Curie (1867-1934) y su marido Pierre (1859-1906), siendo ambos ayudantes de Bequerel, descubrieron el polonio y el radio. En 1903 recibieron los tres el premio Nobel de Física. Partiendo de la pechblenda, obtuvieron cloruro y bromuro de radio, que tenía la particularidad de emitir calor sin pérdida de masa. Marie Curie propuso llamarradiactividad al fenómeno de emitir radiaciones y llamar radiactivos a los cuerpos que la poseen, y fue ella quien, en 1922, recibió el Premio Nobel de Química. Sommerfeld (1868-1951) aportó una teoría sobre las órbitas elípticas relativas a los átomos; estableció la relación existente entre la capacidad eléctrica y la calorífica de los metales y dedujo también la teoría de los electrones metálicos. Rutherford (1871-1937) debe sus mayores éxitos a las investigaciones sobre la radiactividad, pues fue el primero en establecer la naturaleza y transformaciones de las sustancias radiactivas. Encontró que la radiactividad era el resultado de la desintegración espontánea del radio y que sufría una transformación en diversos elementos que clasificó en rayos alfa, beta y gamma. En 1919, consiguió de forma artificial una transmutación de elementos al bombardear el nitrógeno con partículas alfa.
Su teoría sobre la composición del átomo, constituido por un núcleo positivo y los electrones negativos que giran a su alrededor se conoce actualmente con el nombre de modelo atómico de Rutherford. Debye (n 1884). Merecen mención su teoría sobre las fuerzas interiónicas, que junto con otros trabajos en los que aplicó la teoría cuántica a la Química, le valieron el Premio Nobel de Química en 1936.
Bohr (1885-1962), en 1911, expuso un nuevo modelo atómico en el que introdujo los principios de la teoría de Planck . Indicó, también, con gran precisión, las características que permitieron el descubrimiento del elemento 72 del sistema periódico (hafnio). Pauli (1900-1958) realizó trabajos significativos relativos a la mecánica cuántica, entre los que destaca su aplicación a la Química. Una de sus grandes aportaciones fue el principio de exclusión, que lleva su nombre, y que regula la distribución de los números cuánticos en los electrones del átomo. Además, predijo la existencia del neutrino a partir del estudio de las anomalías en la emisión de partícula beta. Linus Pauling (1901-1994) fue uno de los primeros en introducir la mecánica cuántica a la Química. Se ha distinguido por sus trabajos relativos a la naturaleza del enlace químico y la estructura molecular de las proteínas. Pauling no sólo recibió el Premio Nobel de Química en el año 54, sino que por sus actitudes antibelicistas recibió el Premio Nobel de la Paz en 1962. Heisenberg y el principio de incertidumbre
El hecho de que cada partícula lleva asociada consigo una onda, impone restricciones en la capacidad para determinar al mismo tiempo su posición y su velocidad. Este principio fué enunciado por W. Heisenberg en 1927.
El principio de incertidumbre nos dice que hay un límite en la precisión con el cual podemos determinar al mismo tiempo la posición y el momento de una partícula.
El físico alemán Werner K. Heisenberg es conocido sobre todo por formular el principio de incertidumbre, una contribución fundamental al desarrollo de la teoría cuántica. Este principio afirma que es imposible medir simultáneamente de forma precisa la posición y el momento lineal de una partícula. Heisenberg fue galardonado con el Premio Nobel de Física en 1932. El principio de incertidumbre ejerció una profunda influencia en la física y en la filosofía del siglo XX. Werner Karl Heisenberg nació el 5 de diciembre de 1901 en Würzburgo y estudió en la Universidad de Munich. En 1923 fue ayudante del físico alemán Max Born en la Universidad de Gotinga, y desde 1924 a 1927 obtuvo una beca de la Fundación Rockefeller para trabajar con el físico danés Niels Bohr en la Universidad de Copenhague. En 1927 fue nombrado profesor de física teórica en la Universidad de Leipzig. Después fue profesor en las universidades de Berlín (1941-1945),
Gotinga (1946-1958) y Munich (1958-1976). En 1941 ocupó el cargo de director del Instituto Kaiser Wilhelm de Química Física, que en 1946 pasó a llamarse Instituto Max Planck de Física. Estuvo a cargo de la investigación científica del proyecto de la bomba atómica alemana durante la II Guerra Mundial. Bajo su dirección se intentó construir un reactor nuclear en el que la reacción en cadena se llevara a cabo con tanta rapidez que produjera una explosión, pero estos intentos no alcanzaron éxito. Estuvo preso en Inglaterra después de la guerra. Murió en 1976. Heisenberg, uno de los primeros físicos teóricos del mundo, realizó sus aportaciones más importantes en la teoría de la estructura atómica. En 1925 comenzó a desarrollar un sistema de mecánica cuántica, denominado mecánica matricial, en el que la formulación matemática se basaba en las frecuencias y amplitudes de las radiaciones absorbidas y emitidas por el átomo y en los niveles de energía del sistema atómico. El principio de incertidumbre desempeñó un importante papel en el desarrollo de la mecánica cuántica y en el progreso del pensamiento filosófico moderno. En 1932, Heisenberg fue galardonado con el Premio Nobel de Física. Entre sus numerosos escritos se encuentran Los principios físicos de la teoría cuántica, Radiación cósmica, Física y filosofía e Introducción a la teoría unificada de las partículas elementales. Aportes de la quimica en la actualidad
