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La
palabra química proviene de la alquimia, que se refería a un conjunto anterior
de prácticas que abarcaban elementos de la química, la metalurgia, la
filosofía, la astrología, la astronomía, el misticismo y la medicina.
Figura 8‑1. 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.
A menudo
se considera vinculado a la búsqueda de convertir el plomo u otro material de
partida común en oro. La palabra moderna alquimia a su vez se deriva de la
palabra árabe al-kīmīā (الکیمیاء). En origen, el término está tomado del griego χημία o χημεία.
Esto puede tener orígenes egipcios ya que al-kīmīā se deriva del griego χημία,
que a su vez deriva de la palabra Chemi o Kimi, que es el antiguo nombre en
egipcio. Alternativamente, al-kīmīā puede derivar de χημεία, que significa
"fundirse" (Brock,
2016; Jensen, 1998; Kuhn, 1952; Larrañaga, Lewis, & Lewis, 2016).
El concepto de química
La
definición de química ha cambiado con el tiempo, a medida que los nuevos
descubrimientos y teorías se agregan a la funcionalidad de la ciencia.
Figura 8‑2. Robert Boyle (Waterford, 25 de enero de 1627-Londres, 31
de diciembre de 1691)1 fue un filósofo natural, químico, físico e inventor.
También fue un prominente teólogo cristiano. Como científico es conocido
principalmente por la formulación de la ley de Boyle, además de que es
generalmente considerado hoy como el primer químico moderno y por lo tanto uno
de los fundadores de la química moderna. Su obra
El
término "química", en opinión del célebre científico Robert Boyle en
1661 (figura 8.2), significó el tema de los principios materiales de los cuerpos
mixtos. La definición de 1730 de la
palabra "química", tal como la usó Georg Ernst Stahl, significó el
arte de resolver cuerpos mixtos, compuestos o agregados en sus principios; y de
componer tales cuerpos a partir de esos principios. En 1837, Jean-Baptiste
Dumas consideró la palabra "química" para referirse a la ciencia
relacionada con las leyes y los efectos de las fuerzas moleculares. Esta definición evolucionó aún más hasta que,
en 1947, llegó a significar la ciencia de las sustancias: su estructura, sus
propiedades y las reacciones que las transforman en otras sustancias, una caracterización
aceptada por Linus Pauling. Más recientemente, en 1998, el profesor Raymond
Chang amplió la definición de "química" para significar el estudio de
la materia y los cambios que sufre (Brock,
2016; Jensen, 1998; Kuhn, 1952; Larrañaga et al., 2016).
La química va más allá de la humanidad
La
química es casi tan vieja como la humanidad, e incluso podría afirmarse que la
química va más allá de la humanidad, toda especie humana “primates
pertenecientes al género Homo” capaz de dominar el fuego sería
también capaz de realizar procesos de transformación de la materia, desde
procesos simples como endurecer la punta de un palo de madera al fuego, hasta
procesos realmente complejos.
Figura 8‑3. La química y la humanidad. Acostumbrados como estamos
a representar a los neandertales como machos de pelo en todas partes, es interesante
ver que también debían tener castas intelectuales, una tecnología no solo
requiere de “genios y sabios” para su desarrollo, sino de todo un colectivo que
estandariza, copia y transmite una determinada tecnología.
Investigaciones
recientes demuestran que otras especies humanas como el hombre de Neandertal
era capaz de realizar procesos de trasformación química complejos, como la
destilación de pegamento de alquitrán en medio anaeróbico para fijar las puntas
de piedra a sus lanzas de manera más firme empleando cascaras de huevo,
residuos vegetales, lodo y carbón ardiente (Kozowyk,
Soressi, Pomstra, & Langejans, 2017). Cualquier error haría arder el
contenido.
Figura 8‑4. Laboratorio y cocina. Los morteros son
instrumentos que han cambiado muy poco desde que fueron diseñados para crear
alimentos.
