En la sección 4 vimos que las propiedades intensivas emergen como las pendientes de
leyes físicas lineales entre dos propiedades intensivas, como por ejemplo la
densidad.
Mas allá
de ser constantes, las propiedades intensivas son propias de una sustancia
específica, por lo que su medición y análisis nos permitirá identificar una
sustancia entre otras muchas. La identificación
química es un proceso de establecimiento, prueba y selección de
hipótesis, y revisión de principios, técnicas y errores de determinación de la identidad de una sustancia, ya sea esta nueva
para la ciencia, o comparada con una base de datos previa.
Se
considera que la identificación química es la asignación de un analito (señal
analítica) a uno del conjunto de compuestos químicos individuales conocidos o a
un grupo/clase de compuestos en función de la coincidencia de sus propiedades.
La identificación de un analito debe diferenciarse de su detección, que es
esencialmente un descubrimiento de la señal analítica sin un reconocimiento
decisivo de su naturaleza o identidad. Los procedimientos de detección e identificación
se unen dentro del análisis químico cualitativo.
La corona del rey
A pesar de lo sofisticadas que son las
técnicas analíticas modernas para la identificación de una sustancia empleando
propiedades intensivas, como por ejemplo los espectros de absorción y emisión
de luz, o la capacidad de moverse a través de los microporos de un gel, la
historia de la identificación química de una sustancia se encuentra enraizada en
una historia casi mítica, y es la anécdota que Arquímedes y la corona del rey.
El Sabio,
el maestro, el gran geómetra, temido y respetado como si fuera un mago
tenebroso con poderes sobrenaturales por parte del ejército romano a quien hizo
sufrir con muchos de sus inventos de ingeniería. Estos fueron algunos de los
apodos que se le dieron al matemático griego Arquímedes, un hombre que se
olvidaba de parar a comer cuando estaba trabajando duro en un problema
matemático. A menudo daba consejos al gobernante de Sicilia, el rey Hierón II,
que era su amigo.
Un día,
Hierón II le pidió a Arquímedes que lo ayudara a resolver un problema. Hierón
II había contratado a un orfebre y le había dado un bloque de oro que pesaba
una cantidad específica para que lo usara para hacer una corona de oro.
Terminada la corona, Hierón II la pesó. Pesaba lo mismo que el bloque de oro
que el rey le había dado al orfebre. Sin embargo, Hierón II tenía la vaga
sensación de que el orfebre lo había engañado y había usado plata además de oro
en la corona, y se había quedado con el oro sin usar. ¿Cómo podría probarse
esto sin estropear la corona?
Arquímedes
reflexionó sobre el problema. Todavía estaba en su mente cuando un día, tiempo
después, cuando entró en su bañera el agua salpicó el borde de la bañera cuando
Arquímedes se acomodó en ella. A medida que el agua goteaba, una idea apareció
en la mente del gran matemático: el agua que salpicó de la tina cuando entró
era igual al volumen que ocupaba su cuerpo. En ese momento, Arquímedes supo que
tenía la clave del dilema de Hierón II. Más agua salpicó el suelo cuando saltó
de la bañera y, sin siquiera detenerse a agarrar una toalla, salió corriendo de
la casa. Corrió calle abajo gritando “¡Eureka!”. que significa "lo he
encontrado" en griego. Sin duda, los ciudadanos de Siracusa se preguntaron
qué había perdido el gran matemático mientras corría por la ciudad. ¿Su mente,
tal vez?
Figura 5‑1. Ese inspirador momento eureka que solo llega cuando el cerebro
desconecta.
Por
suerte para nosotros, Arquímedes estaba bastante cuerdo, aunque se olvidaba de
cosas ordinarias como toallas y ropa. Pero ¿qué tenía que ver el agua de la
bañera con que la corona de Hierón II fuera de oro puro o una mezcla de plata y
oro? Bueno, Arquímedes sabía que una pieza de oro pesa más que una pieza de
plata del mismo tamaño. Según la leyenda, Arquímedes pesó la corona del rey.
Luego consiguió una pieza de oro puro que pesaba lo mismo que la corona. Colocó
el oro en un recipiente con agua, midió cuánto hacía subir el agua y sacó el
oro.
Después,
puso la corona en el agua y vio que hacía que el agua subiera más que la pieza
de oro. ¿Por qué? Porque esta corona era más grande que una hecha de oro puro.
El orfebre tuvo que hacer la corona más grande cuando sustituyó parte del oro
por plata para que pesara lo mismo que una corona de oro puro. Pero la corona
de plata y oro ocupaba más espacio en el cuenco e hizo que el agua subiera más.
¡Porque Arquímedes se bañó, el orfebre
deshonesto ahora estaba en aceite caliente!
Los
historiadores modernos notan que hay algunas cosas raras con la historia de
Arquímedes, de allí que la llamamos en esta entrada un mito. Por un lado, nadie
sabe con certeza si Arquímedes corrió desnudo por Siracusa. Más importante aún,
la diferencia en la cantidad de agua desplazada por una corona de oro puro y
una corona de plata y oro es tan pequeña que no podría haberse medido con las
herramientas que existían en la época de Arquímedes. Además, el agua se
adherirá a los objetos a medida que se extraigan, lo que distorsionará los
resultados. Pero incluso si la historia está equivocada en sus detalles, ¡el
principio de Arquímedes se ha mantenido vigente durante los últimos 2000 años! A
demás no sabemos exactamente que clase de tecnología era capaz de crear el
Sabio en secreto para su rey, después de todo estamos hablando de alguien que
dejó traumadas a las legiones romanas, al punto en que un legionario romano
decidió matar a tan peligroso hombre a pesar de que se le había ordenado
apresarlo vivo (Costanti,
2010; Hirshfeld, 2009; Kuroki, 2016).
Bases de datos
Aunque el mito de Arquímedes sea falso,
posee todos los pasos que debemos realizar actualmente para identificar una
sustancia, los cuales son,
👉 determinar
una serie de propiedades intensivas de una sustancia,
👉 estandarizar
dichas propiedades con muestras puras conocidas,
👉 con
las que se construye una base de datos de referencia,
👉 comparar
la muestra problema con la base de datos.
Para la mayoría de los compuestos
químicos, las bases de datos son realmente extensas, aunque algunas propiedades
tienden a repetirse en compuestos semejantes. Sin embargo, aquellas sustancias
puras que llamamos elementos tienen muchas de sus propiedades consignadas en
una base de datos portable y conveniente denominada la tabla periódica.
Propiedades periódicas y la ley periódica
Las propiedades periódicas son normalmente
propiedades intensivas de una sustancia, por lo que valen lo mismo para cantidades
molares como para cantidades atómicas, de allí que el discurso químico sobre
ellas a veces oscila de manera rápida entre átomos y sustancias. El nombre de
periódicas se debe a que estas son repetitivas, poseen un ritmo, que es
conocido como la ley periódica, una de las pocas leyes que no pueden reducirse
a una ecuación matemática sencilla.
La ley periódica se define como la
repetición de ciertas propiedades de las sustancias a medida que aumenta su
numero atómico, permitiendo organizar a las sustancias elemento en columnas o
grupos con propiedades semejantes, a los cuales denominamos familias. Así, por
ejemplo, el litio, el sodio y el potasio son todos metales blandos con una alta
reactividad cuando se mezclan en agua, pues están ubicados en una misma columna
en la tabla periódica denominada metales alcalinos.
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