([Ciencias de Joseleg] [Química] [La materia] [El átomo químico] [Ejercicios resueltos] [Introducción] [Generalidades] [El atomismo filosófico] [Introducción a las leyes ponderales] [Ley de la conservación de la masa] [Ley de las proporciones definidas] [Ley de las proporciones recíprocas] [Ley de las proporciones múltiples] [Teoría atómica de Dalton] [Postulado de composición] [Postulado de identidad atómica] [Postulado de identidad molecular] [Postulado de asociación] [Postulado de la ecuación química] [Pesos atómicos] [La hipótesis de Avogadro] [La técnica de Cannizzaro] [Del molécula-gramo al mol] [Del mol a la cantidad de sustancia] [Historia de la teoría cinética] [Modelo matemático de la teoría cinética] [Estequiometría de composición] [Ley de Dulong y Petit] [Referencias]
Aunque en los textos de química el primer modelo del átomo
que se representa es la esfera de Dalton y se mencionan solo de pasada las
ideas griegas, hay que resaltar que dichos filósofos pensaron bastante sobre el
problema, y un autor generalmente excluido es Platón aun cuando es el primero
en dibujar un posible modelo del átomo para los diferentes tipos de sustancia.
Aunque dicho intento pueda parecer risible, en el fondo la idea de la tabla
periódica vista a través de los modelos del átomo es la misma idea, explicar
las sustancias a través de la posible estructura de un átomo.
El átomo griego
Figura 3‑1.
Leucipo (en griego, Λεύκιππος, "Leúkippos") fue un
filósofo griego (Mileto, Jonia) del siglo V a.C. a quien se atribuye la
fundación del atomismo, al parecer fue "el primero en poner en tela de
juicio la suposición aparentemente natural que afirma que cualquier trozo de
materia, por muy pequeño que sea, siempre puede dividirse en otros trozos aún
más pequeños".1 Él afirmaba que llegaba un momento en que dicha división
llegaba a un fin.
Figura 3‑2.
Demócrito (en griego:
Δημόκριτος; Abdera, Tracia, c. 460 a. C.-c. 370 a. C.) conocido también como El
filósofo risueño, fue un filósofo y matemático griego que vivió entre los
siglos V-IV a. C.12 Discípulo de Leucipo, se le llama también «el filósofo
que ríe». Pensador con un amplio campo de intereses, es especialmente recordado
por su concepción atomista de la materia.
Leucipo,
Epicuro y Demócrito
En el siglo V antes de cristo, Leucipo y su discípulo
Demócrito propusieron que: Toda la materia está compuesta por partículas
pequeñas e indivisibles llamadas átomos. Este es el fundamento de toda teoría
atómica, sin embargo, ellos la postularon para poder reconciliar dos escuelas
filosóficas que ya hemos tratado con anterioridad, la escuela de Heráclito
y el cambio constante; y la escuela de Parménides y la esencia eterna. Básicamente
los átomos son esa esencia eterna, que nunca cambia, que no se crea ni se
destruye, pero a diferencia de Parménides, Demócrito y su maestro sostienen que
el vacío existe. Los átomos al moverse en el vacío pueden cambiar sus
asociaciones permitiendo el cambio constante del que hablaba Heráclito. En
resumen, los átomos de Demócrito eran las partículas esenciales de Parménides
cuyos movimientos en el vacío explicaban las ideas de Heráclito (Van Melsen, 2004).
El
átomo de Platón
Pocos conocen que Platón postuló un modelo del átomo –con
partículas subatómicas incluidas –así como un intento de descripción
matemático-filosófica.
Figura 3‑3. Los
átomos platónicos o stoicheias.
El atomismo de Platón era mecánico-materialista, es decir,
átomos que estaban compuestos por partículas más fundamentales. Esta noción
indica que los griegos estaban ya abiertos a la posibilidad de que el átomo
“que significa indivisible” no fuera tan indivisible después de todo. En
el Timeo, Platón (Friedlander, 2015) sostiene que los cuatro elementos estaban
formados por cuatro tipos de átomos cuyas formas mecánicas explicaban las
propiedades de los elementos que los componían –idea que será retomada en el
siglo XVIII con poco éxito. Los átomos de platón son sólidos geométricos:
👉 El Cubo (A)
conformaba los sólidos, es decir la Tierra debido a que la base sólida
conferiría estabilidad.
