Historia de la química

Nacimiento. Prehistoria. Materia. Materiales. Metalurgia. Alquimia. Destilación. Elementos. Ramas: orgánica, inorgánica, física y analítica

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INTRODUCCION

La aparición de la ciencia que llamamos "Química" requiere un proceso histórico más dilatado y lento que otras ramas de la ciencia moderna. Tanto en la antigüedad como en la Edad Media se contemplan denodados esfuerzos por conocer y dominar de alguna forma los elementos materiales que constituyen el entorno físico que nos rodea. Averiguar cuáles sean los elementos originarios de los que están hechos todas las cosas así como establecer sus características, propiedades y formas de manipulación son las tareas primordiales que se encaminan al dominio efectivo de la naturaleza. No es, pues, extraño que en sus primeros balbuceos meramente empíricos los resultados no tengan otro carácter que el que denominamos "mágico": la magia como conocimiento de la realidad que se oculta tras la apariencia de las cosas y como práctica que permite actuar sobre ellas según nuestra voluntad. Numerosas técnicas inventadas por el ser humano desde sus orígenes conciernen a la química: preparación de alimentos y de medicinas, procedimientos de curtido, de teñido, etc. Sin embargo el nacimiento de una ciencia química es muy reciente.
La química, recoge hoy el conjunto de disciplinas científicas que estudian las transformaciones de una sustancia en otra, sin que se alteren los elementos que la integran.. Las especulaciones de los filósofos de la antigua Grecia sobre los elementos o la búsqueda de la piedra filosofal y del elixir
de larga vida por algunos alquimistas de la Edad Media, no
son sino el lejano preludio de la química moderna.
Hasta el siglo XVIII no se introdujo en la química un auténtico método experimental, en el siglo XIX se establece la
clasificación periódica de los elementos, que iba a inaugurar
una nueva era para la ciencia química. Actualmente el trabajo experimental de los químicos es fruto de una enorme labor de equipo más que de químicos aislados.................................

EL NACIMIENTO DE LA QUÍMICA EN LA PREHISTORIA

Desde sus orígenes, el hombre fue adquiriendo, los conocimientos necesarios para fabricar productos que hoy usamos, sin siquiera pensar de donde salieron.

El hombre primitivo fue explorador de su territorio, tocaba y apreciaba la textura de cada cosa, las olía y producía ruido sobre ellas. El hombre cavernícola cazaba su presa y comía la carne cruda, no le quedaba otra alternativa. Pero a medida que formaba comunidades, comenzó a sacar provecho de las propiedades de cada cosa, descubrió la manera en que podía utilizarlas mejor. Aprendió que la leña al quemarse producía calor; que al beber agua saciaba su sed.

En el pasado, los materiales que se usaron en las diferentes actividades humanas, han servido hoy para establecer ciertos periodos en la historia del hombre. Así la Edad de Piedra corresponde a la etapa anterior al uso de los metales, y los periodos que siguen, la Edad del Bronce y la Edad del hierro, comprenden la etapa en la que el hombre aprendió a extraer el cobre y el hierro de sus minerales.

Un Buen día, alguien arrojó al cobre caliente y fundido un misterioso polvo de color gris, y entonces surgió un metal más resistente: El Bronce. También de manera fortuita, algún otro, al calentar ciertas piedras rojizas sobre carbón de leña, logró obtener un nuevo metal: el Hierro. Los guerreros utilizaron el hierro para fabricar sus armas; sin embargo, la historia nos informa que el agresor, después de asestar sobre su enemigo un golpe rudo, tenía que enderezar la espada. El Problema del metal quedó resuelto cuando descubrieron nuevas aleaciones como el acero.

La química más antigua que conocemos es la metalurgia, el arte de tratar los metales, un conocimiento que mezcla la magia, la mística y la técnica de los pueblos antiguos.

EL CONOCIMIENTO DE LA MATERIA EN LAS CULTURAS ANTIGUAS

Cultura Arcaica Egipcia:

En el Egipto arcaico alcanzó un notable desarrollo la obtención de colorantes minerales y vegetales, de colas, ceras y barnices. Ello se refleja en un bajorrelieve del Imperio Nuevo procedente del templo de Kalabsa, en la frontera meridional del Alto Egipto, cuyos colores se han conservado durante más de tres mil años. El análisis químico ha demostrado que el rojo se obtuvo con limonita arcillosa quemada, el amarillo con ocre terroso compuesto por óxidos de hierro hidratados, el azul a partir de óxido de cobre y el verde, mezclando el amarillo y el azul.

Desde el tercer milenio antes de C., los egipcios explotaron los minerales auríferos, principalmente los de los yacimientos del norte de Nubia. La obtención de oro a partir de ellos se representa en una pintura mural de una tumba del siglo XV anterior a nuestra era. Los minerales se pulverizaban en morteros y molinos de piedra o pisoteándolos. Se lavaban y se colocaban en crisoles poco profundos sobre hornos de fundición, cuyo fuego atizaban esclavos mediante fuelles. Se añadía sal y plomo, eliminándose los residuos de plata al formarse cloruro argéntico que, junto al plomo, constituía las escorias. A los cinco días, el crisol se sacaba del fuego y el oro fundido se vertía en pequeñas vasijas en las que se enfriaba y solidificaba.