El
alquitrán es un pegamento poderoso útil para las puntas de lanza más robustas
que empleaban los neandertales. Pero el problema es que no es una sustancia que
se obtenga fácilmente, debido a que cualquier fallo provoca un incendio y la
obtención de cenizas en lugar del pegamento. La razón de esto es que el alquitrán
se obtiene al destilar o separar los aceites viscosos vegetales del agua y
otros líquidos volátiles de ámbar, muestras se savia o corteza vegetal. Todos
sabemos que, si calentamos muestras vegetales, se llega raídamente al punto de
ignición. Y al quemarse el material orgánico, lo que se obtienen son inútiles
cenizas en lugar del pegamento deseado. Para destilar ese pegamento es
necesario emplear un medio anaeróbico, que impida la presencia de oxígeno. Este
recipiente también podría llegar a quemarse debido a que posiblemente estaría
hecho de materia orgánica, así que un truco para lograr la transferencia de
calor es usar una capa de tierra aislante.
De esta
manera la llama se encendería sobre el montículo, pero la capa de tierra y el
recipiente impiden la entrada de oxígeno, y sin oxígeno la materia orgánica no
puede encenderse, lo que permite, la transformación del material natural, en
otro que no es tan natural, con propósitos tecnológicos y prácticos, una
imposición de la mente sobre la materia para fines concretos.
Se cree
que las habilidades para controlar con precisión las temperaturas del fuego y
para manipular las propiedades adhesivas requieren rasgos mentales avanzados.
Sin embargo, la importancia otorgada a la tecnología adhesiva en estos debates ha
superado rápidamente nuestra comprensión de la química del alquitrán de corteza
de abedul y su fabricación utilizando técnicas anteriores a la era de la
cerámica.
Es
posible obtener cantidades útiles de alquitrán combinando materiales y tecnología
ya en uso por los neandertales. No se requiere un recipiente de cerámica, y el
control de temperatura no necesita ser tan preciso como se pensaba. Sin
embargo, los neandertales deben haber sido capaces de reconocer ciertas
propiedades “químicas” de los materiales, como adherencia y
viscosidad. De esta manera, los equipos combinados de arqueólogos, antropólogos
y químicos han reinventado la tecnología de la producción de pequeñas trazas de
alquitrán equivalentes a las encontradas en el registro arqueológico del
Paleolítico Medio. En otras palabras, los seres humanos no somos los únicos en
planear cambios químicos para crear sustancias que en la naturaleza no existen,
es decir, una síntesis química.
Figura 8‑5. Adornos. La puerta de Isthar de Babilonia representa
uno de los usos más impresionantes del ladrillo azulejo en el mundo antiguo.
El animismo, entre la superstición
y la practicidad
El
fundamento teórico de estos primeros cambios era el animismo, los espíritus
eran convocados por el fuego y otras fuerzas para poder realizar las
transmutaciones de la materia, las fermentaciones de la cerveza para crear
alcohol a partir de bebidas endulzadas involucraba rituales, los creadores de
armas podían llegar a ser sacerdotes (Eliade,
& Ledesma, 1974), en Japón por ejemplo la bondad
o maldad del herrero se transfería a sus armas.
Quienes
controlan la química en esta época son fundamentalmente todos, pues solo se
necesita fuego para hacer cambios químicos simples, pero quienes destacarían
más en las primeras sociedades y posteriormente las primeras civilizaciones
serían los herreros, boticarios y médicos chamanes que dominan los materiales
naturales para crear armas, y medicamentos. Y, evidentemente, los cocineros,
que por muy poco tenidos en cuenta que estén en una historia de la química, es
más que evidentemente involucrados que los utensilios de cocina debieron ser
los mismos que los primeros utensilios de química, pues, en muchas cocinas lo
siguen siendo.
