Historia de la química

[ocultar]Época del descubrimiento de los elementos químicos
H																															He
Li	Be																									B	C	N	O	F	Ne
Na	Mg																									Al	Si	P	S	Cl	Ar
K	Ca															Sc	Ti	V	Cr	Mn	Fe	Co	Ni	Cu	Zn	Ga	Ge	As	Se	Br	Kr
Rb	Sr															Y	Zr	Nb	Mo	Tc	Ru	Rh	Pd	Ag	Cd	In	Sn	Sb	Te	I	Xe
Cs	Ba	La	Ce	Pr	Nd	Pm	Sm	Eu	Gd	Tb	Dy	Ho	Er	Tm	Yb	Lu	Hf	Ta	W	Re	Os	Ir	Pt	Au	Hg	Tl	Pb	Bi	Po	At	Rn
Fr	Ra	Ac	Th	Pa	U	Np	Pu	Am	Cm	Bk	Cf	Es	Fm	Md	No	Lr	Rf	Db	Sg	Bh	Hs	Mt	Ds	Rg	Cn	Uut	Fl	Uup	Lv	Uus	Uuo

Clave de colores: Antes del 1500 (13 elementos): Antigüedad y Edad Media. 1500-1800 (+21 elementos): casi todos en el Siglo de las Luces. 1800-1849 (+24 elementos): revolución científica y revolución industrial. 1850-1899 (+26 elementos): gracias a la espectroscopia. 1900-1949 (+13 elementos): gracias a la teoría cuántica antigua y la mecánica cuántica. 1950-2000 (+17 elementos): elementos "postnucleares" (del nº at. 98 en adelante) por técnicas de bombardeo. 2001-presente (+4 elementos): por fusión nuclear.

Tabla periódica con los elementos coloreados según su época de descubrimiento. La tabla periódica es uno de los iconos más conocidos de la ciencia, y representa el núcleo de la química, al incorporar y relacionar sus principios fundamentales.

Ilustración de un laboratorio químico del siglo XVIII.

El alquimista descubriendo el fósforo (1771) deJoseph Wright.

La historia de la químicaabarca un periodo de tiempo muy amplio, que va desde laprehistoriahasta el presente, y está ligada al desarrollo cultural del hombre y su conocimiento de la naturaleza. Las civilizaciones antiguas ya usaban tecnologías que demostraban su conocimiento de las transformaciones de la materia, y algunas servirían de base a los primeros estudios de laquímica. Entre ellas se cuentan la extracción de los metales de sus menas, la elaboración dealeaciones como el bronce, la fabricación decerámica, esmaltes y vidrio, las fermentacionesde la cerveza y del vino, la extracción de sustancias de las plantas para usarlas como medicinas o perfumes y la transformación de las grasas en jabón.

Ni la filosofía ni la alquimia, la protociencia química, fueron capaces de explicar verazmente la naturaleza de la materia y sus transformaciones. Sin embargo, a base de realizar experimentos y registrar sus resultados los alquimistas establecieron los cimientos para la química moderna. El punto de inflexión hacia la química moderna se produjo en 1661 con la obra de Robert Boyle, The Sceptical Chymist: or Chymico-Physical Doubts & Paradoxes (El químico escéptico: o las dudas y paradojas quimio-físicas), donde se separa claramente la química de la alquimia, abogando por la introducción del método científico en los experimentos químicos. Se considera que la química alcanzó el rango de ciencia de pleno derecho con las investigaciones de Antoine Lavoisier, en las que basó su ley de conservación de la materia, entre otros descubrimientos que asentaron los pilares fundamentales de la química. A partir del siglo XVIII la química adquiere definitivamente las características de una ciencia experimental moderna. Se desarrollaron métodos de medición más precisos que permitieron un mejor conocimiento de los fenómenos y se desterraron creencias no demostradas.

La historia de la química se entrelaza con la historia de la física, como en la teoría atómica, y en particular con la termodinámica desde sus inicios con el propio Lavoisier, y especialmente a través de la obra deWillard Gibbs.¹

Índice

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Antecedentes[editar]

El fuego fue la primera reacción química controlada por los humanos, aunque su naturaleza permaneció siendo un enigma durante milenios.

La primera reacción química de importancia que controlaron los humanos fue elfuego. Hay restos datados hace alrededor de 500 000 años que atestiguan el dominio del fuego,² al menos desde los tiempos del Homo erectus. Este logro se considera una de las tecnologías más importantes de la historia. No solo proporcionaba calor y luz para alumbrarse, o servía para despejar los bosques o de protección contra los animales salvajes, sino que fue la base para el control de otras reacciones químicas, como las derivadas de la cocción de los alimentos (que facilitaron su digestión y disminuían la cantidad de microorganismos patógenos en ellos) y más tarde de tecnologías más complejas como la cerámica, la fabricación de ladrillos, la metalurgia, el vidrio o la destilación de perfumes, medicinas y otras sustancias contenidas en las plantas. Aunque el fuego fuera la primera reacción química usada de manera controlada, las culturas antiguas desconocían suetiología. Durante milenios se consideró una fuerza misteriosa y mística capaz de transformar unas sustancias en otras produciendo luz y calor. Al igual que se desconocían las causas del resto de transformaciones químicas, como las relacionadas con la metalurgia, aunque se dominaran sus técnicas.

Metalurgia[editar]

Artículo principal: Metalurgia

El primer metal empleado por los humanos fue el oro que puede encontrarse en forma nativa, por lo que no necesita transformaciones químicas. Se han encontrado pequeñas cantidades de oro en algunas cuevas de España usadas en elPaleolítico superior aproximadamente hace 40 000 años.³ La plata y el cobre también se pueden encontrar en forma nativa en pequeñas cantidades (además del estaño y el hierro meteórico que aparecen en cantidades exiguas) permitiendo un uso limitado de objetos metalísticos en las culturas antiguas.⁴ Las técnicas de esta metalurgia inicial se limitaban a fundirlos metales con la ayuda del fuego para purificarlos y dar forma a los adornos o herramientas mediante moldes o cincelado. Pero los metales nativos son escasos y el uso de objetos metálicos no se generalizó hasta que se aprendió a extraer los metales a partir de sus minerales.

Metalurgia del bronce[editar]

Artículos principales: Fundición y Edad del Bronce.

Mapa de la difusión de la metalúrgica del Bronce Antiguo. Cuanto más oscuro el marrón más antigua es la producción de bronce en la región.

Algunos metales pueden obtenerse de sus menas simplemente calentando los minerales en una pira, principalmente el estaño y elplomo, y a mayores temperaturas, en un horno, el cobre; en un proceso de reducción conocido como fundición. Las primeras pruebas de extracción metalúrgica proceden del yacimiento de Çatalhöyük enAnatolia (Turquía), alrededor 6400 a. C.,⁵ y los yacimientos arqueológicos de Majdanpek, Yarmovac y Plocnik, los tres en Serbia, datados en los milenios V y VI a. C. También son notables las fundiciones de cobre encontradas en el yacimiento de Belovode,⁶ con objetos como un hacha de cobre del 5500 a. C. perteneciente a lacultura de Vinča.⁷ Se han encontrado más vestigios de los primeros usos de los metales, datados en el III milenio a. C., en otros lugares como Palmela (Portugal), Los Millares (España) y Stonehenge (Reino Unido).

La capacidad de fabricar objetos de metal y la extensión de su uso revolucionó las sociedades antiguas.

Al principio los metales se usaban por separado o mezclados tal como se encontraban. Al mezclarse el cobre con estaño o arsénico intencionadamente se consiguieron metales de mejores cualidades, las aleaciones denominadas bronces. Con este avance tecnológico surgió la Edad del Bronce. La tecnología relacionada con el bronce fue desarrollada en el Oriente Próximo a finales del IV milenio a. C.,⁸fechándose en Asia Menor antes del 3000 a. C.; en la antigua Grecia se comenzó a utilizar a mediados del III milenio a. C.; en Asia Central el bronce se conocía alrededor del 2000 a. C. (en Afganistán, Turkmenistán e Irán), y poco después llegaría a China, desarrollándose durante la dinastía Shang. La Edad del Bronce no solo fue el periodo de mayor desarrollo de la metalurgia (en términos de expansión y diversidad) sino que influyó en muchos otros campos al extender el uso de objetos metálicos. La disponibilidad de herramientas y armas fabricadas con un metal másduro y resistente permitió el desarrollo de la agricultura y los grandes ejércitos, y se fomentaron las rutas comerciales para el intercambio tanto de los minerales escasos como de productos terminados. A partir de la Edad del Bronce los pueblos que consiguieron armas de aleaciones y metales más duros se impusieron a sus vecinos.