Cultura Clásica China:

La extraordinaria fecundidad técnica de la cultura clásica china ha motivado que sea llamada "cuna de los grandes descubrimientos de la humanidad". En la invención de la pólvora, mezclando salitre, azufre y carbón, se distinguen dos grandes etapas: a mediados del siglo IX se obtuvo pólvora "deflagrativa", que ardía con una combustión repentina, y dos centurias después, pólvora explosiva. A partir del XIII, el ejército chino utilizó cañones como el que aparece en un grabado del tratado de artillería de Ching Yü (1412), que lanzaban proyectiles esféricos de hierro fundido.

En el siglo I se fabricaba ya en China porcelana mediante el procedimiento de cocer caolín a unos 1.280 grados, consiguiendo por vitrificación un barniz traslúcido y totalmente impermeable. En una pintura de un atlas de la época de la dinastía Ch'ing (finales del siglo XVIII) aparecen los hornos tradicionales en los que se fabricaba.

La destilación del alcohol es otra técnica de invención china, expuesta en diversos tratados a partir del siglo VII, que fue después asimilada por el mundo islámico y el europeo. Una pintura del mismo atlas antes citado (finales del siglo XVIII) representa un alambique, en cuya base hay un horno alimentado con leña; en su interior hay un depósito de enfriamiento o condensador, al que llega agua fría a través de una tubería central; en la parte inferior izquierda, un tubo lleva la sustancia destilada a un recipiente.

Los importantes avances que la metalurgia china consiguió en fechas muy tempranas pueden ejemplificarse en el pleno desarrollo de la copelación a comienzos de la época de la dinastía Han (siglo III antes de C.), como procedimiento para el refino del oro y la plata, mediante su aleación con plomo y la oxidación posterior del plomo fundido para separarlo del metal precioso.

Historia de la química

RENACIMIENTO EUROPEO

La principal rebelión total contra las ideas tradicionales en la Europa del Renacimiento fue la del médico Theophrastus Bombast von Hohenheim, llamado Paracelso, que vivió durante la primera mitad del siglo XVI. Basándose principalmente en las doctrinas alquimistas, desplazó a un segundo plano la teoría de los cuatro elementos y también la de los cuatro humores orgánicos. Formuló una visión dinámica del universo, del cuerpo humano y de sus enfermedades fundamentada en las tres "sustancias" alquímicas ("mercurius", "sulphur" y "sal") y en el "arqueo", fuerza vital específica que las ordenaba en el cuerpo del hombre.

Las técnicas minerometalúrgicas, de destilación y de ensayo de metales, las más importantes de carácter químico en la Europa de Renacimiento, se ilustran con tres obras clásicas españolas de primer rango: las de Álvaro Alonso Barba, Diego de Santiago y Juan de Arfe.

Historia de la química

Minerometalurgia:

El principal motor del desarrollo técnico del beneficio de minerales en la España del Renacimiento fue la explotación de los yacimientos americanos de metales preciosos. La amplia serie de innovaciones que se inició con el método de amalgamación de minas de plata de Bartolomé de Medina (1555) culminó con el Arte de los metales (1640), de Álvaro Alonso Barba, tratado que las expuso sistemáticamente, aparte de incluir las inventadas por su autor. El grabado representa los "instrumentos que ha de tener el fundidor", entre los que destacan varias balanzas (A,B,C) y un juego de agujas (H) para realizar ensayos de metales preciosos con piedras de toque.

Destilación:

El laboratorio de destilación más importante de la Europa renacentista fue el instalado en El Escorial. Diego de Santiago fue el más destacado de los "destiladores de Su Majestad" que trabajaron en él. Publicó una Arte separatoria (1589), tratado en el que expuso sus aportaciones, entre ellas, un "destilatorio de vapor" de su invención. Los dibujos que figuran junto al libro representan dicho aparato y una de las grandes "torres de destilación" del laboratorio de El Escorial.

Ensayo de Metales:

La importancia económica que la determinación de la ley de las monedas tuvo en la España renacentista motivó que en sus cecas se instalaran los mejores medios técnicos de la época para el análisis químico cuantitativo. La principal figura en este campo fue Juan de Arfe Villafañe, "ensayador" de la ceca de Segovia y autor de un Quilatador de plata, oro y piedras (1572), primer tratado sobre el tema impreso en Europa. Los grabados de la exposición representan su balanza de laboratorio, temprano ejemplo de la línea que conduciría a las modernas de precisión; al propio Arfe colocando una copela en la boca superior del hornillo, con la balanza a sus espaldas; y una redoma y otros recipientes para ensayar el oro con ácido nítrico, mediante la técnica llamada de "encuartación".

La Alquimia Europea:

La alquimia de la Antigüedad helenística y del Islam medieval, y a través de ésta, la china- sirvieron de punto de partida a la que se desarrolló en Europa desde la Baja Edad Media hasta finales del siglo XVII. Las fuentes expuestas ilustran sus textos y patrones de comunicación, sus doctrinas y sus aportaciones técnicas.

A diferencia de la ciencia académica, la subcultura científica en torno a la alquimia utilizó casi exclusivamente manuscritos no accesibles públicamente sino destinados a iniciados, utilizando por ello un lenguaje esotérico a base de complejas metáforas e imágenes que asocian las figuras técnicas con las alegóricas. Se expone la figura de un "horno y vasos de destilación", procedente de un manuscrito alquímico bajomedieval, y una página del titulado Splendor Solis (1582), en la que aparecen símbolos y alegorías de purificación y "renacimiento".