👉 El Tetraedro (B)
fue asignado al Fuego debido a que sus puntas penetrantes podrían descomponer
las uniones de los átomos de la Tierra.
👉 El Octaedro (C)
fue asignado al Agua debido a que sus bordes menos prominentes lo hacen menos
estable para formar estructuras fijas.
👉 El Icosaedro (D)
fue asignado al Aire debido a que posee puntas aún más redondeadas y por lo
tanto seria menos estable que el octaedro.
Cada átomo de los cuatro elementos platónicos estaba a su
vez compuesto por partículas subatómicas, en este caso triángulos. Los
triángulos se convertían en la verdadera esencia de las cosas, los átomos
podían descomponerse, y de esta forma explicarse porque lo sólido podía
convertirse en líquido –ofreciendo una explicación para la
transmutación/reacción química (Cornford, 2000; Lloyd, 2012).
El átomo vs Aristóteles
De cierta forma Carl Sagan fue bastante injusto con
Aristóteles sobre el asunto del átomo (Malone, Sagan, Druyan, & Soter, 1980). Por muchos años yo también
años juzgué los argumentos de Aristóteles sobre el atomismo solo como
aseveraciones basadas en la Autoridad. Sin embargo, el punto de vista de
Aristóteles es evidentemente pragmático y atento a la experiencia sensible, es
decir, la visión de Aristóteles debería ser el punto de vista intuitivo con el
que debería llegar cualquier individuo que nunca ha estado expuesto a la idea
del átomo por películas o educación básica.
Figura 3‑4.
Platón En griego antiguo: Πλάτων, Plátōn; Atenas o Egina, c.
427-347 a. C.) fue un filósofo griego seguidor de Sócrates y maestro de
Aristóteles. En 387 fundó la Academia, institución que continuaría su marcha
a lo largo de más de novecientos años y a la que Aristóteles acudiría desde
Estagira a estudiar filosofía alrededor del 367, compartiendo, de este modo,
unos veinte años de amistad y trabajo con su maestro
Aristóteles no aceptó la idea de Platón a cerca del mundo de
las ideas, es decir del mundo alejado de los sentidos, y todo lo perteneciente
a este mundo –como sus átomos mecánicos –fue desechado. Para Aristóteles la
materia era tal y como se manifestaba, es decir continua, cuando uno ve un
bloque de hierro, uno no ve segmentos de hierro, todo es continuo, sin partículas
evidentes. Esta postura opuesta al mecanicismo discreto se denomina
hilomorfismo (Verdejo, 2012). El hiloformismo dice que la materia es continua
y sus transformaciones se explican por el cambio de la manifestación de los
potenciales de la materia (Hesse & Anderson, 1992; Lloyd & Lloyd, 1968; Pohle, 1971).
Figura 3‑5.
Aristóteles. (En griego antiguo: Ἀριστοτέλης Aristotélēs;
Estagira, 384 a. C.-Calcis, 322 a. C.) fue un filósofo, polímata y científico
nacido en la ciudad de Estagira, al norte de Antigua Grecia aunque manteniendo
fuertes lazos con Macedonia. Es considerado junto a Platón, el padre de la
filosofía occidental. Sus ideas han ejercido una enorme influencia sobre la
historia intelectual de Occidente por más de dos milenios.