Metalurgia del hierro[editar]

Artículo principal: Edad del Hierro e Historia de la siderurgia

La extracción del hierro de sus menas es mucho más difícil que la del cobre y el estaño, ya que requiere un proceso defundición más complejo, que necesita carbón (una fuente de CO) como agente reductor y mayores temperaturas, pero a cambio se consigue un metal más duro y tenaz que el bronce, y mucho más abundante. A diferencia de la producción del bronce que se extendió por el Viejo Mundo a partir de un foco ubicado en el Oriente Próximo las técnicas de fundición del hierro podrían haberse desarrollaron multipolarmente en distintas partes del mundo. Existen restos arqueológicos con herramientas fabricadas con hierro sin níquel (prueba de que no es de origen meteórico)⁹ ¹⁰ en Anatolia alrededor del 1800 a. C.,¹¹ ¹² pero también se han encontrado herramientas del periodo comprendido entre el 1800 a. C. y 1200 a. C. en el valle del Ganges en la India,¹³ y en yacimientos en África datados alrededor de 1200 a. C.¹⁴ ¹⁵ ¹⁶ Las tecnologíassiderúrgicas se extendieron desde el Mediterráneo hacia el norte a partir del 1200 a. C., llegando al norte de Europa alrededor del 600 a. C., más o menos en las mismas fechas en las que llegaron a China.¹⁷

La mayoría de los métodos de extracción y purificación de metales usados en la Antigüedad se describen en la obra dePlinio el Viejo, Naturalis Historia. Además de describir las técnicas intenta explicar los métodos y hace observaciones muy precisas sobre muchos minerales.

Además de sus usos cotidianos, los objetos de cerámica y vidrio formaron parte del material de laboratorio desde la antigüedad.Alambique de destilación del siglo XIII.

La cerámica y el vidrio[editar]

Artículos principales: Cerámica y Vidrio.

Además de la metalurgia el uso del fuego proporcionó a los humanos otras dos importantes tecnologías derivadas de transformaciones físico-químicas, la cerámicay el vidrio, cuyo desarrollo ha acompañado al hombre desde la prehistoria hasta el laboratorio moderno. Los orígenes de la cerámica datan del Neolítico cuando el hombre descubrió que los recipientes hechos de arcilla, cambiaban sus características mecánicas e incrementaban su resistencia frente al agua si eran calentados en el fuego. Para controlar mejor el proceso se desarrollaron diferentes tipos de hornos, y cada cultura desarrolló sus propias técnicas y formas.

En Egipto se descubrió que recubriendo la superficie con mezclas de determinados minerales (sobre todo mezclas basadas en el feldespato y la galena) la cerámica se cubría con una capa muy dura, menos porosa y brillante, el esmalte, cuyo color se podía cambiar añadiendo pequeñas cantidades de otros minerales o variando las condiciones de aireación del horno. Estas tecnologías se difundieron rápidamente. En China se perfeccionaron las tecnologías de fabricación de las cerámicas hasta dar con la porcelana en el siglo VII. Durante siglos China mantuvo el monopolio en la fabricación de la porcelana, y en Europa se desconocía como fabricarla hasta elsiglo XVIII gracias a Johann Friedrich Böttger.

Relacionado con el desarrollo de la cerámica, aparece el desarrollo del vidrio a partir del cuarzo y carbonato de sodio o carbonato de potasio. Su desarrollo igualmente empezó en el Antiguo Egipto y fue perfeccionado por los romanos. Su producción masiva a finales del siglo XVIII instó al gobierno francés a premiar mediante concurso un nuevo método para la obtención del carbonato sódico ya que la fuente habitual (las cenizas de madera) no proporcionaba cantidades suficientes como para cubrir la creciente demanda. El ganador fue Nicolas Leblanc aunque su proceso cayó en desuso en favor del proceso de Solvay, desarrollado medio siglo más tarde, que impulsó enormemente el desarrollo de la industria química.

Transformaciones orgánicas de la Antigüedad[editar]

Las sociedades antiguas usaban un reducido número de transformaciones químicas naturales como las fermentaciones delvino, la cerveza o la leche. También conocían la transformación del alcohol en vinagre, que usaban como conservante y condimento. Las pieles se curtían y blanqueaban sumergiéndolas en orina añeja o soluciones de palomina, gracias a que contienen urea y ácido úrico, respectivamente; la primera se transforma en amoniaco cuando se almacena largo tiempo, y también se usaba su capacidad blanqueante con las manchas persistentes de los tejidos.¹⁸ Además tenían conocimiento del proceso de saponificación; los primeros registros de fabricación de jabones datan de Babilonia alrededor del 2800 a. C.¹⁹

Teorías filosóficas de la Antigüedad Clásica[editar]

Esquema con los cuatro elementos griegos clásicos:

fuego •

tierra •

aire •

agua
en relación con sus propiedades y los demás elementos.

Los filósofos intentaron racionalizar por qué las diferentes sustancias tenían diferentes propiedades (color, dureza, olor...), estaban en diferentes estados (fluidos o sólidos) y reaccionaban de diferente manera ante los cambios del medio, por ejemplo frente al agua, el fuego o al ponerse en contacto con otras sustancias. Estas observaciones les impulsaron a postular las primeras teorías sobre la química y la naturaleza de la materia. Estas teorías filosóficas relativas a la química pueden encontrarse en todas las civilizaciones antiguas. Un aspecto común de todas ellas era el intento de encontrar un número reducido deelementos primarios que se combinarían entre sí para formar todas las demás sustancias de la naturaleza. Solían tratarse de sustancias conocidas como el agua, la tierra, la madera o el aire/viento, y formas de energía como el fuego o la luz, además de conceptos abstractos como el éter o el cielo. Varias civilizaciones diferentes coincidieron en muchos de estos conceptos, incluso entre culturas sin contacto, por ejemplo los filósofos griegos, indios, chinos y mayas consideraban que el agua, la tierra y el fuego eran elementos primarios, aunque cada una de estas culturas incluía uno o dos elementos diferentes más en su propio listado.

En la Grecia Clásica alrededor del 420 a. C. Empédocles afirmó que toda la materia estaba formada por cuatro sustancias elementales: tierra, fuego, aire y agua. En sintonía con esta creencia la escuela hipocrática sostenía que el cuerpo humano estaba formado por cuatro humores. Posteriormente Aristóteles añadió a los cuatro elementos clásicos el éter, la quintaesencia, razonando que el fuego, la tierra, el aire y el agua eran sustancias terrenales y corruptibles, y que como no se percibían cambios en las regiones celestiales, las estrellas y planetas no debían estar formados por ellos sino por una sustancia celestial e inmutable.²⁰ En sus obras Física y Metafísica Aristóteles desarrolla sus conceptos duales de «sustancia y accidente», «esencia y forma», «acto y potencia» para explicar los cambios de la naturaleza, incluidas las transformaciones de la materia. Sus ideas sobre la composición y transformaciones de la materia, y el resto del funcionamiento de la naturaleza, se convirtieron el las predominantes tanto en Occidente como en Oriente Medio, influyendo en sus culturas durante dos milenios.

Demócrito fue el filósofo atomistagriego más renombrado.

Primeros atomistas[editar]

Las teorías iniciales sobre el atomismo se remontan a la Antigua Grecia y la Antigua India.²¹ El atomismo griego se inició con los filósofos Leucipo de Mileto y su discípulo Demócrito alrededor del 380 a. C., que propusieron que la materia estaba compuesta por diminutas partículas indivisibles e indestructibles, denominadas por ello átomos (del griego ἄτομος «sin partes», «que no se dividen»). Afirmaciones similares fueron realizadas por el filósofo indio Kanada en sus textos de la escuelaVaisesika en un periodo cercano.²¹ También los jainistas de la época tenían creencias atomistas.²¹

Alrededor del 300 a. C. Epicuro postuló un universo formado por átomos indestructibles en el cual el hombre debía alcanzar el equilibrio. El filósofo Lucreciotrató de explicar la filosofía epicúrea al público romano en su obra del 50 a. C.,²² De rerum natura (Sobre la naturaleza de las cosas).²³ En esta obra Lucrecio presenta los principios del atomismo, las teorías sobre la naturaleza de la mente y el alma, y explicaciones para los sentidos y el pensamiento, el desarrollo del mundo y los fenómenos naturales.

Tanto los atomistas griegos y romanos como los de la India carecían de datos empíricos que respaldaran sus creencias. Sin estas pruebas, a sus adversarios les resultó fácil negar sus tesis. En Occidente el atomismo nunca consiguió formar parte de la opinión mayoritaria de la época. Aristóteles se opuso a la existencia de los átomos en el 330 a. C. y su autoridad en el pensamiento occidental hizo que las ideas atomistas quedaran postergadas durante siglos, hasta bien entrada la Edad Moderna.

Alquimia[editar]

Artículo principal: Alquimia

Emblema alquímico con los cuatro elementos clásicos además de los tria prima de Paracelso y los astrosconocidos.

La alquimia (del árabe الخيمياء [al-khīmiyā]) es una antigua práctica protocientífica y una disciplina filosófica que combinaba elementos de la química, la metalurgia, lafísica y la medicina con la astrología, la semiología, el misticismo y el espiritualismo. La alquimia fue practicada en Mesopotamia, el Antiguo Egipto, Persia, la Antigua Grecia, el imperio romano, los califatos islámicos medievales y en la India, China yEuropa hasta el siglo XVIII, por una compleja diversidad de escuelas y sistemas filosóficos que abarcaron al menos 2.500 años.

La piedra filosofal y el exoterismo[editar]

La alquimia se define como la búsqueda hermética de la piedra filosofal (una sustancia legendaria capaz de transmutar los metales en oro o de otorgar lainmortalidad y la omnisciencia), cuyo estudio estaba impregnado de misticismo simbólico y era muy diferente de la ciencia moderna. Los alquimistas trabajaban para hacer transformaciones a nivel esotérico (espiritual) y exotérico (práctico).²⁴Estos aspectos exotéricos protocientíficos de la alquimia fueron los que contribuyeron a la evolución de la química en el Egipto greco-romano, la Edad de Oro del islam y después en Europa. La alquimia y la química comparten su interés por la composición y las propiedades de la materia, y con anterioridad al siglo XVIII no había distinción entre ambas disciplinas.²⁵

Una de las principales aportaciones de la alquímica fue el desarrollo del instrumental de laboratorio. Imagen de la obra De distillatione (1608).