Solamente en el siglo XVII se imprimieron de forma habitual textos alquímicos. La más célebre compilación fue el Theatrum Chemicum impresa en Estrasburgo el año 1659. Sus cuatro volúmenes reúnen, por una parte, versiones latinas de los atribuidos a Hermes Trismegisto, divinidad grecoegipcia, fundador mítico de la ciencia y la técnica, y a Avicena (siglo XI) y otros autores árabes. Por otra, tratados bajo medievales falsamente atribuidos a grandes personalidades científicas de la época, como el alemán Alberto Magno, el mallorquín Ramón Lull y el valenciano Arnau de Vilanova, así como varias obras del catalán Joannes de Rupescissa, máxima figura de la alquimia de la Baja Edad Media.

Uno de los tratados apócrifos de Arnau de Vilanova aparece en el ejemplar expuesto censurado por la Inquisición: hay varias páginas cortadas y la mayor parte de otra está oculta por un fragmento de otro libro pegado en ella.

Aportes Técnicos:

Los alquimistas bajomedievales introdujeron en Europa y perfeccionaron numerosas técnicas. La obtención de alcohol etílico y el conocimiento de sus efectos como disolvente de las materias orgánicas permitió, por ejemplo, extraer de éstas su "quinta essencia", en la que se pensaba residían sus propiedades peculiares, y el hallazgo de los primeros ácidos minerales, entre ellos, el "aqua regia" (combinación de los ácidos nítrico y clorhídrico), permitió disolver las inorgánicas, incluído el oro. Instrumentos de laboratorio según las figuras de un manuscrito alquímico de la Baja Edad Media.

Los procesos químicos básicos fueron desarrollados por los alquimistas. Aparatos para la calcinacción, sublimación, degradación, solución, destilación, coagulación, fijación e incineración representados en la Alchemia (1545), de Geber, nombre supuestamente árabe que corresponde en realidad a un autor de la Europa latina.

Los alquimistas tardíos de la segunda mitad del siglo XVII realizaron todavía algunos hallazgos. El más notable fue el conseguido en 1669 por Hennig Brandt quien, en el curso de sus experiencias con la orina, obtuvo una sustancia blanca y cérea que resplandecía en la oscuridad, convirtiéndose en el primer descubridor conocido de un elemento químico: el fósforo. La exposición contiene un cuadro de finales de la centuria siguiente que reconstruye el descubrimiento con sensibilidad prerromántica.

El Eclecticismo: Libavius

Entre los seguidores de una postura intermedia entre los paracelsistas y los partidarios de las ideas tradicionales sobresalió Andreas Libavius, que insistió en el trabajo de laboratorio y publicó un influyente tratado sistemático (1597). De éste proceden los grabados que representan el edificio y el plano de un "laboratorio ideal". Hay en él instalaciones destinadas a destilación (hh, ff), análisis cuantitativo (ee) y cristalización (O), así como para alquimia (H) y preparación de medicamentos químicos.

La Segunda Generación de Paracelsistas: Helmont

La gran figura de la segunda generación de paracelsistas, que desarrolló su actividad durante la segunda mitad del siglo XVII, fue Johann Baptist van Helmont. Realizó, entre otras, importantes investigaciones sobre los gases y las bases, creando el término "gas" y denominando "álcalis" a las lejías. Se expone un ejemplar de sus obras completas (1648), abierto por una lámina en la que figura su retrato.

La Iatroquímica:

El sistema iatroquímico, vigente durante la segunda mitad del siglo XVII, asumió las interpretaciones paracelsistas, pero eliminando sus elementos panvitalistas y metafísicos, que sustituyó por el mecanicismo, el atomismo y el método científico inductivo. Palestra pharmacéutica chymico-galénica (1706) del iatroquímico español Félix Palacios, abierta por una de sus láminas sobre instrumentos de laboratorio y reproducción de su tabla de símbolos.

Historia de la química

QUÍMICA Y FILOSOFÍA: Los Cuatro Elementos

Las explicaciones que solían dar los antiguos a los fenómenos que observaban al aplicar sus técnicas, se basaban principalmente en especulaciones filosóficas, astrológicas y místicas.. Al Pasar el tiempo el hombre comenzó a preguntarse seriamente sobre la naturaleza de la materia, de cómo estará compuesta, de a qué se deberán las distintas propiedades de las cosas, y muchas más interrogantes. De las primeras respuestas a estas interrogantes, nacieron las primeras teorías sobre la estructura y composición .

Una de estas teorías es la que hoy conocemos como la Teoría de Los Cuatro Elementos, tomada de Empédocles y perfeccionada por el gran filósofo griego Aristóteles, que tuvo vigencia hasta el siglo XVIII. Aristóteles afirma que toda experiencia se basa en definitiva, sobre cuatro cualidades: Lo cálido ; lo frío ; lo seco ; lo húmedo. Todo lo existente a nuestro alrededor, resulta de la combinación de estas cuatro cualidades. Entonces, si combinamos lo seco con el frío obtenemos la tierra, lo frío con lo húmedo resulta el Agua, lo húmedo con lo caliente el Aire y finalmente, lo caliente con lo seco, origina el fuego.

