La historia de la química abarca un periodo de tiempo muy amplio, que va desde la prehistoria hasta el presente, y está ligada al desarrollo cultural de la humanidad y su conocimiento de la naturaleza. Las civilizaciones antiguas ya usaban tecnologías que demostraban su conocimiento de las transformaciones de la materia, y algunas servirían de base a los primeros estudios de la química. Entre ellas se cuentan la extracción de los metales de sus menas, la elaboración de aleaciones como el bronce, la fabricación de tejidos rojos cerámica, esmaltes y vidrio, las fermentaciones de la cerveza y del vino, la extracción de sustancias de las plantas para usarlas como medicinas o perfumes y la transformación de las grasas en jabón.
Ni la filosofía ni la alquimia, la protociencia
química, fueron capaces de explicar verazmente la naturaleza de la materia y sus
transformaciones. Sin embargo, a base de realizar experimentos y registrar sus
resultados los alquimistas establecieron los cimientos para la química moderna.
El punto de inflexión hacia la química moderna se produjo en 1661 con la obra
de Robert Boyle, The
Sceptical Chymist: or Chymico-Physical Doubts & Paradoxes (El químico
escéptico: o las dudas y paradojas quimio-físicas), donde se
separa claramente la química de la alquimia, abogando por la introducción
del método científico en los
experimentos químicos. Se considera que la química alcanzó el rango de ciencia
de pleno derecho con las investigaciones de Antoine Lavoisier y su
esposa Marie Anne Pierrette Paulze, en las que basó
su ley de conservación de la materia, entre otros
descubrimientos que asentaron los pilares fundamentales de la química. A partir
del siglo XVIII la química adquiere definitivamente las características de una
ciencia experimental moderna. Se desarrollaron métodos de medición más precisos
que permitieron un mejor conocimiento de los fenómenos y se desterraron creencias
no demostradas.
La historia de la
química se entrelaza con la historia de la física, como en la teoría atómica y en
particular con la termodinámica, desde sus
inicios con el propio Lavoisier, y especialmente
a través de la obra de Willard Gibbs. El de la
energía libre de Gibbs, ese.
La tabla
periódica a lo largo de la historia: si queréis que hablemos de cada elemento,
hacérmelo saber 😊
La química como
ciencia:
Bajo la
influencia de los nuevos métodos empíricos propuestos por sir Francis Bacon, Robert Boyle, Robert Hooke, John Mayow, entre otros,
comenzaron a remodelarse las viejas tradiciones acientíficas en una disciplina
científica. Boyle, en particular, es considerado como el padre fundador de la
química debido a su trabajo más importante, «El Químico Escéptico» donde se
hace la diferenciación entre las pretensiones subjetivas de la alquimia y los
descubrimientos científicos empíricos de la nueva química. Él formuló la ley de Boyle, rechazó los «cuatro elementos» y propuso una
alternativa mecánica de los átomos y las reacciones químicas las cuales podrían
ser objeto de experimentación rigurosa, demostrándose o siendo rebatidas de
manera científica.
La teoría del flogisto (una sustancia que, suponían, producía toda
combustión) fue propuesta por el alemán Georg Ernst Stahl en el siglo
XVIII y solo fue rebatida hacia finales de siglo por el químico francés Antoine Lavoisier, quien dilucidó el principio de conservación de la
masa y desarrolló un nuevo sistema de nomenclatura química utilizada para el
día de hoy.
Antes del trabajo
de Lavoisier, sin embargo, se han hecho muchos descubrimientos importantes, particularmente
en lo que se refiere a lo relacionado con la naturaleza del "aire",
que se descubrió, que se compone de muchos gases diferentes. El químico
escocés Joseph Black (el primer
químico experimental) y el holandés J. B. van Helmont descubrieron dióxido de carbono, o lo que Black llamaba "aire fijo" en
1754; Henry Cavendish descubre
el hidrógeno y dilucida
sus propiedades. Finalmente, Joseph Priestley e, independientemente, Carl Wilhelm Scheele aíslan oxígeno puro.
El científico
inglés John Dalton propone en
1803 la teoría moderna de los átomos en su libro, La teoría atómica,
donde postula que todas las sustancias están compuestas de "átomos"
indivisibles de la materia y que los diferentes átomos tienen diferentes pesos
atómicos.