La alquimia aportó a la química la invención y desarrollo de gran parte del instrumental de laboratorio. Los primeros alquimistas occidentales, que vivieron en los primeros siglos de nuestra era, ya inventaron algunos equipamientos y procesos usados posteriormente por la química. El baño maría, o baño de agua para calentar controladamente, lleva el nombre de María la Judía considerada una de las fundadoras de la alquimia. En sus obras también aparecen las primeras descripciones del tribikos (un tipo de alambique de tres brazos) y del kerotakis (un dispositivo para recoger vapores).²⁶ Cleopatra la Alquimista describió los métodos de fundición y destilación de la época, algunos le atribuyen la invención del primeralambique.²⁷ Cuando la disciplina se desarrolló en el mundo islámico, la infraestructura experimental que estableció Jabir ibn Hayyan influiría en los procedimientos de los demás alquimistas islámicos, y posteriormente en Europa cuando se tradujeron al latín sus textos.

En su búsqueda de la piedra filosofal los alquimistas descubrieron y aprendieron a purificar muchas sustancias químicas como el alcohol, el amoníaco, la sosa cáustica, el vitriolo, el ácido muriático (clorhídrico), el ácido nítrico, el ácido cítrico, elácido acético, el ácido fórmico, el arsénico, el antimonio, el bismuto y el fósforo, entre otras.

Elementos y metales de la alquimia[editar]

El sistema de elementos que usó la alquimia medieval fue desarrollado principalmente por el alquimista persa Jābir ibn Hayyān y se enraizaba en la tradición de los elementos griegos de la antigüedad clásica.²⁸ Su sistema constaba de los cuatro elementos de Empédocles y Aristóteles: aire, tierra, fuego y agua a los que se añadían dos elementos filosóficos: elazufre, caracterizado por el principio de combustibilidad, «la piedra que arde»; y el mercurio que representaba las propiedades metálicas. Estos últimos eran considerados por los primeros alquimistas como expresiones idealizadas de los componentes irreductibles del universo,²⁹ y fueron la principal contribución de la alquimia filosófica.

En la Edad Media en Occidente existía tradicionalmente una relación entre la alquimia y la astrología de estilo greco-babilónico. En esa época se conocían siete metales (que salvo el mercurio no se consideraban elementos) y también se conocían siete astros en torno a la Tierra (puesto que imperaba el geocentrismo), por lo que se relacionaba cada metal y sus propiedades con un astro.^a La identificación entre ambos llegaba hasta el punto de que el símbolo del planeta también se usaba para representar al metal. Las asociaciones eran las siguientes:

Sol — oro;
Luna — plata;
Mercurio —mercurio;

Venus —cobre;
Marte —hierro;

Júpiter —estaño;
Saturno —plomo.^b

Posteriormente el alquimista suizo Paracelso influido por la alquimia musulmana amplió también a siete los elementos en su lista alternativa, añadiendo a los cuatro tradicionales tres elementos alquímicos adicionales, denominados tría prima, tres principios metálicos para representar las propiedades de la materia: el azufre para la combustibilidad, el mercurio para la volatilidad y la estabilidad, y la sal para la solidez. Razonaba que los cuatro elementos de la teoría elemental aristotélica se manifestaban en los cuerpos como tres principios. Paracelso los consideraba principios fundamentales y los explicaba recurriendo al ejemplo de la madera ardiendo en el fuego. El mercurio que era el principio de la cohesión debía irse para que la madera se descompusiera, y como era volátil se desvanecía con el humo. El calor que se desprendía con las llamas provenía del azufre (la combustibilidad) y las cenizas que quedaban era la sal que implicaba la solidez.³⁰

Jābir ibn Hayyān (Geber), alquimista persa que puso los cimientos de la química con sus experimentos.

Alquimia en el mundo islámico[editar]

En el mundo islámico se continuó la tradición clásica al traducirse al árabe las obras de los antiguos griegos y egipcios y fueron la cultura más próspera en todos los ámbitos científicos de la época.³¹ El desarrollo del método científico moderno fue lento y progresivo, y el principio del método científico en química comenzó entre los alquimistas musulmanes medievales, iniciado por el persa del siglo IX, Jābir ibn Hayyān (conocido como "Geber" en Europa), que se considera uno de los padres de la química.³² ³³ ³⁴ ³⁵ Él introdujo un enfoque sistemático y experimental a la investigación científica en el laboratorio, a diferencia de los antiguos griegos y egipcios cuyas obras se basaban en elucubraciones principalmente alegóricas y a veces ininteligibles.³⁶ ^c También inventó el alambique tal como lo conocemos y de él procede su nombre actual (al-anbiq), descubrió y analizó muchas sustancias químicas, estableció la distinción entre ácidos y álcalis, y fabricó cientos de medicinas.³⁷ Además redefinió la teoría de los elementos clásicos, identificando también como elementos al mercurio y al azufre.³⁸

Otros renombrados eruditos musulmanes de la época como Abū al-Rayhān al-Bīrūnī,³⁹ Avicena⁴⁰ y al-Kindi criticaron y rechazaron las teorías de la alquimia, particularmente la transmutación de los metales; y al-Tusi enunció una versión de la conservación de la masa, al afirmar que un cuerpo material podía cambiar pero no desaparecer.⁴¹ Al-Razi fue el primero en rechazar a la teoría aristotélica de los cuatro elementos clásicos y marcó el camino de la química usando el laboratorio en el sentido moderno, además de diseñar y describir más de veinte instrumentos, algunos de los cuales siguen usándose actualmente como el crisol o laretorta de destilación.

La alquimia del mundo islámico influyó posteriormente en Europa al ser traducidos al latín sus textos, sobre todo a partir del siglo XII, junto a los clásicos grecolatinos que habían desaparecido de Occidente. Por ejemplo Paracelso (1493-1541), reformó la teoría de los cuatro elementos siguiendo sus enseñanzas, y con solo un vago conocimiento de la química y la medicina oriental fundó un híbrido entre alquimia y ciencia al que denominó iatroquímica.

El laboratorio del alquimista, deGiovanni Stradano (1570).

Problemas de la alquimia[editar]

Desde el punto de vista moderno la alquimia presentaba varios problemas. En primer lugar su objetivo no era la ampliación del conocimiento de un modo racionalista como actualmente entendemos una ciencia, sino que su fin era encontrar materias míticas como la piedra filosofal, y los descubrimientos experimentales se producían de forma colateral. Además carecía de un sistema para nombrar los nuevos compuestos que se descubrían, y su lenguaje era esotérico y vago hasta el punto que sus términos significaban cosas diferentes para distintas personas. De hecho según The Fontana History of Chemistry (Brock, 1992):

El experimento del alquimista se incendia de Hendrick Heerschop(1626-1627).

El lenguaje de la alquimia pronto desarrolló un vocabulario técnico arcano y reservado diseñado para ocultar información a los no iniciados. En gran medida este lenguaje es incomprensible para nosotros hoy, aunque aparentemente los lectores del cuento del criado del canónigo deGeoffrey Chaucer y la audiencia de El alquimista de Ben Jonson eran capaces de interpretar lo suficiente como para reírse de ello.⁴²

El cuento «El criado del canónigo» de los Cuentos de Canterbury (de finales delsiglo XIV) expone el lado más fraudulento de la alquimia, la pretensión de fabricar oro a partir de materias más baratas. También Dante Alighieri, un siglo antes, muestra su rechazo a este fraude al meter a todos los alquimistas en el infierno de su Divina Comedia.

La alquimia tampoco disponía de un método científico lógico y consensuado para hacer los experimentos reproducibles. De hecho muchos alquimistas incluían entre las anotaciones de sus métodos información irrelevante como los niveles de la marea o las fases de la Luna. La naturaleza esotérica y el vocabulario codificado de la alquimia al parecer servían sobre todo para ocultar que en realidad no tenían demasiadas certezas. Ya en el siglo XIV se evidenciaban las grietas en la fachada de la alquimia, y mucha gente se mostraba escéptica. Para haber avanzado habría necesitado un método normalizado que permitiera a otros reproducir los experimentos, y haberlos registrado de un modo claro que permitiera exponer lo que se sabía y lo que se desconocía.

En 1317, el papa Juan XXII de Aviñón ordenó la expulsión de todos los alquimistas de Francia por falsificar moneda. En 1403 se aprobó una ley en Inglaterra donde se penaba con la muerte la «multiplicación de metales». A pesar de todo la alquimia no desapareció, ya que parte de las clases privilegiadas y la realeza seguía creyendo que se podía descubrir la piedra filosofal y el elixir de la vida en su provecho.⁴³ Durante el Renacimiento la alquimia exotérica siguió siendo popular en la forma de la iatroquímica de Paracelso, mientras que la alquimia espiritual también florecía fiel a sus raíces platónicas,herméticas y gnósticas. Así que la búsqueda de la piedra filosofal no fue abandonada a pesar de los escasos avances de la alquimia, y siguió siendo practicada por eruditos y médicos respetados hasta principios del siglo XVIII. Algunos practicantes de la alquimia de inicios de la era moderna actualmente son reconocidos por sus grandes contribuciones a la ciencia comoJan Baptist van Helmont, Robert Boyle e Isaac Newton.