LA REVOLUCION QUIMICA

El Traité élémentaire de chimie de Antoine Lavoisier (1743-1794), se publicó en París en 1789 y representa la culminación de la química del siglo XVIII que llevó al abandono de la teoría del flogisto y al uso de nuevas concepciones sobre los elementos y la composición de los cuerpos. El grabado de la exposición contiene numerosas referencias al estudio de los gases, entre ellas la reducción del óxido de mercurio a través del calor producido por una lupa, experiencia utilizada por Joseph Priestley para aislar el oxígeno en la campana de gases.

El Texto de Lavoisier contiene la primera tabla de sustancias simples en sentido moderno. A pesar de ello, en el panel puede observarse la presencia en esta tabla sustancias que hoy consideramos compuestas, como la alúmina (óxido de aluminio), la cal o la sílice. Lavoisier las incluyó porque había sido incapaz de descomponerlas, aunque predijo que pronto dejarían de formar parte de las sustancias simples. También resulta sorprendente para un lector actual encontrar en esta tabla "sustancias simples" como la "luz" o el "calórico".

Historia de la química

La Hipótesis Atómica de John Dalton:

La hipótesis atómica de John Dalton (1766-1844) fue formulada a principios del siglo XIX y marcó el comienzo del cálculo sistemático de pesos atómicos para todos los elementos. De este modo, podían explicarse las leyes de combinación establecidas durante estos años, como la ley de proporciones definidas de Luis Proust, la ley de proporciones múltiples del propio Dalton o la ley de proporciones recíprocas de Benjamin Richter (1762-1807), autor que también acuñó el término "estequiometría". En el panel puede contemplarse un retrato de Dalton y un cuadro en el que aparece este autor recogiendo "gas de los pantanos" (metano). También hemos reproducido una tabla de Dalton con símbolos atómicos de elementos y compuestos y una tabla de pesos atómicos.

Las ideas de Dalton no fueron universalmente aceptadas por los químicos del siglo XIX. Además de otros aspectos, para el cálculo de los pesos atómicos era necesario realizar algunas "hipótesis a priori" imposibles de comprobar durante estos años, lo que permitió el mantenimiento de la polémica durante un largo período de tiempo. Una prueba de ello es que sigamos utilizando la expresión "hipótesis de Avogadro" para designar la ley que afirma que volúmenes iguales de dos gases, en condiciones iguales de presión y temperatura, contienen el mismo número de moléculas. Cuando Amadeo Abogador, cuyo retrato aparece en el panel, y André Marie Ampère (1775-1836) formularon de modo independiente esta afirmación en los primeros años del siglo XIX, se trataba de una "hipótesis a priori", imposible de comprobar en la época. Sin embargo, su uso sistemático permitió a Stanislao Cannizaro (1826-1910) defender en el congreso de Karlsruhe en 1860 un sistema coherente de pesos atómicos. Los primeros valores de la "constante de Avogadro" fueron obtenidos por Joseph Loschmidt (1821-1895) en 1865, gracias al desarrollo de la teoría cinética de los gases, por lo que la IUPAC recomienda el símbolo L para esta constante.

La Química a Principios del Siglo XIX

La química aplicada a las artes:

El libro de José María de San Cristóbal y José Garriga i Buach Curso de Química general aplicada a las Artes fue publicado en París en los años 1804 y 1805. Pensionados por el gobierno de Carlos IV para ampliar estudios de química en París, San Cristóbal y Garriga publicaron en la capital francesa esta obra, con la ayuda de otros pensionados, como Manuel Esquivel de Sotomayor, que realizó algunos de los grabados del libro. Se trata de una de las primeras de su género publicadas en castellano y supone un esfuerzo por aplicar la nueva química a la mejora de las "artes" (vidriería, metalurgia, tintes, etc.). Sólo se publicaron dos de los cuatro volúmenes previstos. El laboratorio que aparece en el grabado perteneció al químico francés Nicolas-Louis Vauquelin (1763-1829), uno de los profesores de química en París de los autores del libro.

La química médica:

Mateu Josep Bonaventura Orfila i Rotger (1787-1853), que también obtuvo una pensión de estudios en París para estudiar química, es considerado habitualmente como el fundador de la toxicología moderna. Nació en Mahón, estudió química en la Universidad de Valencia y en la escuela de la Junta de Comercio de Barcelona, la cual le ofreció una pensión de estudios que le permitió viajar a París. Allí estudió química con Nicolas Vauquelin (1763-1829) y con Jacques Thenard (1777-1857) y se doctoró en medicina en la facultad de París, de la que llegó a ser decano. Desarrolló numerosos trabajos en el campo de la toxicología y la química médica y participó en la dirección del Journal de chimie médicale, de pharmacie et de toxicologie Su libro Éléments de chimie fue publicado por primera vez en 1817 en París y se convirtió en uno de los principales manuales de enseñanza de la química de la primera mitad del siglo XIX.

NACIMIENTO EN ESPECIALIDADES DE LA QUIMICA

La Química Inorgánica:

El tratado de química del sueco Jöns Jacob Berzelius (1779-1848) fue una de las obras de referencia más importantes para los químicos de la primera mitad del siglo XIX. Además de sus importantes contribuciones al desarrollo de la química inorgánica, Berzelius es recordado por haber introducido las modernas fórmulas químicas. Se expone el primer volumen de la traducción castellana de los Doctores D. Rafael Sáez y Palacios y D. Carlos Ferrari y Scardini que apareció en Madrid en 15 volúmenes entre 1845 y 1852.