Sin
embargo, ninguno de estos oficios se desarrolla para el objeto de explicar los
fundamentos de los procesos, por lo que todos los instrumentos se crean para
solucionar problemas concretos con aplicaciones inmediatas en cada campo,
aunque eso no deja de implicar que instrumentos tan viejos y que proceden de
épocas prehistóricas como el mortero, aún se empleen en los laboratorios de
química más avanzados, o que de esta época procedan procesos químicos complejos
como la fabricación de ladrillos comunes o de azulejos.
Las
excavaciones arqueológicas continúan aportando pruebas del uso en Mesopotamia
de losas de tierra cocida (pintadas por la parte exterior y después barnizadas)
para pavimentar y decorar diferentes sectores de su arquitectura, desde los
sencillos hogares hasta los palacios imperiales. Así lo confirman y documentan
los descubrimientos hechos en diversos enclaves de la cultura del Imperio
Asirio o el Persa, con ejemplos importantes como los frisos de las murallas de
Babilonia, la fortaleza de Khorsabad, la antigua ciudad de Nínive, o el Palacio
de Susa.
La química griega
Las
primeras civilizaciones, como los egipcios babilonios, indios acumularon
conocimiento práctico sobre las artes de la metalurgia, la cerámica y los
tintes, pero no desarrollaron una teoría sistemática y abstracta. Una
hipótesis química básica surgió por primera vez en la Grecia clásica con la teoría de los cuatro elementos. Tal como Aristóteles propuso
definitivamente el fuego, el aire, la tierra y el agua eran los elementos
fundamentales a partir de los cuales todo se forma como una combinación de
estos.
El
atomismo griego data del 440 aC, surgiendo en obras de filósofos como Demócrito
(Figura 3) y Epicuro. En 50 aC, el filósofo romano Lucrecio amplió la teoría en
su libro De rerum natura (Sobre la
naturaleza de las cosas). A diferencia de los conceptos modernos de la ciencia,
el atomismo griego era de naturaleza puramente filosófica, con poca
preocupación por las observaciones empíricas y sin interés por los experimentos
químicos, aunque filósofos como Platón les dotaron de formas asociadas a los
elementos de Aristóteles en la forma de los estoiqueias. En el mundo
helenístico, el arte de la alquimia primero prolifera, mezclando magia y
ocultismo en el estudio de las sustancias naturales con el objetivo final de
transmutar elementos en oro y descubrir el elixir de la vida eterna. El
trabajo, en particular el desarrollo de la destilación, continuó en el período
bizantino temprano, siendo Zósimo de Panopolis un alquimista griego-egipcio su
exponente más famoso (Lloyd,
2012; Sherwood Taylor, 1937).
La química árabe
La alquimia continuó desarrollándose y practicándose
en todo el mundo árabe después de las conquistas musulmanas, y desde allí, y
desde los remanentes bizantinos, se difundió en la Europa medieval y
renacentista a través de traducciones latinas. Algunos químicos musulmanes
influyentes fueron Abū al-Rayhān al- Bīrūnī, Avicenna (Figura 4) y Al-Kindi,
quienes se opusieron al esoterismo y los cuatro elementos de la alquimia
clásica, particularmente la teoría de la transmutación de metales; y al-Tusi
describió una versión de la conservación de la masa, señalando que un cuerpo de
materia puede cambiar, pero no puede desaparecer.
Figura 8‑6. Avicena. Abū
‘Alī al-Husayn ibn ‘Abd Allāh ibn Sĩnã (en persa: ابو علی الحسین ابن عبدالله ابن
سینا; en árabe: أبو علي الحسین بن عبدالله بن سینا; Bujará, Gran Jorasán, c.
980-Hamadán, 1037). Fue médico, filósofo, científico, polímata, musulmán, de
nacionalidad persa por nacimiento. Escribió cerca de trescientos libros sobre
diferentes temas, predominantemente de filosofía y medicina.