Siglos XVII y XVIII: inicios de la química[editar]

Georgius Agricola, autor de De re metallica

Laboratorio, De re metallica (1556).

Los intentos prácticos de mejorar el refinado de las menas minerales y la extracción de los metales a partir de ellas fue una importante fuente de información para los químicos del siglo XVI. Entre ellos destacaGeorgius Agricola (1494-1555), que publicó la gran obra De re metallica (Sobre los metales) en 1556. En su obra se describen los procesos de la época en minería, extracción de los metales y metalurgia, ya muy complejos y desarrollados. Por ejemplo la obra describe la diversidad de tipos de altos hornos usados para la fundición de las menas minerales. Aborda el tema eliminando el misticismo que tenía asociado anteriormente, creando una base práctica que otros pudieran desarrollar, y estimuló el interés por los minerales y su composición. No es casual que mencione y use como referencia en numerosas ocasiones al autor de la antigüedad Plinio el Viejo y su obra Naturalis Historia. Se ha calificado a Agricola como el padre de la metalurgia.⁴⁴

En 1605, Francis Bacon publicó The Proficience and Advancement of Learning (La capacidad y progreso del aprendizaje), una obra científico-filosófica que contiene una descripción de cómo debería ser la práctica experimental que posteriormente se conocería como el método científico.⁴⁵ En 1605 Michal Sedziwój publicó el tratado alquímico Novum Lumen Chymicum(La nueva luz de la química), que propone por primera vez la existencia en el aire de un «alimento para la vida», que posteriormente se reconocerá como el oxígeno. En 1615 Jean Beguin publicó Tyrocinium Chymicum (La práctica de la química), el primer libro de texto de química, donde aparece la primera ecuación química.⁴⁶ En 1637 René Descartespublicó Discours de la méthode (El discurso del método), un ensayo que basa la investigación científica en los cálculos matemáticos y la desconfianza en los hechos no probados.

La obra del químico holandés Jan Baptist van Helmont, Ortus medicinae (El origen de la medicina) publicada póstumamente en 1648, se considera la principal obra de transición entre la alquimia y la química, e influyó notablemente en Robert Boyle. El libro contiene el resultado de numerosos experimentos y enuncia una versión inicial de la ley de conservación de la masa. Baptist van Helmont, que trabajó en el periodo inmediatamente posterior a Paracelso y su iatroquímica, indicó que existían otras materias «insustanciales» además del aire, y acuñó para ellas el nombre de «gas» (del griego cáos). Además de por la introducción de la palabra gas en el vocabulario científico y ser el fundador de la química neumática, experimentando con reacciones entre gases, Jan Baptist van Helmont también es recordado actualmente por sus ideas sobre la generación espontánea y su experimento de cinco años controlando el peso de una bellota y el árbol que germinó en relación con la tierra de la maceta que lo albergaba.

En 1669 el alquimista alemán Hennig Brandt descubrió el fósforo a partir de la orina.⁴⁷ Para lograrlo destiló una mezcla de orina y arena (50 cubos). Al evaporar la urea obtuvo un material blanco que brillaba en la oscuridad y ardía con una llama brillante.

Robert Boyle, uno de los cofundadores de la química moderna por mejorar los métodos experimentales que separarían la química de la alquimia.

Robert Boyle[editar]

Portada de El químico escéptico, 1661, Chemical Heritage Foundation.

Se considera que el químico inglés Robert Boyle(1627-1691) apartó definitivamente a la química de la alquimia al mejorar su método experimental.⁴⁸Aunque su investigación tiene sus raíces claramente en la tradición alquímica, actualmente se reconoce a Boyle como el primer químico moderno, y por ello uno de los fundadores de la química moderna, y uno de los pioneros delmétodo científico experimental moderno. Se le conoce principalmente por la ley de Boyle que presentó en 1662,⁴⁹ aunque Boyle no fue su descubridor original. La ley describe la relación inversamente proporcional que existe entre lapresión y el volumen de un gas, si se mantiene constante la temperatura en un sistema cerrado.⁵⁰⁵¹

Se reconoce como un hito científico la publicación de la obra de Boyle The Sceptical Chymist: or Chymico-Physical Doubts & Paradoxes (El químico escéptico: o las dudas y paradojas quimio-físicas) en 1661, que se considera un pilar fundamental del campo de la química. En la obra Boyle presenta su hipótesis de que todos los fenómenos son el resultado de la colisión de las partículas en movimiento. Boyle apela a los químicos para que experimenten y afirma que los experimentos contradicen que los elementos químicos se limiten a los cuatro elementos clásicos. También declaró que la química debería dejar de estar subordinada a la medicina o la alquimia y debería alzarse al estatus de ciencia por sí misma. Destaca su defensa de la experimentación científica rigurosa. Boyle creía que todas las teorías deberían probarse experimentalmente antes de ser consideradas ciertas. Su obra además contiene algunas de las primeras ideas modernas sobre átomos, moléculas y reacciones químicas, por lo que marcó el inicio de la historia de la química moderna.

Boyle también trató de purificar las sustancias químicas para obtener reacciones reproducibles. Fue un defensor de la filosofía mecánica propuesta por René Descartes para explicar y cuantificar las propiedades e interacciones de las sustancias químicas. Boyle era un atomista, pero prefería la palabra corpúsculo a átomo. Puntualizó que la división más pequeña de la materia a la que se mantenían las propiedades era a nivel de los corpúsculos. Además realizó numerosas investigaciones con una bomba de aire. Observó que al sacar el aire las llamas se extinguían y se morían los animales situados dentro, y también hacía descender los niveles del barómetro. Boyle repitió los tres experimentos de van Helmont, y fue el primero en usar indicatores que cambiaran de color con la acidez. Por todo ello Boyle ayudó a asentar los pilares de la revolución química con su filosofía corpuscular mecánica.⁵²

Teoría del flogisto[editar]

Joseph Priestley, codescubridor del oxígeno, al que denominó «aire desflogistizado».

A finales del siglo XVII y principios de XVIII se propuso la teoría del flogisto para intentar explicar los procesos de combustión y oxido-reducción mediante la pérdida o transferencia, respectivamente, de un supuesto fluido denominado flogisto.⁵³ La teoría fue propuesta inicialmente por Johann Becher y desarrollada por Georg Stahl, ambos químicos alemanes. Becher postuló otra reforma de la teoría de los cuatro elementosen la que solo la tierra y el agua serían componentes de las materias, en distintas proporciones, y el fuego y el aire serían meramente agentes de las transformaciones. A su vez existirían tres tipos distintos de tierras, cada una de ellas portadora de una propiedad: el aspecto vítreo, la fluidez o volatilidad, y el carácter inflamable. Para esta última Georg Stahl acuño el término flogisto en 1702. Toda sustancia susceptible de sufrir combustión contendría cierta cantidad de flogisto, y el proceso de combustión consitiría básicamente en la pérdida de dicha sustancia.

Se conocía desde la antigüedad que algunas sales metálicas podían ser transformadas de nuevo en los metales de partida. Stahl explicó este proceso suponiendo que los metales estaban formados por una cal y un principio inflamable carente de masa, el flogisto, por lo que la calcinación, es decir, la formación de la cal, se podía explicar, al igual que la combustión, como un desprendimiento de flogisto, el cual se liberaba del metal y dejaba la cal al descubierto en las cenizas. El proceso inverso, la reducción de la cal al metal, podía ser igualmente explicada como una adición de flogisto. Si una sustancia rica en flogisto, como el carbón, era puesta en contacto con una cal metálica, podía transferirle su flogisto y dar lugar a la formación del metal.

Joseph Priestley usó la teoría del flogisto en sus experimentos de química pneumática para explicar las transformaciones de los gases. Priestley denominó al residuo de aire que quedaba tras un proceso de combustión «aire flogistizado» (en realidad, una mezcla de nitrógeno y dióxido de carbono), pues pensaba que durante la combustión dicho aire había absorbido todo el flogisto que tenía capacidad de albergar, y por eso cesaba la combustión. Siguiendo esta línea de razonamiento, cuando Priestley calentó la cal roja de mercurio y recogió un tipo de aire que podía mantener más tiempo la combustión al que denominó «aire desflogistizado». Posteriormente Lavoisier lo llamaría oxígeno.