La química orgánica:

Justus von Liebig (1803-1873) fue uno de los principales artífices del desarrollo de la química orgánica del siglo XIX. En la exposición puede contemplarse la traducción de su libro Química orgánica aplicada a la fisiología animal y a la patología..., que apareció en Cádiz en 1845. En el panel aparece también un grabado que representa a Liebig trabajando en su laboratorio y otro del laboratorio de Liebig en Giessen en 1842. Este laboratorio es considerado como uno de los centros más importantes de enseñanza de la química del período. En el estudiaron químicos tan importantes como A.W. Hofmann, Fresenius, Pettenkofer, Kopp, Fehling, Erlenmeyer, Kekulé, Wurtz, Regnault, Gerhardt, Williamson, O. Wolcott Gibbs, entre otros. También estudió con Liebig el español Ramón Torres Muñoz de Luna (1822-1890) que tradujo al castellano alguna obras del químico alemán.

Una de las contribuciones de Liebig en el campo de la química orgánica fue el desarrolló de métodos de análisis más precisos y seguros. El grabado inferior, procedente del Tratado elemental de química general y descriptiva de Santiago Bonilla publicado a finales de siglo, muestra un aparato basado en el método de Liebig para determinar carbono e hidrógeno en sustancias orgánicas. El procedimiento está basado en la propiedad del óxido cúprico de oxidar las sustancias orgánicas que con él se calientan para transformarlas en dióxido de carbono y agua. La sustancia que se desea analizar se deseca y pulveriza, se mezcla con el óxido de cobre y se calienta en el tubo de combustión hasta que se produce la combustión. El agua producida se recoge en tubos que contienen cloruro cálcico, mientras que el dióxido de carbono se recoge en el aparato de la siguiente ilustración, el cual contiene hidróxido de potasio.

Otra contribución fundamental en el desarrollo de la química orgánica de este período fue la introducción por parte de Berzelius del concepto de "isomerismo" y los estudios cristalográficos de Louis Pasteur (1822-1895) sobre los isómeros ópticos del ácido tartárico (ácido 2,3-dihidroxibutanodioico). El "tártaro" (un tartrato ácido de potasio) era bien conocido por los vinicultores como un sólido que se separaba del vino durante la fermentación. El ácido tartárico, constituyente normal de la uva, fue aislado en el siglo XVIII y estudiado por K. G. Scheele. A principios del siglo XIX, se encontró un tipo especial de este ácido que tenía un comportamiento algo diferente del ácido tartárico conocido hasta la fecha, que Gay-Lussac denominó "ácido racémico", del latín racemus (uva). Posteriores análisis mostraron que el ácido tartárico giraba el plano de polarización de la luz polarizada hacia la derecha (actividad óptica dextrógira), mientras que el ácido racémico era ópticamente inactivo. Los estudios cristalográficos de Eilhard Mitscherlich (1794-1863) sobre los tartratos de sodio y amoníaco guiaron las investigaciones del joven Louis Pasteur (1822-1895), en ese momento alumno de la Ecole Normale supérieure en París. En 1848, Louis Pasteur separó los dos tipos de cristales que formaban el ácido racémico y comprobó que eran imágenes especulares uno de otro. Una de estas formas cristalinas coincidía con los cristales del tartrato y desviaba el plano de polarización la luz hacia la derecha, mientras que el otro cristal lo desviaba hacia la izquierda. También comprobó que cuando se disolvían cantidades iguales de ambos cristales, la disolución resultante era ópticamente inactiva.

La Química Analítica:

El desarrollo de la química analítica a mediados del siglo XIX aparece con las obras de Heinrich Rose (1795-1864) y Karl Remegius Fresenius (1818-1897). Heinrich Rose fue profesor de química en la Universidad de Berlín, desde donde realizó numerosas contribuciones a la química, entre ellas el descubrimiento del niobio. Su libro Handbuch der analytischen Chemie apareció publicado en Berlín en 1829 y fue reeditado en numerosas ocasiones durante todo el resto del siglo. Al contrario de lo que había sido habitual hasta ese momento, Rose trató cada elemento en un capítulo separado en el que indicaba sus correspondientes reacciones analíticas, esquema que hemos conservado hasta la actualidad. El proceso de análisis de Rose se abría con el uso del ácido clorhídrico que permitía identificar la plata, mercurio y plomo. Seguía la precipitación con ácido sulfhídrico para continuar con sulfato de amonio y, finalmente, hidróxido de potasio. La traducción castellana de la obra de Rose que aquí exponemos fue realizada por el médico catalán Pere Mata i Fontanet (1811-1877), discípulo de Mateu Orfila que realizó una notable producción en el campo de la toxicología.