Existen muchos y variados aportes de la química en la actualidad como lo son la aparición de los cristales líquidos, como el benzoato de colesterilo, en vez de hacerlo pasar de la fase sólida a la fase líquida al calentarse, se lo hizo pasar a una fase líquido-cristalina intermedia que posee algo de la estructura de los sólidos y algo de libertad de movimiento de los líquidos, esta característica lo llevo a ser muy utilizado en sensores de presión y de temperatura y en las carátulas de dispositivos eléctricos como relojes digitales, calculadoras y computadoras portátiles y de bolsillo. Los polímeros sintéticos son grandes moléculas formadas a partir de moléculas monoméricas de bajo peso molecular, las cuales suelen formarse en reacciones de polimerización por adición o condensación. Sus usos son muy diversos van desde ser la materia prima para la fabricación de bolsas de polietileno, o da plásticos de alto impacto como el polipropileno, o para cañerías como el PVC que es cloruro de polivinilo. Los materiales que se emplean en aplicaciones biomédicas (es decir que están en
contacto íntimo con organismos vivos) se llaman biomateriales. Los cuales tienen aplicaciones tales como válvulas cardiacas, tejidos artificiales o componentes para el reemplazo de caderas. Los materiales cerámicos son sustancias sólidas inorgánicas no metálicas. Tienen aplicación en muchas áreas en las que son importantes la dureza, la estabilidad a altas temperaturas y la resistencia a la corrosión. Entre las aplicaciones conocidas esta el uso de nitruro de silicio para remplazar piezas de motores o utilizarse en otras aplicaciones que impliquen altas temperaturas y mucho desgaste, como por ejemplo el aislamiento térmico del transbordador espacial. Los superconductores son materiales que a bajas temperaturas pierden toda la resistencia al flujo de los electrones o sea es un flujo sin fricción de electrones, esto lo hacen ya que exhiben una propiedad llamada efecto Meissner, por la cual excluyen todos los campos magnéticos de su volumen. Esta cualidad es empleada en los instrumentos para obtener imágenes por resonancia magnética que se usa en diagnósticos médicos y consiste en un embobinado de Nb3Sn que se debe enfriar con helio líquido para lograr tal efecto. Las películas delgadas se emplean con fines de decoración o protección, para formar conductores, resistores y otros tipos de películas en circuitos microelectrónicas; para formar dispositivos fotovoltaicos que convierten energía solar en electricidad; y para muchas otras aplicaciones.
Científico con aportes a la química
La obra maestra de Pauling es The Nature of the Chemical Bond (1939), donde analiza justamente la esencia de los enlaces. Pauling contribuyó a explicar la organización orbital de los electrones de los átomos, y también al conocimiento de los enlaces iónicos en los que se transfieren los electrones desde un átomo hacia otro. Otro tema en el que las investigaciones de Pauling fueron claves fue el estudio del benceno. La ciencia no había podido comprender la forma en la que podían enlazarse 6 átomos de carbono y 6 de hidrógeno, y Pauling propuso que esta estructura estaba basada en la superposición de 2 estructuras: una con enlaces simples y otra con enlaces dobles. Esto es lo que en química se conoce como Resonancia.
NEUTRINOS
Los neutrinos son partículas subatómicas de tipo fermio Nico, sin carga y espín 1/2. Desde hace unos años se sabe, en contra de lo que se pensaba, que estas partículas tienen masa, pero muy pequeña, y es muy difícil medirla. Hoy en día (2012), se cree que la masa de los neutrinos es inferior a unos 5,5 eV / c 2 lo que significa menos de una milmillonésima de la masa de un átomo de hidrógeno.2 Su conclusión se basa en el análisis de la distribución de galaxias en el universo y es, según afirman estos científicos, la medida más precisa hasta ahora de la masa del neutrino. Además, su interacción con las demás partículas es mínima por lo que pasan a través de la materia ordinaria sin apenas perturbarla. La masa del neutrino tiene importantes consecuencias en el modelo estándar de física de partículas ya que implicaría la posibilidad de transformaciones entre los tres tipos de neutrinos existentes en un fenómeno conocido como oscilación de neutrinos. En todo caso, los neutrinos no se ven afectados por las fuerzas electromagnéticas o nuclear fuerte, pero sí por la fuerza nuclear débil y la gravitatoria. La existencia del neutrino fue propuesta en 1930 por el físico Wolfgang Pauli para compensar la aparente pérdida de energía y momento lineal en la desintegración beta(B) de los neutrones según la siguiente ecuación:
CLASES DE NEUTRINO Existen tres tipos de neutrinos asociados a cada una de las familias leptónicas (o sabores): neutrino electrónico ( ), neutrino muonico ( ) y neutrino tauonico ( ) más sus respectivas antipartículas. Los neutrinos pueden pasar de una familia a otra (es decir, cambiar de sabor) en un proceso conocido como oscilación de neutrinos. La oscilación entre las distintas familias se produce aleatoriamente, y la probabilidad de cambio parece ser más alta en un medio material que en el vacío. Dada la aleatoriedad del proceso, las proporciones entre cada uno de los sabores tienden a repartirse por igual (1/3 del total para cada tipo de neutrino) a medida que se producen sucesivas oscilaciones. Fue este hecho el que permitió considerar por primera vez la oscilación de los neutrinos, ya que al observar los neutrinos procedentes del Sol (que deberían ser principalmente electrónicos) se encontró que sólo llegaban un
tercio de los esperados. Los dos tercios que faltaban habían oscilado a los otros dos sabores y por tanto no fueron detectados. Esto es el llamado «problema de los neutrinos solares ». La oscilación de los neutrinos implica directamente que éstos han de tener una masa no nula, ya que el paso de un sabor a otro sólo puede darse en partículas masivas.