El desarrollo de
la teoría electroquímica de combinaciones químicas se produjo a principios del
siglo XIX como el resultado del trabajo de dos científicos en particular, J. J. Berzelius y Humphry Davy, gracias a la
invención, no hace mucho, de la pila voltaica por Alessandro Volta. Davy
descubrió nueve elementos nuevos, incluyendo los metales alcalinos mediante la
extracción de ellos a partir de sus óxidos con corriente eléctrica.24
El
británico William Prout propuso el
ordenar a todos los elementos por su peso atómico, ya que todos los átomos
tenían un peso que era un múltiplo exacto del peso atómico del
hidrógeno. J. A. R. Newlands ideó una primitiva tabla de los
elementos, que luego se convirtió en la tabla periódica moderna creada por el
alemán Julius Lothar Meyer y el ruso Dmitri Mendeleev en 1860.25 Los gases
inertes, más tarde llamados gases nobles, fueron descubiertos por William
Ramsay en colaboración con lord Rayleigh al final del siglo, llenando por lo
tanto la estructura básica de la tabla.
La química
orgánica ha sido desarrollada por Justus von Liebig y otros
luego de que Friedrich Wohler sintetizara urea, demostrando que los organismos vivos eran, en
teoría, reducibles a terminología química26 Otros avances
cruciales del siglo XIX fueron: la comprensión de los enlaces de valencia
(Edward Frankland,1852) y la aplicación de la termodinámica a la química (J. W. Gibbs y Svante Arrhenius, 1870).
La
estructura de la química:
Llegado el siglo
XX los fundamentos teóricos de la química fueron finalmente entendidos debido a
una serie de descubrimientos que tuvieron éxito en comprobar la naturaleza de
la estructura interna de los átomos. En 1897, J. J. Thomson, de la
Universidad de Cambridge, descubrió el electrón y poco después el científico
francés Becquerel, así como la pareja de Pierre y Marie Curie investigó el
fenómeno de la radiactividad. En una serie de experimentos de dispersión, Ernest Rutherford, en la
Universidad de Mánchester, descubrió la estructura interna del átomo y la
existencia del protón, clasificando y explicando los diferentes tipos de
radiactividad, y con éxito, transmuta el primer elemento mediante el bombardeo
de nitrógeno con partículas alfa.
El trabajo de
Rutherford en la estructura atómica fue mejorado por sus estudiantes, Niels Bohr y Henry Moseley. La teoría
electrónica de los enlaces químicos y orbitales moleculares fue desarrollada
por los científicos americanos Linus Pauling y Gilbert N. Lewis.
El año 2011 fue
declarado por las Naciones Unidas como el Año Internacional de la Química. Esta
iniciativa fue impulsada por la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada,
en conjunto con la Organización de las Naciones Unidas para la Educación, la
Ciencia y la Cultura. Se celebró por medio de las distintas sociedades de
químicos, académicos e instituciones de todo el mundo y se basó en iniciativas
individuales para organizar actividades locales y regionales.
Principios de la
química:
El actual modelo
de la estructura atómica es el modelo mecánico cuántico. La química tradicional
comenzó con el estudio de las partículas elementales: átomos, moléculas,
sustancias, metales, cristales y otros agregados de la materia. La materia
podía ser estudiada en estados líquido, de gas o sólidos, ya sea de manera
aislada o en combinación. Las interacciones, reacciones y transformaciones que
se estudian en química son generalmente el resultado de las interacciones entre
átomos, dando lugar a direccionamientos de los enlaces químicos que los
mantienen unidos a otros átomos. Tales comportamientos son estudiados en un
laboratorio de química.
En el laboratorio
de química se suelen utilizar diversos materiales de cristalería. Sin embargo,
la cristalería no es fundamental en la experimentación química ya que gran
cantidad de experimentación científica (así sea en química aplicada o
industrial) se realiza sin ella.
Una reacción
química es la transformación de algunas sustancias en una o más sustancias
diferentes. La base de tal transformación química es la reordenación de los
electrones en los enlaces químicos entre los átomos. Se puede representar
simbólicamente como una ecuación química, que por lo general implica átomos
como la partícula central. El número de átomos a la izquierda y la derecha en
la ecuación para una transformación química debe ser igual (cuando es desigual,
la transformación, por definición, no es química, sino más bien una reacción
nuclear o la desintegración radiactiva). El tipo de reacciones químicas que una
sustancia puede experimentar y los cambios de energía que pueden acompañarla,
son determinados por ciertas reglas básicas, conocidas como leyes químicas.
Las
consideraciones energéticas y de entropía son variables importantes en casi
todos los estudios químicos. Las sustancias químicas se clasifican sobre la
base de su estructura, estado y composiciones químicas. Estas pueden ser
analizadas usando herramientas del análisis químico como, por ejemplo, la
espectroscopia y cromatografía. Los científicos dedicados a la investigación
química se les suele llamar «químicos».
La mayoría de los
químicos se especializan en una o más áreas o subdisciplinas. Varios conceptos
son esenciales para el estudio de la química, y algunos de ellos son:
·
Materia: En química, materia es todo lo que ocupa espacio y tiene masa,
forma, peso y volumen, por lo tanto, se puede observar y medir. La materia es
la sustancia que forma los cuerpos físicos, compuestos por partículas. Las
partículas que componen la materia también poseen masa en reposo, sin embargo,
no todas las partículas tienen masa en reposo, un ejemplo es el fotón. La materia
puede ser una sustancia química pura o una mezcla de sustancias.