La teoría del flogisto fue popular durante el siglo XVIII hasta que Antoine Lavoisier la refutó en su obra Réflexions sur le phlogistique, pour servir de suite à la théorie de la combustion et de la calcination (Reflexiones sobre el flogisto, para formar parte de la teoría de la combustión y la calcinación) publicada en 1777. Según Stahl cualquier sólido liberaba flogisto bajo la acción del fuego, luego tras la combustión perdería masa o la mantendría (según el flogisto tuviera masa o no). Sin embargo, Lavoisier hizo experimentos calcinando metales y después de la calcinación en algunos el peso del residuo (los óxidos) era mayor que el cuerpo inicial. En estos casos el flogisto tendría un peso negativo, lo que resultaba absurdo, y demostraba la inconsistencia de la teoría del flogisto,

Descubrimientos del siglo XVIII[editar]

Tabla de afinidades, de E. F. Geoffroy (1718). En la cabecera de cada columna una sustancia seguida de todas con las que se puede combinar.⁵⁴

En el siglo XVIII se multiplicaron los descubrimientos de lo que hoy conocemos como elementos, gracias al cambio en los métodos de investigación. Un hecho sin precedentes desde la antigüedad, ya que en los dos milenios anteriores se habían descubierto solo cinco (arsénico, antimonio, zinc,⁵⁵ bismuto y fósforo). Alrededor de 1735 el químico sueco Georg Brandt analizó un pigmento azul oscuro encontrado en la mena del cobre descubriendo lo que posteriormente conoceríamos como cobalto. En 1748 el español Antonio de Ulloapublicó la descripción de un nuevo metal, el platino.⁵⁶ En 1751 un discípulo de Stahl, Axel Fredrik Cronstedt, identificó en una impureza del mineral del cobre otro nuevo metal, el níquel. A Cronstedt se le considera uno de los fundadores de la mineralogía moderna.⁵⁷ En 1766 el químico inglés Henry Cavendish aisló el hidrógeno, al que llamó «aire inflamable». En 1773 el sueco Carl Wilhelm Scheele descubrió eloxígeno, al que llamó «aire de fuego»,⁵⁸ aunque al no publicar inmediatamente su hallazgo dio tiempo a Joseph Priestley a publicarlo 1774, tras haber descubierto el mismo gas independientemente al cual llamó «aire deflogistizado».⁵⁹ En 1783 los hermanos españoles Juan José y Fausto Elhuyar consiguieron aislar el wolframio a partir del mineral wolframita.⁶⁰ ⁶¹

En el siglo también se descubrieron destacados compuestos. En 1754 el escocés Joseph Black aisló el dióxido de carbono, al que llamó «aire invariable».⁶² En 1757 el francés Louis Claude Cadet de Gassicourt, mientras investigaba los compuestos del arsénico creó el líquido fumante de Cadet, que posteriormente se sabría que contenía óxido de cacodilo, y por ello es considerado el primer compuesto organometálico que se logró sintetizar.⁶³ Y además en 1758 Joseph Black formuló el concepto de calor latente para explicar los cambio de estado.⁶⁴

Antoine Lavoisier[editar]

Artículo principal: Antoine Lavoisier

El primer calorímetrousado por Antoine Lavoisier y Pierre-Simon Laplace, para determinar el calor relativo a los cambios químicos, cálculos en los que se basó Joseph Black para descubrir el calor latente. Estos experimentos marcaron el inicio de latermoquímica.

Aunque la investigación química se puede remontar a la antigua Babilonia, Egipto, y especialmente a Persia y Arabia de la Edad de Oro del islam, la química floreció a partir de la época de Antoine Lavoisier, un químico francés reconocido como el «padre de la química moderna». En 1789 Lavoisier estableció formalmente la ley de conservación de la materia, que en su honor también se conoce como «Ley Lomonósov-Lavoisier».⁶⁵ Para demostrarla realizó múltiples experimentos. Demostró con medidas meticulosas que las transmutaciones no eran posibles, por ejemplo, no se transformaba el agua en tierra, sino que el sedimento que se observa al hervir agua procedía del contenedor; o que al quemar al aire fósforo y azufre, probó que aunque los productos pesaban más, el peso ganado procedía del aire.

Antoine Lavoisier (1743-1794).

Repitiendo los experimentos de Priestley demostró que el aire estaba compuesto de dos partes (no era un elemento), y una de ellas se combinaba con los metales para formar las cales. En Considérations Générales sur la Nature des Acides (1778) demostró que la parte del aire responsable de la combustión también era la fuente de la acidez en disoluciones. Al año siguiente nombró a esta parte oxígeno (del griego formador de ácidos), y a la otra azote (sin vida). Por ello se considera a Lavoisier el descubridor del oxígeno junto a Preistley y Scheele. También observó que el «aire inflamable» descubierto por Cavendish al combinarlo con oxígeno producía una condensación, como informó Priestley, que parecía ser agua (luego tampoco el agua era un elemento), por ello denominó a este gas hidrógeno (del griego «formador de agua»).

Como se indicó en el apartado anterior, en Reflexions sur le Phlogistique (1783) Lavoisier refutó la teoría del flogisto para la combustión. En Rusia Mikhail Lomonosov independientemente llegó a conclusiones similares sobre la conservación de la materia y el flogisto. Además Lomonosov anticipó la teoría cinética de los gases, al considerar que el calor provenía de una forma de movimiento.

Lavoisier trabajó con Claude Louis Berthollet y otros para idear un sistema de nomenclatura química que fue la base del sistema moderno de nombrar compuestos químicos. En su Methods of Chemical Nomenclature (1787), Lavoisier inventó la forma de nombrar y clasificar compuestos que se usa principalmente en la actualidad, que incluye nombres como ácido sulfúrico, sulfatos y sulfitos. En 1785 Berthollet determinó la composición elemental del amoniaco. Ese mismo año Berthollet fue el primero en usar el gas cloro como blanqueante comercial, y en 1789 fue el primero en fabricar lejía al burbujear gas a través de una solución de carbonato de sodio, consiguiendo una solución de hipoclorito sódico. También estudió y fue el primero en producir otro fuerte oxidante y blanqueante de cloro, el clorato de potasio (KClO₃), conocido como sal de Berthollet. Berthollet también es conocido por sus contribuciones a la teoría del equilibrio químico a través del mecanismo de reacción reversible.

La obra de Lavoisier Traité Élémentaire de Chimie (Tratado elemental de química, 1789) fue el primer libro de texto de la química moderna, y presentaba un punto de vista unificado de las nuevas teorías químicas, contenía una declaración clara de la ley de conservación de la masa, y negaba la existencia del flogisto. Además presentaba una lista de elementos, o sustancias que no podían descomponerse, que incluía al oxígeno, el nitrógeno, el hidrógeno, el fósforo, el mercurio, el zinc y el azufre. Sin embargo, en su lista también se incluía la luz y el calórico, que él creía que eran sustancias materiales. En la obra Lavoisier remarcó que la observación era la base de su química, afirmando que:

He intentado (...) llegar a la verdad reuniendo hechos, para suprimir en lo posible el razonamiento, que a menudo es el responsable de engañarnos, para seguir en lo posible la luz de la observación y del experimento.

Instrumental del laboratorio de Lavoisier.

Lavoisier demostró que los organismos vivos descomponían y recomponían el aire atmosférico de la misma forma que lo hacía una llama. Junto a Pierre-Simon Laplace, Lavoisier usó un calorímetro para estimar el calor por unidad de dióxido de carbono producido en una combustión. Y descubrió unas medias similares para las llamas y los animales, lo que indicaba que los animales producían energía por medio de un tipo de combustión. Además descubrió que el diamante era una forma cristalina del carbón.

Sin embargo como es lógico, en su obra no todo fueron aciertos. Lavoisier no creía en el atomismo y pensaba que la existencia real de los átomos era filosóficamente imposible. Lavoisier creía en la teoría de los radicales y pensaba que los radicales funcionaban como un solo grupo que se combinaría con el oxígeno en las reacciones. Creía que todos los ácidos contenían oxígeno. A pesar de ello, la labor de Lavoisier fue fundamental para la ciencia química. Al impulso que se produjo en la investigación basado en su ley de conservación de la masa, su teoría sobre la combustión mediante el oxígeno, además de la teoría corpustular mecánica, se conoce como revolución química. Tras su obra la química adquirió una naturaleza estrictamente cuantitativa, lo que permitiría hacer predicciones fiables. Su contribución a la revolución química fue el resultado principalmente de su esfuerzo consciente de encajar todos sus experimentos en el marco de una sola teoría. Estableció de forma consistente el uso del equilibrio químico, usó el descubrimiento del oxígeno para refutar la teoría del flojisto y desarrolló un nuevo sistema de nomenclatura química. Lamentablemente su brillantez y autoridad científica no evitaron que Lavoisier fuera decapitado durante la Revolución francesa.

Pila voltaica en el museo Tempio Voltiano (Templo de Volta) de Como.

Volta y su pila[editar]

Artículos principales: Historia de la pila y Alessandro Volta.

El físico italiano Alessandro Volta fue uno de los pioneros en los estudios sobre la electricidad. En 1775 Volta perfeccionó y popularizó el electróforo, un dispositivo con dos discos metálicos separados por un conductor húmedo, pero unidos con un circuito exterior, capaz de producir electricidad estática. En 1794 Volta revisó los estudios sobre la «electricidad animal». En 1780 Luigi Galvani había observado que al poner en contacto dos metales diferentes con el músculo de una rana se originaba la aparición de corriente eléctrica. A Volta le interesó la idea y comenzó a experimentar con metales únicamente, y llegó a la conclusión de que el tejido muscular animal no era necesario para producir la corriente eléctrica. Este hallazgo suscitó una fuerte controversia entre los partidarios de la electricidad animal y los defensores de la electricidad metálica, pero la demostración, realizada en 1800, del funcionamiento de la primera pila eléctrica certificó la victoria del bando favorable a las tesis de Volta.⁶⁶

Su pila voltaica de 1800 consistía en un apilamiento de varios pares de discos de cobre y zinc alternados (electrodos) separados por una capa de tela o cartón empapada en salmuera (electrolito) para incrementar la conductividad.⁶⁷ Cuando se conectaba la parte superior y la inferior con un cable separados, y perdía poca carga con el tiempo cuando no se la utiliza, con lo que Volta consiguió la primera batería eléctrica para producir electricidad. Por ello se considera a Volta el fundador de la electroquímica.⁶⁸ A partir de entonces se usarán las pilas voltaicas (o galvánicas) en el estudio las reacciones redox y sus productos. Además Alessandro Volta entre 1776 y 1778 se dedicó al estudio de la química de los gases y fue el descubridor del metano.