Como he dicho anteriormente, K.R. Fresenius (1818-1897) estudió química en el laboratorio de Liebig en Giessen. En 1841 publicó su Anleitung zur qualitativen chemischen Analyse cuya traducción castellana aparecida en 1853 se expone. Tanto esta obra como la que dedicó más tarde al análisis cuantitativo, fue reeditada y traducida en numerosas ocasiones, con sucesivas revisiones del autor para recoger los últimos adelantos, lo que permite considerarla como una de las principales obras de química analítica del siglo XIX. También publicó la primera revista dedicada a la química analítica: Zeitschrift für analytische Chemie que comenzó a aparecer en 1862. Las traducciones al castellano más completas de la obra de Fresenius fueron publicadas en Valencia gracias a la labor del médico Vicente Peset y Cervera (1855-1945).

La Química Física:

La química física no se constituyó como especialidad independiente hasta finales del siglo pasado y principios del actual. A pesar de ello, durante todo el siglo XIX se realizaron notables aportaciones a algunos de los campos que habitualmente suelen reunirse bajo la química física como la termoquímica, la electroquímica o la cinética química.

El Sistema Periódico de los Elementos

El historiador de la ciencia J.W. van Spronsen distingue tres grandes períodos en la creación del sistema periódico de los elementos. En primer lugar, durante todo la primera mitad del siglo XIX los químicos calcularon los pesos atómicos de los elementos y acumularon una gran cantidad de datos experimentales. Durante estos años, se produjeron ya algunos intentos de relacionar los pesos atómicos con las propiedades de los elementos, la más conocida de las cuales son las "triadas" de Johann Wolfgang Döbereiner. Döbereiner comprobó que en algunos grupos de elementos con propiedades química análogas, como los halógenos bromo, cloro y yodo, el peso atómico de uno de estos elementos era igual a la semisuma de los pesos atómicos de los otros dos:

Br = (Cl + I)/2 = (35.470 + 126.470)/2 = 80.470

Sin embargo, la creación de un sistema en el cual todos los elementos se encuentran ordenados de acuerdo con el peso atómico creciente y donde los elementos con propiedades análogas ocupan columnas o grupos, no tuvo lugar hasta la década de los años sesenta del siglo pasado. A pesar de la imagen que suele repetirse en los algunos libros de texto, el descubrimiento del sistema periódico de los elementos debe ser considerado como un descubrimiento múltiple realizado por investigadores de varios países que, en algunos casos, no tenían conocimiento de los trabajos del resto.

Puedo considerar el trabajo del francés Alexandre Emile Béguyer de Chancourtois (1820-1886) como una de las primeras aportaciones en este sentido. Su vis tellurique, que se encuentra reproducida en nuestra exposición, apareció publicada en 1862. Representa un cilindro sobre cuyas caras se han colocado los elementos en orden creciente de números atómicos, de modo que los elementos con propiedades análogas, como el oxígeno, azufre, selenio y teluro, ocupan una columna. Entre 1862 y 1871, se propusieron sistemas periódicos semejantes por diversos autores como John Alexander Reina Newlands (1837-1898), William Odling (1829-1921), Gustavus Detlef Hinrichs (1836-1923), Julius Lothar Meyer (1830-1895) y el ruso Dimitri Ivanovith Mendeleieff (1834-1907).

En un panel de la exposición puede contemplarse una reproducción de un manuscrito de Mendeleieff con una de las primeras versiones de su sistema periódico, así como una versión impresa posterior. Mendeleieff consideraba que la relación entre los pesos atómicos y las propiedades de los elementos constituía una "ley periódica", lo que le llevó a dejar huecos para elementos aún no descubiertos, de los que predijo algunas de sus propiedades.

Si este segundo período de la historia del sistema periódico de los elementos puede denominarse como el "período de descubrimiento", el siguiente lo podemos denominar como el "período de explicación". En efecto, sólo con la introducción del concepto de "número atómico" y con la aclaración de estructura electrónica de los átomos, gracias a la mecánica cuántica, ha sido posible explicar las características de este sistema periódico descubierto por los químicos de la segunda mitad del siglo XIX.

Los Modelos Atómicos y el Desarrollo de la Mecánica Cuántica

Las investigaciones sobre la interacción entre la luz y la materia y sobre los espectros atómicos, el descubrimiento de la radiactividad, los estudios sobre la relación entre la electricidad y la materia y las conclusiones obtenidas del análisis de los llamados Cathodenstrahlen (rayos catódicos) producidos en los tubos de vacío fueron, entre otras muchas causas, el punto de partida de los modelos atómicos de principios del siglo XX.

En 1897, Joseph John Thomson (1856-1940) publicó varios artículos en los que estudiaba la desviación de los rayos catódicos provocada por un campo eléctrico creado dentro del tubo. Thomson pudo calcular el cociente entre carga y masa de las partículas que formaban los rayos catódicos y comprobó que era independiente de la composición del cátodo, del anticátodo o del gas del tubo. Se trataba -concluyó Thomson- de un componente universal de la materia. Hoy denominamos a estas partículas que constituyen los rayos catódicos "electrones". Thomson se convirtió en defensor de un modelo atómico que consideraba el átomo de hidrógeno como una esfera cargada positivamente, de unos 10-10 m, con un electrón oscilando en el centro. Al igual que pasó con los rayos catódicos, la naturaleza de los rayos descubiertos por Wilhem Conrad Röntgen en 1895 fue motivo de controversia en los primeros años de su descubrimiento. El carácter misterioso de sus propiedades llevó a Rönteg a denominarlos "rayos X". Los rayos X suscitaron el interés de numerosos investigadores, entre ellos el francés Antoine Henri Becquerel (1852-1908). Becquerel estudió las características de los rayos emitidos por las sales de uranio y observó, casualmente, que eran capaces de impresionar una placa fotográfica sin intervención de la luz solar. En 1897, la joven polaca Marie Sklodovska, que había contraído matrimonio dos años antes con Pierre Curie, profesor de la Ecole de Physique et de Chimie de Paris, eligió como tema de su tesis doctoral el estudio de los rayos uránicos de Becquerel. Un año después Pierre y Marie Curie anunciaron el descubrimiento de dos elementos más radiactivos que el uranio: el polonio y el radio.

