jueves, 16 de junio de 2022

5. La identificación química | 💎 Propiedades de la materia | Joseleg

 

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 51. 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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