·
Átomos: El átomo es la unidad básica de la química. Se compone de un núcleo denso
llamado núcleo atómico, el cual es rodeado por un espacio denominado «nube de
electrones». El núcleo se compone de protones cargados positivamente y neutrones
sin carga (ambos denominados nucleones). La nube de electrones son electrones
que giran alrededor del núcleo cargados negativamente.
En un átomo
neutro, los electrones cargados negativamente equilibran la carga positiva de
los protones. El núcleo es denso; La masa de un nucleón es 1836 veces mayor que
la de un electrón, sin embargo, el radio de un átomo es aproximadamente
10 000 veces mayor que el de su núcleo.
El átomo es la
entidad más pequeña que se debe considerar para conservar las propiedades químicas
del elemento, tales como la electronegatividad, el potencial de ionización, los
estados de oxidación preferidos, los números de coordinación y los tipos de
enlaces que un átomo prefiere formar (metálicos, iónicos, covalentes, etc.).
El origen de la teoría atómica se remonta
a la escuela filosófica de
los atomistas, en la Grecia antigua. Los fundamentos
empíricos de la teoría atómica, de acuerdo con el método científico, se debe a un
conjunto de trabajos hechos por Antoine Lavoisier, Louis Proust, Jeremias Benjamin Richter, John Dalton, Gay-Lussac, Berzelius y Amadeo Avogadro, hacia
principios del siglo XIX.
Los átomos son la fracción más pequeña de materia
estudiados por la química, están constituidos por diferentes partículas,
cargadas eléctricamente, los electrones, de carga
negativa; los protones, de carga
positiva; los neutrones, que, como su
nombre indica, son neutros (sin carga); todos ellos aportan masa para contribuir al peso.
Los tipos de
átomos que forman las células son relativamente pocos:
Cada átomo tiene en su parte central un núcleo denso con carga positiva rodeado
a cierta distancia por una nube de electrones con carga negativa que se
mantienen en órbita alrededor del núcleo por atracción electrostática. El
núcleo está formado por dos tipos de partículas subatómicas: los protones, que
tienen carga positiva, y los neutrones, que son eléctricamente neutros. El
número de protones presentes en el núcleo del átomo determina su número
atómico. Un átomo de hidrógeno tiene un solo protón en el núcleo; por
consiguiente el hidrógeno, cuyo número atómico es 1, es el elemento más
liviano. La carga eléctrica de un protón es exactamente igual y opuesta a la
carga de un electrón. El átomo es eléctricamente neutro; el número de
electrones con carga negativa que se encuentra alrededor del núcleo es igual al
número de protones con carga positiva que se encuentran dentro del núcleo; por
ende, el número de electrones de un átomo también es igual al número atómico.
Todos los átomos de un elemento tienen el mismo número atómico.
·
Elemento químico: Un elemento químico es una
sustancia pura que se compone de un solo tipo de átomo, caracterizado por su
número particular de protones en los núcleos de sus átomos, número conocido
como «número atómico» y que es representado por el símbolo Z. El número másico
es la suma del número de protones y neutrones en el núcleo. Aunque todos los
núcleos de todos los átomos que pertenecen a un elemento tengan el mismo número
atómico, no necesariamente deben tener el mismo número másico; átomos de un
elemento que tienen diferentes números de masa se conocen como isótopos. Por ejemplo,
todos los átomos con 6 protones en sus núcleos son átomos de carbono, pero los
átomos de carbono pueden tener números másicos de 12 o 13.
Desde el momento
en que se descubrieron los primeros elementos se intentó ordenarlos o
clasificarlos para poder estudiar sus propiedades o características.
La presentación
estándar de los elementos químicos está en la tabla periódica, la cual ordena
los elementos por número atómico. La tabla periódica se organiza en grupos
(también llamados columnas) y períodos (o filas). La tabla periódica es útil
para identificar tendencias periódicas.
·
Compuesto químico: Un compuesto químico es una
sustancia química pura compuesta de más de un elemento. Las propiedades de un
compuesto tienen poca similitud con las de sus elementos. La nomenclatura
estándar de los compuestos es fijada por la Unión
Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC).
Los compuestos orgánicos se nombran según el sistema de nomenclatura orgánica.
Los compuestos inorgánicos se nombran según el sistema de nomenclatura
inorgánica. Además, el Servicio de Resúmenes Químicos ha ideado un método para
nombrar sustancias químicas. En este esquema cada sustancia química es
identificable por un número conocido como número de registro CAS.
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