Siglo XIX: resurgimiento de la teoría atómica[editar]

Artículos principales: Teoría atómica y Leyes estequiométricas.

Tras haber estado aparcado el atomismo desde la antigüedad y únicamente esbozado en los modelos mecánicos corpusculares, la teoría atómica es retomada por John Dalton, quien postuló que los átomos eran partículas indivisibles que permanecen inalteradas en los compuestos, a partir de lo cual se pudieron establecer las leyes estequiométricas, base de la actual estequiometría.

A lo largo del siglo XIX la química estuvo dividida entre los seguidores y detractores de la teoría atómica de Dalton, comoWilhelm Ostwald y Ernst Mach. Los impulsores más decididos de la teoría atómica inicial fueron Amedeo Avogadro, Ludwig Boltzmann, entre otros, que consiguieron grandes avances en la comprensión del comportamiento de los gases. La disputa sobre la existencia de los átomos se zanjaría definitivamente con la explicación del efecto browniano por Albert Einstein en1905 y los respectivos experimentos de Jean Perrin. Muchos fueron los investigadores que trabajaron bajo la hipótesis atómica. Svante Arrhenius intuyó en parte la estructura interna de los átomos proponiendo su teoría de la ionización en las disoluciones. Aunque su verdadera estructura no se vislumbraría hasta principios del siglo XX, a partir de los trabajos deErnest Rutherford, seguidos por el modelo atómico de Bohr.

John Dalton[editar]

Artículos principales: John Dalton y Teoría atómica de Dalton.

Ilustración con elementos y compuestos según A New System of Chemical Philosophy de John Dalton (1808).

En 1803 el científico inglés John Dalton propuso la ley de Dalton, que relaciona las presiones parciales de los componentes de una mezcla de gases con la presión total de la mezcla.⁶⁹ El concepto fue descubierto en 1801, y también se conoce como ley de las presiones parciales.

John Dalton es reconocido tanto por sus obras sobre el atomismo, las presiones parciales de los gases, y la percepción del color (daltonismo).

Pero la principal contribución de Dalton a la química fue una nueva teoría atómica en 1803, donde afirmaba que toda la materia está formada por pequeñas partículas indivisibles denominadas átomos. En 1808 Dalton publicó por primera vez A New System of Chemical Philosophy (Un nuevo sistema de filosofía química, 1808-1827), en la que desarrollaba la primera descripción moderna de una teoría atómica. En esta obra identificaba los elementos químicos como un tipo de partículas, y rechaza lateoría de afinidades químicas defendida porÉtienne François Geoffroy e Isaac Newton, entre otros. Dalton explicó su teoría formulando una serie de enunciados simples:⁷⁰

La materia está formada por partículas muy pequeñas llamadas átomos, que son indivisibles y no se pueden destruir.
Los átomos de un mismo elemento son iguales entre sí, tienen la misma masa y propiedades. Los átomos de diferentes elementos tienen masas diferentes.
Los átomos permanecen sin división, aun cuando se combinen en las reacciones químicas.
Los compuestos químicos se forman al unirse átomos de dos o más elementos distintos.
Los átomos, al combinarse para formar compuestos guardan relaciones simples.
Los átomos de elementos diferentes se pueden combinar en proporciones distintas y formar más de un compuesto.

A pesar de su utilidad y gran aceptación durante todo el siglo XIX, la teoría atómica de Dalton tenía imprecisiones (los dos primeros enunciados no son del todo ciertos) y presentaba muchas lagunas: no aclaraba nada sobre la estructura del átomo, ni explicaba las propiedades de los elementos, ni cuáles eran las causas de que se unieran para formar compuestos.

Además de definir átomos, elementos y compuestos, Dalton infirió las proporciones de algunos elementos en sus compuestos, partiendo de los pesos de sus reactivos, por medio del peso atómico relativo usando al hidrógeno como unidad de masa en la comparación con los demás elementos. Siguiendo las tesis de Jeremias Benjamin Richter (conocido por acuñar el término estequiometría), propuso que cuando los elementos químicos se combinaban para dar más de un compuesto se unen en distintas proporciones fijas y enteras. Esto se conoce como la Ley de las proporciones múltiples y fue incluida en su obra New System of Chemical Philosophy. La ley de las proporciones múltiples es una de las leyes básicas de la estequiometría y uno de los pilares de su teoría atómica. Curiosamente a pesar de la importancia de incluir la idea de átomos como entidades físicas reales en A New System of Chemical Philosophy, y la creación de un sistema de símbolos químicos para ellos, esta obra dedica casi todo su texto a la teoría calórica en lugar de al atomismo.

Por otro lado fue el químico francés Joseph Proust quien propuso la Ley de proporciones definidas, que afirma que los elementos siempre se combinan para formar un determinado compuesto lo hacen en proporciones de números enteros y sencillos, basándose en varios experimentos realizados entre 1797 y 1804.⁷¹ La ley de proporciones múltiples y la de proporciones definidas son la base de la estequiometría. Estas dos leyes por sí mismas no prueban la existencia de los átomos, pero son difíciles de explicar sin asumir que los compuestos se forman por la combinación de átomos en proporciones constantes.

Jöns Jacob Berzelius[editar]

Jöns Jacob Berzelius, el químico que desarrolló el método moderno de notación de fórmulas químicas.

Artículo principal: Jöns Jacob Berzelius

Un químico sueco discípulo de Dalton, Jöns Jacob Berzelius, se embarcó en un programa sistemático de mediciones cuantitativas precisas de las sustancias químicas, asegurándose de su pureza. A partir de las cuales en 1828 recopiló una tabla de pesos atómicos relativos, donde al oxígeno se le asignaba el 100, y que incluía todos los elementos conocidos en la época. Este trabajo proporcionó pruebas a favor de la teoría atómica de Dalton: que los compuestos químicos inorgánicos estaban formados por átomos combinados en proporciones de números enteros. Determinó la composición elemental exacta de gran número de sustancias. Sus resultados confirmaron la ley de proporciones definidas de Proust. En sus pesos usó como patrón al oxígeno, asignándole el valor exacto de 100, y a partir de él midió el peso de 43 elementos. Al descubrir que los pesos atómicos no eran múltiplos exactos del peso del hidrógeno Berzelius descartó la hipótesis de Prout, que suponía que los elementos estaban formados por átomos de hidrógeno.

Para simplificar los experimentos en su extensa determinación de pesos atómicos introdujo el sistema de símbolos químicos y notación, que publicó en su obra de 1808Lärbok i Kemien (Manual de química), en la que los nombres de los elementos fueron abreviados con una o dos letras de las iniciales de sus nombres en latín. Este sistema de notación, en el que los elementos se expresan mediante símbolos simples y sus proporciones se indican con números, básicamente es el mismo que se usa actualmente. La única diferencia es que en lugar de poner los números en el subíndice como actualmente (ej: H₂O), Berzelius usaba superíndices (H²O).

Se acredita a Berzelius el descubrimiento de los elementos silicio, selenio, torio y cerio. Además los discípulos que trabajaban en el laboratorio de Berzelius identificaron el litio y redescubrieron el vanadio (descubierto originalmente porAndrés Manuel del Río en 1801 y luego descartado al creerlo cromo). Berzelius desarrolló la teoría de los radicales para la combinación química, que mantenía que las reacciones se producen mediante grupos estables de átomos denominadosradicales que se intercambian entre las moléculas. Creía que las sales son compuestos de un ácido y una base, y descubrió que los aniones de los ácidos eran atraídos por los electrodos positivos (el ánodo), mientras que los cationes de una base eran atraídos por el electrodo negativo (el cátodo). Berzelius no creía en la teoría del vitalismo, en su lugar pensaba que había una fuerza reguladora que producía la organización de los tejidos de los organismos. Además se atribuye a Berzelius la creación de los términos químicos "catálisis", "polímero", "isómero" y "alótropo", aunque sus definiciones originales difieren considerablemente de las actuales. Por ejemplo el término "polímero" que acuñó en 1833 describía compuestos orgánicos que compartían la misma fórmula empírica pero tenían distinto peso molecular, el mayor era polímero del más pequeño, como la glucosa (C₆H₁₂O₆, de la que se desconocía su estructura) y el formaldehído(CH₂O). Por todo ello Berzelius es reconocido como uno de los padres de la química moderna, junto a Lavoisier, Boyle y Dalton.

Davy y la electrólisis[editar]

Humphry Davy, descubridor de varios alcalinos, alcalinoterreos y las propiedades de varioshalógenos mediante la electrólis.