El
desarrollo del método científico moderno fue lento y arduo, pero un método
científico temprano para la química comenzó a emerger entre los primeros
químicos musulmanes, a partir del siglo noveno el filósofo árabe ibn Hayyān
(conocido como "Geber" en Europa), que es a veces denominado "el
padre de la química", introdujo un enfoque sistemático y experimental para
la investigación científica basada en el laboratorio, en contraste con los
antiguos alquimistas griegos y egipcios, cuyas obras fueron en gran parte
alegórica y, a menudo ininteligible. Los alquimistas árabes se comunicaban
entre ellos y criticaban, lo cual implica la aparición de las primeras
comunidades científicas, con un lenguaje propio y problemas de investigación
comunes (Cobb
& Goldwhite, 2001).
Figura 8‑7. Antoine-Laurent de Lavoisier (París, Francia, 26 de
agosto de 1743 - ibídem, 8 de mayo de 1794) fue un químico, biólogo y
economista francés. Considerado el «padre de la química moderna» por sus
estudios sobre la oxidación de los cuerpos, el fenómeno de la respiración animal,
el análisis del aire, la ley de conservación de la masa o ley
Lomonósov-Lavoisier,2 la teoría calórica, la combustión y sus estudios sobre la
fotosíntesis.
La ilustración
Bajo la
influencia de los nuevos métodos empíricos propuestos por Sir Francis Bacon y
otros, un grupo de químicos en Oxford, Robert Boyle, Robert Hooke y John Mayow
comenzaron a remodelar las viejas tradiciones alquímicas en una disciplina
científica. Boyle, en particular, es considerado como el padre fundador de la
química occidental debido a su trabajo más importante, el texto clásico de la
química “El químico escéptico” (Boyle,
1911) donde se hace la diferenciación
entre las pretensiones de la alquimia y los descubrimientos científicos
empíricos de la nueva química. Formuló la ley de Boyle, rechazó los
"cuatro elementos" clásicos y
propuso una alternativa mecanicista de átomos y reacciones químicas que podrían
estar sujetos a un experimento riguroso (Brock,
2016; Jensen, 1998; Kuhn, 1952; Larrañaga et al., 2016).
Figura 8‑8. Georg Ernst Stahl (22 de octubre de 1659 - 24 de mayo de 1734) fue un químico,
médico y filósofo alemán. Apoyaba el vitalismo, y hasta finales del siglo XVIII
sus trabajos sobre el flogisto fueron aceptados como una explicación para los
procesos químicos.
Figura
8‑9. Sir Humphrey Davy, 1er Baronet,
(Penzance, Cornualles, Reino Unido, 17 de diciembre de 1778 - Ginebra,
Suiza, 29 de mayo de 1829) fue un químico británico, considerado el fundador de
la electroquímica, junto con Alessandro Volta y Michael Faraday.
El flogisto, el átomo y la química de
gases
La
teoría del flogisto (una sustancia en la raíz de toda la combustión) fue
propuesta por el alemán Georg Ernst Stahl (Figura 5) a principios del siglo
XVIII y fue anulada por el químico francés Antoine Lavoisier (Figura 6), el
análogo químico de Newton en el siglo pasado para la Física; quien hizo más que
ningún otro para establecer la nueva ciencia sobre una base teórica adecuada,
elucidando el principio de la conservación de la masa y desarrollando un nuevo
sistema de nomenclatura química utilizado hasta el presente, también
enfocándose en el desarrollo de textos de enseñanza para popularizar su punto
de vista.
Antes de
su trabajo, sin embargo, se habían hecho muchos descubrimientos importantes,
específicamente relacionados con la naturaleza del "aire" que se
descubrió que estaba compuesto por muchos gases diferentes. El químico escocés
Joseph Black (el primer químico experimental) y el holandés J. B. van Helmont
descubrieron el dióxido de carbono, o lo que llamaron "aire fijo" en
1754; Henry Cavendish descubrió el hidrógeno y dilucidó sus propiedades y
Joseph Priestley e, independientemente, Carl Wilhelm Scheele aisló el oxígeno
puro (Brock,
2016; Jensen, 1998; Kuhn, 1952; Larrañaga et al., 2016).