En el contexto griego no había posibilidad de poner a prueba
el atomismo, para ello se requeriría un mejor desarrollo en la neumática, que
es la tecnología que permite la manipulación de los gases. Estas tecnologías no
estaban de hecho lejos de su alcance, pero las guerras helenísticas y factores
sociales como la esclavitud en la Alejandría egipcia impidieron en su tiempo (Ferguson, 2015). Debido a la imposibilidad de poner a prueba el
atomismo o de obtener aplicaciones prácticas de esta idea, esta fue olvidada
por muchos años en favor del hiloformismo aristotélico, que impulsó vanamente
la investigación alquímica por siglos (Eliade, & Ledesma, 1974). En paralelo, la teoría de
Aristóteles sobre la manifestación del potencial de la materia dio apoyo a las
ideas de transmutación de cuerpos materiales continuos, lo que conllevó al
desarrollo de la alquimia en las culturas donde su filosofía fue influyente: el
Cristianismo y el Islam (Eliade, & Ledesma, 1974).
El átomo en el renacimiento
En clase, cuando vas describiendo la historia del átomo por lo
general hay un hecho notable, y es un salto cualitativo entre Demócrito y
Aristóteles hasta Dalton, como si la palabra de Aristóteles se hubiese tomado
al dedillo durante la edad media y el renacimiento hasta llegar mágicamente a
Dalton. Aunque esta idea va en consonancia con la leyenda de un autoritarismo
severo por parte de los académicos eclesiásticos que tomaron a Aristóteles como
la gran autoridad de la antigüedad, la verdad –por lo menos para el atomismo
–no fue tan severa, después de todo los átomos no reñían con las doctrinas
cristianas –por lo menos hasta donde tengo entendido. En consecuencia, el
atomismo como escuela de pensamiento siguió viva, y sus principales defensores
empiezan a ser ev identes ya en el siglo XVII, y autores tan
importantes como Galileo Galilei o René Descartes dedicaron tiempo a la idea
del átomo.
El átomo de Galileo
Figura 3‑6.
Galileo Galilei (Pisa,
Toscana; 15 de febrero de 15644-Arcetri, Toscana; 8 de enero de 1642) fue un
astrónomo, filósofo, ingeniero, matemático y físico italiano, relacionado
estrechamente con la revolución científica. Eminente hombre del Renacimiento,
mostró interés por casi todas las ciencias y artes (música, literatura,
pintura). Sus logros incluyen la mejora del telescopio, gran variedad de
observaciones astronómicas, la primera ley del movimiento y un apoyo
determinante a la «Revolución de Copérnico». Ha sido considerado como el «padre
de la astronomía moderna», el «padre de la física moderna» y el «padre de la
ciencia».
Aunque en principio el atomismo no pareciera plantear un
problema serio para la doctrina cristiana sí que lo hacía. La Transmutación y
la transubstanciación eran fenómenos filosóficamente similares que eran
explicados por la teoría de Aristóteles. El problema con el atomismo es que
niega una transubstanciación radical de los materiales ya que los átomos son
eternos y no cambian –según las ideas de Demócrito. Algunos autores
sostienen que las ideas de Galileo sobre el atomismo y la transubstanciación
fueron las que lo mandaron con la inquisición y no el asunto del sistema
copernicano. Esto se debe a que la doctrina cristiana dictaminaba literalmente
que la hostia y el vino durante la eucaristía literalmente se transformaban con
toda su esencia en el cuerpo y la sangre de Cristo (Glausser, 1991; Meinel, 1988). Sea como fuere los
instrumentos de Galileo le impidieron encontrar evidencia experimental de los
átomos.
El átomo de Descartes
La filosofía mecanicista de Descartes plantea que todo lo que existe resulta de la unión mecánica de partes que conforman el todo, en este sentido es una filosofía muy similar al atomismo y es considerada en varios sentidos otra versión de la misma (Lennon, 2014).
Figura 3‑7.
René Descartes También llamado Renatus Cartesius (en escritura
latina) (La Haye en Touraine, 31 de marzo de 1596-Estocolmo, Suecia, 11 de
febrero de 1650), fue un filósofo, matemático y físico francés, considerado
como el padre de la geometría analítica y de la filosofía moderna, así como uno
de los epígonos con luz propia en el umbral de la revolución científica.