En 1895, Ernest Rutherford (1871-1937) comenzó a trabajar sobre las características de la radiación emitida por las sustancias radiactivas en el laboratorio de J. J. Thomson, un tema que también estaban estudiando el matrimonio Curie. En el curso de su estudio comprobó la existencia de dos tipos de radiaciones diferentes que denominó a y b. Años más tarde, en su laboratorio de Manchester, Hans Geiger y Ernest Marsden, colaboradores de Rutherford, lanzaron partículas a contra placas delgadas de diversos metales y, sorprendentemente, comprobaron que una pequeña fracción [una de entre 8.000] de las partículas a que llegaban a una placa metálica volvían a aparecer de nuevo en el lugar de partida. Rutherford consideró que el modelo atómico de Thomson era incapaz de explicar estas desviaciones y en abril de 1911 propuso un modelo atómico que trataba de explicar esta experiencia. El modelo, que había sido propuesto anteriormente por el investigador japonés Hantaro Nagaoka, consistía en un núcleo central (una esfera de 3x10-14 m de radio) que podía estar cargado positiva o negativamente, rodeado de una "esfera de electrificación" de unos 10-10 m de radio, con la misma carga, pero de signo opuesto, que el núcleo. Este modelo tenía un problema obvio: las cargas eléctricas girando alrededor del núcleo debían tener una aceleración producida por este movimiento circular y, por lo tanto, deberían emitir radiación y perder energía hasta caer en el núcleo. Dicho en otras palabras, el modelo era inestable desde el punto de vista de la física clásica.

Los estudios sobre los espectros de emisión y absorción de los diferentes elementos y compuestos eran realizados de modo sistemático desde los trabajos de Bunsen y Kirchhoff que dieron lugar al primer espectroscopio en 1860, asunto que tratamos en nuestra exposición en el apartado dedicado al desarrollo de la espectroscopía. A finales del siglo XIX, tras numerosas propuestas anteriores, Robert Rydberg (1854-1919) pudo proponer una fórmula general para los valores las longitudes de onda de las rayas espectrales del hidrógeno:

1/l = R [(1/n1)2 - (1/n2)2]

En la que n1 y n2 eran números enteros y R la constante de Rydberg cuyo valor es de 1.097 · 107 m-1. Se trataba de una ley empírica para la cual no existió una explicación teórica aceptable hasta el desarrollo del modelo atómico de Niels Bohr (1885-1962) a principios del siglo XX.

Un ejemplo de las ideas existentes sobre el enlace químico a principios de siglo, antes del desarrollo de la mecánica cuántica, son los modelos de Gilbert Newton Lewis (1875-1946). Estos modelos, popularizados por químicos como Irving Langmuir, siguen siendo utilizados para explicar algunas características de los enlaces químicos, a pesar de que han sido superadas muchas de las ideas que sirvieron a su autor para proponerlos en 1916.

Instrumentos Científicos utilizados en la Química

El Desarrollo de la Espectroscopia:

Aunque anteriormente se habían realizado notables aportaciones en este campo, se puede considerar que la espectroscopia moderna parte de los trabajos desarrollados en 1859 por Robert Wilhelm Eberhard Bunsen y Gustav Robert Kirchhoff , profesores de química y de física en la Universidad alemana de Heidelberg, respectivamente. Kirchhoff estaba interesado por los problemas de la óptica, mientras que Bunsen había trabajado anteriormente en los análisis cualitativos de elementos basados en el color de la llama.

En 1857, Bunsen construyó un mechero de gas que producía una llama sin humo y que podía ser fácilmente regulada. En la exposición aparecen varios de estos "mecheros Bunsen", cuyo esquema aparece representado en el panel dedicado al desarrollo de la espectroscopía.

El uso del espectroscopio permitió a los químicos del siglo XIX detectar sustancias que se encontraban en cantidades demasiado pequeñas para ser analizadas con procedimientos químicos tradicionales. Los nombres de algunos elementos, como el rubidio, cesio, talio e indio, descubiertos gracias a la aplicación de esta nueva técnica de análisis, recuerdan el color de sus líneas espectrales características. En la lámina coloreada con los espectros de emisión de los elementos puede observarse la línea espectral característica del cesio que es de color azul celeste. A partir de esta propiedad, se acuñó el nombre de este Historia de la química
elemento que procede del adjetivo latino caesius que significa "azul claro".