El átomo
El
científico inglés John Dalton propuso la teoría moderna de los átomos; que
todas las sustancias están compuestas de 'átomos' indivisibles de materia y que
átomos diferentes tienen pesos atómicos variables.
El
modelo matemático de Dalton presentó fallas graves que casi lo convierten en un
hazmerreir científico. Estos problemas fueron corregidos por químicos de gases
como Joseph-Louis Gay-Lussac, Amadeo Avogadro, y Stanislao Cannizzaro entre
muchos otros. Sin embargo, la teoría atómica no fue fácilmente aceptada y
durante casi todo el siglo XIX se dudó de su existencia. Aunque sus
afirmaciones no serían confirmadas sino hasta el siglo XX por parte de Perrin y
Einstein (Bigg,
2008; Haw, 2002; Philibert, 2006).
La tabla periódica y la purificación
de elementos
El
desarrollo de la teoría electroquímica de combinaciones químicas se produjo a
principios del siglo XIX como resultado del trabajo de dos científicos en
particular, J. J. Berzelius y Humphry Davy (Figura 8‑9), hecho posible por la invención
previa de la pila voltaica de Alessandro Volta. Davy descubrió nueve elementos
nuevos, incluidos los metales alcalinos, extrayéndolos de sus óxidos con
corriente eléctrica. El británico William Prout propuso por primera vez ordenar
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 tabla inicial de elementos, que luego fue desarrollada en la
casi-moderna tabla periódica de elementos en la década de 1860 por Dmitri
Mendeleev e independientemente por varios otros científicos como Julius Lothar
Meyer. Los gases inertes, más tarde llamados gases nobles, fueron descubiertos
por William Ramsay en colaboración con Lord Rayleigh a fines de siglo,
completando así la estructura básica de la tabla, aunque muy diferentes de
nuestras tablas de mano, las cuales no se estandarizarían sino hasta el siglo
XX (Brock,
2016; Jensen, 1998; Kuhn, 1952; Larrañaga et al., 2016).
La físico-química nuclear y
el átomo
A comienzos del siglo XX, los fundamentos teóricos de la química finalmente se comprendieron gracias a una serie de descubrimientos notables que tuvieron éxito al explorar y descubrir la naturaleza misma 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 y la pareja Pierre y Marie Curie investigaron el fenómeno de la radioactividad.
Figura 8‑10. Niels Henrik
David Bohr (1885-1962) fue un físico danés que contribuyó en la comprensión del
átomo y la mecánica cuántica. Fue galardonado con el Premio Nobel de Física en
1922
En una
serie de experimentos de dispersión pioneros, Ernest Rutherford de la
Universidad de Manchester descubrió la estructura interna del átomo y la
existencia del protón, clasificó y explicó los diferentes tipos de
radiactividad y transmutó con éxito el primer elemento bombardeando nitrógeno
con partículas alfa. Su trabajo sobre la estructura atómica fue mejorado por
sus estudiantes, el físico danés Niels Bohr y Henry Moseley. La teoría
electrónica de enlaces químicos y orbitales moleculares fue desarrollada por
los científicos estadounidenses Linus Pauling y Gilbert N. Lewis. El año 2011
fue declarado por las Naciones Unidas como el Año Internacional de la Química.
Fue una iniciativa de la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada, y de
la Organización de las Naciones Unidas para la Educación, la Ciencia y la Cultura
e involucra sociedades químicas, académicos e instituciones de todo el mundo y
se basó en iniciativas individuales para organizar actividades locales y
regionales (Van
Melsen, 2004).
Aclaraciones finales
Esta
breve reseña de la historia de la química se realiza desde la perspectiva de la
química general o química inorgánica, por lo que se ha excluido de manera
consciente los detalles de la historia de la química orgánica, y la bioquímica.
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