Descartes pensaba que toda la materia debía estar compuesta
de pequeños vórtices de materia, al igual que los primeros atomistas Descartes
pensaba que las propiedades macroscópicas de la materia eran solo ilusiones
causadas por las estructuras de estos vórtices de materia. Sin embargo,
existen dos diferencias entre el atomismo clásico y el atomismo de Descartes.
La primera es el concepto de vacío que para Descartes era imposible, para
Descartes la materia se mueve a través de otra materia
Otro aspecto importante del pensamiento de Descartes es que
no es completamente materialista, de esta forma en su teoría da espacio para
fenómenos idealistas como el alma y Dios (Garber, 1987; Glausser, 1991; Lennon, 1993; Meinel, 1988; Zepeda, 2009).
El átomo de Gassendi
Figura 3‑8.
Pierre Gassendi (Champtercier, Provenza; 22 de enero de
1592-París, 24 de octubre de 1655) fue un sacerdote católico francés, filósofo,
astrónomo y matemático.
Pierre Gassendi fue un sacerdote Católico de Francia que
también era un curioso filósofo natural (Lennon, 2014).
Gossendi se encontraba trabajando en paralelo con Descartes a cerca de la
composición última de la materia intrigado por el atomismo clásico, se puso a
la tarea de liberarlo de sus conclusiones filosóficas heréticas y ateísticas
para de esta forma hacerlo concordante con la doctrina cristiana (Dijksterhuis & Dikshoorn, 1969).
Gassendi formuló una teoría atomista de la filosofía
mecanicista parcialmente en respuesta a Descartes, oponiéndose particularmente
a la idea reduccionista de que solo las explicaciones mecánicas son válidas en
la filosofía natural (Clericuzio, 2000).
El átomo newtoniano
El Corpuscularianismo –átomo newtoniano –es una filosofía
similar al atomismo, excepto que donde los átomos se suponían indivisibles, los
corpúsculos se los asumía como divisibles. De esta forma se ofrecía otra
explicación para la transmutación, ya que un material como el mercurio podría
en principio alterar los corpúsculos del plomo y convertirlo en oro (Newton, 1718).
Gran parte de los problemas del átomo Newtoniano fue su pretensión de reducir
las propiedades de la materia continua a formas geométricas del corpúsculo, lo
que con frecuencia llevaba a formar modelos atómicos tan complejos que
resultaban inviables. La física de los newtonianos estaba especialmente
organizada para lidiar con fenómenos simples y relaciones entre variables no
selectivas, por el contrario las relaciones químicas son muy selectivas y
modelar esto resultaba muy complejo (Bernal & Daza, 2010).
Figura 3‑9.
Isaac Newton (Woolsthorpe,
Lincolnshire; 25 de diciembre de 1642jul./ 4 de enero de 1643greg.-Kensington,
Londres; 20 de marzojul./ 31 de marzo de 1727greg.) fue un físico, teólogo,
inventor, alquimista y matemático inglés. Es autor de los Philosophiæ naturalis principia mathematica, más conocidos como los Principia,
donde describe la ley de la gravitación universal y estableció las bases de la
mecánica clásica mediante las leyes que llevan su nombre. Entre sus otros
descubrimientos científicos destacan los trabajos sobre la naturaleza de la luz
y la óptica (que se presentan principalmente en su obra Opticks), y en
matemáticas, el desarrollo del cálculo infinitesimal.
En cualquier caso el “átomo newtoniano” se mantuvo como la
teoría dominante por casi 100 años reteniendo sus vínculos con la alquimia en
los trabajos de filósofos naturales como Robert Boyle e Isaac Newton (Levere, 2001).
Un ejemplo de esto, es que Newton empleó la teoría corpuscular para crear una
teoría corpuscular de la luz (Sabra, 1981)
o mucho más básico para crear el modelo reduccionista del móvil corpuscular
sobre el cual se crea la cinemática. Boyle asumió un modelo híbrido entre las
propuestas de Newton, Descartes y Gassendi demostrando que algunos problemas
provenientes de la nueva rama de la neumática podían explicarse mediante una
teoría corpuscular-atómica (Boyle, 1911).
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