El Colorìmetro:

El colorímetro es un aparato basado en la ley de absorción de la luz habitualmente conocida como de "Lambert-Beer". En realidad, estos dos autores científicos nunca llegaron a colaborar puesto que un siglo separa el nacimiento de ambos. Lambert (1728-1777) realizó sus principales contribuciones en el campo de la matemática y la física y publicó en 1760 un libro titulado Photometria, en el que señalaba la variación de la intensidad luminosa al atravesar un rayo de luz un cristal de espesor "d" podía establecerse como I = Io · e-kd, siendo "k" un valor característico para cada cristal. En 1852, August Beer (1825-1863) señaló que esta ley era aplicable a soluciones con diversa concentración y definió el coeficiente de absorción, con lo que sentó las bases de la fórmula que seguimos utilizando actualmente: ln(I/Io) = -kcd

k = Coeficiente de absorción molecular, característico de la sustancia absorbente para la luz de una determinada frecuencia.

c = Concentración molecular de la disolución

d = Espesor de la capa absorbente

Esta propiedad comenzó a ser utilizada con fines analíticos gracias a los trabajos de Bunsen, Roscoe y Bahr, entre otros.

Balanza analítica:

La balanza ha sido un instrumento utilizado tradicionalmente por los cultivadores de la química a lo largo del tiempo. Algunos autores suelen considerar la obra de Antoine Lavoisier como el punto de partida del empleo sistemático de las balanzas en química, gracias al uso del principio de conservación de la masa. Hemos visto en nuestra exposición que esta afirmación no es totalmente correcta puesto que la balanza era un instrumento fundamental de trabajo de los "ensayadores de metales", como lo demuestra el libro de Juan de Arfe expuesto, una de cuyas láminas representa una balanza. En cualquier caso, podemos afirmar que el establecimiento de las leyes químicas cuantitativas a finales del siglo XVIII y principios del siglo XIX supuso un mayor protagonismo de la balanza dentro de la química. El desarrollo de los métodos gravimétricos de análisis durante el siglo XIX obligó a la búsqueda de balanzas más cómodas y precisas para el trabajo cotidiano de los químicos. En la exposición se puede contemplar una balanza analítica de este siglo que fue utilizada en la Facultad de Ciencias de Valencia.

El Polarìmetro:

El fenómeno de la polarización de la luz era conocido desde los trabajos de Christian Huygens (1629-1695) pero fue estudiado a fondo por Jean Baptiste Biot (1774-1862) a principios del siglo XIX. Tras estudiar el fenómeno sobre un cristal de cuarzo, Biot encontró la existencia de sustancias que giraban el plano de polarización de la luz hacia la derecha (dextrógiras) y otras que lo hacían hacia la izquierda (levógiras). Los primeros polarímetros fueron diseñados en los años cuarenta del siglo pasado, gracias al uso de los prismas ideados en 1828 por William Nicol (1768-1851), El desarrollo comercial del polarímetro tuvo lugar en Alemania y Francia, debido a su valor en el análisis del azucar, lo que llevó a desarrollar un tipo especial de polarímetros, especialmente adaptados para estos análisis, que se denominaron sacarímetros.

El principio del polarímetro es muy simple, como puede comprobarse a través de la luz introducida es polarizada en un plano determinado mediante el polarizador (A) y luego se hace pasar a través de la disolución de la sustancia que se pretende analizar. A continuación, esta luz pasa por un nuevo polarizador (C) que deberá estar colocado en la posición adecuada para permitir el paso de la luz hasta el objetivo (F), para lo cual se dispone de un sistema que permite girarlo alrededor de un eje. Gracias a la lente (D), podemos leer en el círculo (EE) el ángulo que es necesario girar el segundo polarizador para obtener un máximo de intesidad luminosa. Si medimos este ángulo cuando el recipiente está vacío y cuando el recipiente está lleno con una sustancia opticamente activa, la diferencia entre ambos valores nos permite calcular el poder rotatorio de la disolución.

El poder rotatorio de una disolución de una sustancia depende del espesor de la capa atravesada, la naturaleza de la sustancia analizada, la concentración de la disolución, la longitud de onda de la luz y la temperatura. Si conocemos la rotación ([a]tl) producida por un disolución de 1 g/ml de la sustancia en una columna de líquido de 1 decímetro de longitud para una longitud de onda fija (l), podemos determinar la concentración de la muestra analizada a través de la fórmula:

[a] = [a]tl · l· c

Donde [a]tl es el poder rotatorio específico de la sustancia correspondiente para una temperatura y una longitud de onda determinada, que normalmente suele ser la línea D del sodio. [a] es la rotación producida por una columna de líquido de longitud "l" (dm) y concentración "c" (g/ml).

El polarímetro que se expone utiliza un método más exacto para el cálculo de rotación del plano de rotación de la luz, mediante el uso de tres polarizadores. Se trata de un modelo conocido como "polarímetro de Lippich".

Bibliografía

Internet:

WWW.LEVITY.COM/ALCHEMY/HOME.HTML

WWW.WOODROW.ORG/TEACHERS/CI/1992/

WWW.TODOQUIMICA.COM

WWW.CRECES.CL

WWW.ICARITO.CL

WWW.NONOGRAFIAS.COM

WWW.UV.ES/_BERTOMEU

ENCICLOPEDIA DE LA CIENCIA

LIBRO DE QUIMICA 1ª MEDIO SANTILLANA

Tabla con símbolos empleados en las obras de química de principios del siglo XVIII.

En él aparecen los cuatro elementos: Agua, Aire, Tierra y Fuego, que incluyen en un círculo interior la "quinta esencia" y están rodeados por el "fuego celeste" y el "éter".