Artículo principal: Humphry Davy

El químico inglés Humphry Davy fue un pionero en el campo de la electrólisis (que consiste en usar la electricidad en una la célula electrolítica donde se producenreacciones de oxido-reducción para separar los compuestos allí contenidos) para aislar varios elementos nuevos. Davy descompuso por electrolisis varias sales fundidas y consiguió descubrir el sodio y el potasio. El potasio fue el primer metal aislado mediante electrólisis, a partir la potasa cáustica (KOH). Antes del siglo XIX se desconocían las diferencias entre las sales de sodio y potasio. El sodio fue aislado el mismo año a partir de la sosa cáustica fundida (NaOH). Cuando Davy se enteró que Berzelius y Pontin preparaban una amalgama (amalgama de calcio) mediante la electrólisis de la cal en mercurio, lo intentó él. Davy consiguió descubrir el calcio en 1808 con la electrólis de la cal en óxido de mercurio.⁷² ⁷³ Siguió trabajando con la electrólisis durante toda su vida, en 1808, aisló el magnesio, el estroncio y el bario.⁷⁴⁷⁵

Davy también experimentó inhalando gases. Este procedimiento experimental casi resulta fatal en varias ocasiones, pero condujo a descubrir los inusuales efectos delóxido nitroso, que llevarían a conocerlo como gas de la risa. En 1774 el químico suecoCarl Wilhelm Scheele descubrió el cloro y lo denominó «ácido desflogistizado marino» pensando erróneamente que contenía oxígeno. Scheele observó varias propiedades del gas de cloro, como su efecto blanqueante sobre el tornasol, y su efecto mortal sobre los insectos, su color verde amarillento y su olor similar al del agua regia. Sin embargo, Scheele no pudo publicar sus hallazgos a tiempo. En 1810 Humphry Davy le dio al cloro su nombre actual (derivado de la palabra griega χλωρός (khloros) «verde amarillento») insistiendo en que se trataba de un elemento.⁷⁶ Además demostró que no se podía obtener oxígeno a partir de la sustancia conocida como ácido oximuriático (una solución de HCl). Este descubrimiento rebatió la definición de ácido de Lavoisier que los consideraba compuestos de oxígeno.

El yodo fue descubierto por el químico francés Bernard Courtois en 1811.⁷⁷ ⁷⁸ Courtois dio muestras a sus amigos, Charles Bernard Desormes (1777-1862) y Nicolas Clément (1779-1841), para que continuaran la investigación. También le dio algo de sustancia a Joseph Louis Gay-Lussac y al físico André-Marie Ampère. El 6 de diciembre de 1813, Gay-Lussac anunció que se trataba o bien de un nuevo elemento, o bien de un compuesto de oxígeno.⁷⁹ ⁸⁰ ⁸¹ Además fue Gay-Lussac quien sugirió el nombre del yodo, a partir de la palabra griega ιώδες (iodes) para el violeta (por el color del vapor de yodo).⁷⁷ ⁷⁹A su vez Ampère dio parte de su muestra a Humphry Davy. Davy hizo algunos experimentos con la sustancia y se dio cuenta de sus similitudes con el cloro.⁸² Davy mandó una carta el 10 de diciembre a la Royal Society of London donde afirmaba que había identificado un nuevo elemento.⁸³ Lo que desató las discusiones entre Davy y Gay-Lussac sobre quién había identificado primero al yodo como elemento, aunque ambos reconocían a Courtois como el primero en aislarlo.

Gay-Lussac y las leyes de los gases[editar]

Joseph Louis Gay-Lussacafirmó que la relación entre los volúmenes de los gases reactivos los de los productos puede expresarse por números sencillos y enteros.

Artículos principales: Joseph Louis Gay-Lussac y Ley de Gay-Lussac.

El químico francés Joseph Louis Gay-Lussac compartía con Lavoisier el interés por el estudio cuantitativo de las propiedades de los gases. Desde su primer periodo de investigación 1801-1802, manifestó que todos los gases se expandían proporcionalmente al aumentar la temperatura. A esta conclusión generalmente se la denomina ley de Charles, ya que Gay-Lussac le concedió el crédito del descubrimiento a Jacques Charles, por haber llegado casi a sus mismas conclusiones en la década de 1780 aunque no las había publicado.⁸⁴ Esta ley también fue descubierta independientemente por John Dalton alrededor de 1801, aunque la descripción de Dalton es menos meticulosa que la de Gay-Lussac.⁸⁵ ⁸⁶ En 1804 Gay-Lussac hizo varios arriesgados ascensos en globo aerostático de hidrógeno hasta alturas por encima 7000 metros sobre el nivel del mar que le permitieron investigar otros aspectos de los gases, una proeza que nadie más realizó en los 50 años siguientes. Tomó medidas de la presión, la temperatura, la humedad y muestras de aire, que más tarde analizó químicamente, además de realizar mediciones magnéticas a varias altitudes.

En 1808 Gay-Lussac anunció lo que probablemente fue su mayor logro: a partir de experimentos propios y de otros dedujo que los gases a volumen fijo mantienen constante la relación entre su presión y la temperatura. Y que los volúmenes de los posibles productos de una reacción entre gases además están en proporción sencilla con los volúmenes de los reactivos. En otras palabras que los gases bajo las mismas condiciones de presión y temperatura reaccionan con otros en proporciones de volumen de números enteros y pequeños. Estas conclusiones se plasmarían en la ley de Gay-Lussac y la Ley de los volúmenes de combinación.

Gay-Lussac también participó junto a su colega profesor en la École Polytechnique, Louis Jacques Thénard, en las primeras investigaciones electroquímicas, y analizó los elementos descubiertos por este medio. Entre sus logros en este campo destaca el descubrimiento del boro, por la descomposición del ácido bórico usando potasio fundido. Ambos investigadores formaron parte de los debates de la época para modificar la definición de los ácidos e impulsar el análisis de los compuestos orgánicos para descubrir su contenido en oxígeno e hidrógeno.

Amedeo Avogadro[editar]

Amedeo Avogadro postuló que en las mismas condiciones de presión y temperatura, volúmenes iguales de dos gases tenían el mismo número de moléculas.

Artículos principales: Amedeo Avogadro y Ley de Avogadro.

Tras la publicación de la teoría atómica de Dalton en 1808, algunas de sus ideas centrales fueron rápidamente adoptadas por la mayoría de los químicos. Sin embargo durante medio siglo permaneció la incertidumbre de cómo se configuraría la teoría atómica y se aplicaría a las situaciones concretas. Por ejemplo con los datos empíricos disponibles hasta el momento varios químicos de distintos países desarrollaron diversos sistemas de pesos atómicos incompatibles. El físico italiano Amedeo Avogadro(1776-1856) publicó en 1811 una obra que mostraba una salida a esta difícil situación. Presentó la hipótesis de que los volúmenes iguales de cualquier gas, a la misma temperatura y presión, contenían el mismo número de moléculas; por lo cual la relación entre los pesos moleculares de dos gases era la misma proporción que la que había entre sus densidades, en las mismas condiciones de presión y temperatura. Además Avogadro razonó que los gases corrientes no estaban formados por átomos solitarios sino por moléculas que contenían dos o más átomos (que era el origen de los distintos pesos atómicos registrados). Así Avogadro fue capaz de resolver el problema con el que se habían topado Dalton y otros cuando Gay-Lussac reportó que por encima del los 100 °C el volumen del vapor de agua era dos veces el volumen del oxígeno usado para formarla. Según Avogadro la molécula de oxígeno se dividía en dos átomos para formar el agua.

La hipótesis de Avogadro fue ignorada durante medio siglo tras haber sido publicada por primera vez. Se han citado muchas razones para este desinterés, incluidos algunos problemas teóricos como el dualismo propuesto por Jöns Jacob Berzelius que consideraba que los compuestos se mantenían juntos por la atracción de las cargas positivas y negativas, lo que haría incompatible la existencia de moléculas formadas por dos átomos eléctricamente similares, como el caso del oxígeno. Además existía la barrera de que muchos químicos eran reacios a adoptar métodos físicos (como las determinaciones de densidad del vapor) para resolver sus problemas. Sin embargo, a mediados de siglo las figuras más prominentes empezaron a considerar intolerable la diversidad caótica de sistemas de pesos atómicos y fórmulas de compuestos en competencia, que proliferaron a causa de la incertidumbre. Además empezaron a acumularse pruebas puramente químicas que indicaban que lo afirmado por Avogadro podría ser cierto después de todo. A mediados de siglo, químicos más jóvenes como Alexander Williamson en Inglaterra, Charles Gerhardt y Charles-Adolphe Wurtz en Francia yAugust Kekulé en Alemania, empezaron a proponer la reforma de la química teórica para que se ajustara a la teoría de Avogadro.

Inicios de la síntesis orgánica y su industria[editar]

Artículos principales: Vitalismo, Friedrich Wöhler y Síntesis orgánica.

Después de que se comprendieran los principios de la combustión, se apoderó de la química otro debate de gran importancia: el vitalismo, la distinción esencial entre la materia orgánica y la inorgánica. Esta teoría asumía que la materia orgánica solo podría ser producida por los seres vivos, atribuyendo este hecho a una vis vitalis (fuerza vital) inherente a la propia vida. En 1827 William Prout clasificó las biomoléculas en tres grupos: carbohidratos, proteínas y lípidos. Pero el debate del vitalismo se zanjó cuando Friedrich Wöhler descubrió accidentalmente en 1828 cómo se podía sintetizar la ureaa partir de cianato de amonio, demostrando que la materia orgánica podía crearse de manera química a partir de reactivos inorgánicos. A pesar de ello se mantiene vigente la clasificación en química orgánica e inorgánica, ocupándose la primera esencialmente de los compuestos del carbono y la segunda de los compuestos de los demás elementos.

La urea fue la primera molécula orgánica que se logró sintetizar a partir de precusores inorgánicos.
Clave de colores:

carbono • oxígeno
nitrógeno • hidrógeno

Anteriormente Friedrich Wöhler y Justus von Liebig realizaron en 1825 el primer descubrimiento confirmado y explicado de isómeros, aunque el término fuera acuñado antes por Berzelius. Trabajando con ácido ciánico y ácido fulmínico, dedujeron correctamente que la isomería era la consecuencia de la diferente colocación de los mismos átomos en la estructura molecular. Además en 1832 Friedrich Wöhler y Justus von Liebig descubrieron y explicaron los grupos funcionales y los radicales en la química orgánica, además de sintetizar por primera vez el benzaldehído.

Por su parte Justus von Liebig realizó investigaciones que contribuyeron de forma crucial en la agricultura y la bioquímica y trabajó en la organización de la química orgánica. Liebig es considerado el padre de la industria de los fertilizantes por su descubrimiento de que elnitrógeno es un nutriente esencial para las plantas, y la formulación de la ley del mínimoque indica la influencia individual de cada nutriente en las cosechas.

Alfred Nobel que se enriqueció con el descubrimiento de la dinamita a su muerte donó la mayor parte de su fortuna para los Premios Nobel.

Los últimos defensores del vitalismo negaban la cualidad de sustancia orgánica a un producto de desecho como la urea. Pero en 1847 Hermann Kolbe consiguió sintetizar otra sustancia orgánica, el ácido acético, a partir de fuentes totalmente inorgánicas, quedando refutado sin lugar a dudas el vitalismo. La síntesis de la urea abrió el camino para las síntesis orgánica de cientos de productos. Ya en 1838 Alexandre Wosrerenski obtuvo la quinona a partir de la quinina. El desarrollo de la química orgánica en la segunda mitad del siglo XIX estuvo impulsado inicialmente por la búsqueda de nuevos colorantes o tintes sintéticos. Hasta la época solo se podía teñir mediante productos naturales como la cochinilla que resultaban muy caros. El descubrimiento de la anilina por Runge y la primera síntesis de un colorante artificial realizada por Perkin abrió grandes posibilidades comerciales. En 1856, William Henry Perkin, con 18 años, desafiado por su profesor August Wilhelm von Hofmannintentaba sintetizar, usando como precursor alquitrán de hulla, la quinina, el medicamento contra la malaria, que hasta entonces era escasa por ser un producto natural. En uno de los intentos Perkin oxidó anilina usando dicromato potásico, las impurezas de toluidina reaccionaron con la anilina produciendo un precipitado negro, lo que parecía indicar una síntesis fallida. Al limpiar el matraz con alcohol, Perkin notó que la solución se volvía morada, a causa de un subproducto que resultaría ser el primer colorante sintético, lamalveína o malva de Perkin. Este descubrimiento originaría la industria de los tintes sintéticos, una de las primeras industrias químicas de éxito. En 1865 Adolf von Baeyer empezó a fabricar el añil, el tinte de los pantalones vaqueros, hasta entonces obtenido del índigo, un hito en la industria de la química orgánica que revolucionó la industria de los tintes.

Otra importante industria de compuestos orgánicos en la época fue la de los explosivos. En 1847, el químico italianoAscanio Sobrero descubrió la nitroglicerina, que revolucionaría la minería, pero que resultaba extremadamente peligrosa. El químico sueco Alfred Nobel descubrió que cuando la nitroglicerina era absorbida por una sustancia inerte como la tierra de diatomeas, resultaba más segura y manejable; y patentó esta mezcla en 1867 con el nombre de dinamita. Nobel posteriormente combinó la nitroglicerina con varios compuestos de nitrocelulosa, similares al colodión, que en combinación de otro explosivo de nitrato resultó una receta más eficiente. El compuesto obtenido, una sustancia gelatinosa transparente con un poder explosivo mayor que la dinamita, se denominó gelignita y fue patentada en 1876. Este descubrimiento fue seguido por una multitud de combinaciones similares, que se modificaban por la adición de nitrato potásico y otras sustancias.

En 1855, Benjamin Silliman Jr. inició los métodos de craqueo del petróleo, que son la base de la industria petroquímicaactual.⁸⁷ La importancia de los derivados del petróleo hicieron que la industria derivada de la química orgánica adquiriera la dimensión que tiene actualmente, con productos como los plásticos, los carburantes, los adhesivos, etc. La industria de los plásticos se inició en 1862 cuando Alexander Parkes mostró en la exposición universal de Londres la parkesina, uno de los primeros polímeros sintéticos. Aunque el primer plástico comercializado a gran escala (la baquelita) no empezaría a su distribución hasta el inicio del siglo XX.

La fabricación industrial de fármacos sintéticos se inició con la aspirina en 1897, cuando Felix Hoffmann descubrió en los laboratorios Bayer un proceso para obtener ácido acetil salicílico a gran escala y con gran pureza.

Véanse también: Cronología de la Química orgánica y Síntesis de Wöhler.

Congreso de Karlsruhe y sus antecedentes[editar]

Artículos principales: Stanislao Cannizzaro y Congreso de Karlsruhe.

Listado realizado por August Kekulécon la multiplicidad de fórmulas que se barajaban en 1860 para ácido acéticoantes de admitirse la hipótesis de Avogadro.

En 1840 Germain Hess propuso la ley de Hess, uno de los primeros pasos hacia laley de conservación de la energía, que establece que la energía absorbida o desprendida en una reacción depende solo de los reactivos iniciales y productos finales, es independiente del tipo o número de pasos intermedios. En 1848 William Thomson (barón de Kelvin) estableció el concepto de cero absoluto, la temperatura a la que todas las moléculas detienen su movimiento por completo. En 1849 Louis Pasteur descubrió que la mezcla racémica de ácido tartárico se trata de una mezcla de isómeros levógiros y dextrógiros, clarificando la naturaleza de la rotación ópticainiciando el campo de la estereoquímica.⁸⁸

En 1852, August Beer estableció la ley de Beer, que relaciona la intensidad de luz absorbida por la disolución de una sustancia con su concentración y las propiedades de dicha sustancia. Se basa parcialmente en una obra anterior dePierre Bouguer y Johann Heinrich Lambert. Esta fórmula será la base de la técnica analítica conocida como espectrofotometría,⁸⁹ el análisis de sustancias químicas mediante la comparación del tipo y cantidad de luz que absorben.

Stanislao Cannizzaro consiguió la reforma que impuso la hipótesis de Avogadro, en la que se basa el actual sistema de pesos atómicos y formulación.

La hipótesis de Avogadro empezó a conseguir aceptación entre los químicos solo después de que su compatriota Stanislao Cannizzarodemostrara su valor en 1858, dos años después de la muerte de Avogadro. La investigación de Cannizzaro originalmente se centraba en el análisis de productos naturales y las reacciones de los compuestos aromáticos. En 1853, descubrió que cuando se trataba el benzaldehído con una base se obtenía una mezcla de ácido benzóico y alcohol bencílico, un fenómeno conocido actualmente como reacción de Cannizzaro. Cannizzaro explicó en un folleto escrito en 1858 que con la aplicación de las ideas de Avogadro se podía construir una teoríaestructural química robusta y consistente, y que coincidía con casi todas las pruebas empíricas disponibles en la época. Por ejemplo, señaló que algunos gases elementales eran monoatómicos, aunque la mayoría eran diatómicos, y unos pocos eran incluso más complejos. Otro punto de discusión que trataba fue las fórmulas de los compuestos de metales alcalinos (como el sodio) y los alcalinotérreos (como el calcio). En vista de sus llamativas similitudes químicas la mayoría de los químicos les habían asignado el mismo tipo de fórmula. Cannizzaro discrepaba y situó a estos metales en dos grupos diferentes lo que eliminaba ciertas anomalías que se daban al intentar deducir sus propiedades a partir de sus pesos atómicos. Lamentablemente el folleto de Cannizzaro inicialmente solo se publicó en Italia y tuvo muy poca difusión.

El verdadero impacto del pasquín de Cannizzaro tuvo lugar en el congreso de Karlsruhe, el primer congreso internacional de química que se reunió en la ciudad alemana de Karlsruhe en septiembre de 1860, con el objetivo principal de unificar criterios. Estaba organizado por August Kekulé, Charles Adolphe Wurtz y Karl Weltzien,⁹⁰ y congregó a los químicos europeos más importantes de la época. Cannizzaro fue muy elocuente, lógico y didáctico en su exposición, causando una gran impresión en la asamblea. Además su amigo Angelo Pavesi distribuyó su folleto entre todos los asistentes al final de la reunión, cuya lectura convenció definitivamente a la mayoría.⁹¹ Así Cannizzaro desempeñó un papel fundamental en la reforma que impuso la tesis de Avogadro. El sistema de formulación y pesos atómicos resultante fue adoptado por la mayoría de los químicos, y es en esencia el que se usa actualmente.

Espectroscopía y tubos de descarga[editar]

Tubo de Crookes a la luz y en oscuridad. Los electrones se desplazan en línea recta desde el cátodo (izquierda), como prueba la aparición de la sombra en forma de cruz en el fondo derecho. El ánodo está en el borne inferior.

A mediados del siglo XIX se crearon dos técnicas que resultarían fundamentales para el estudio de la estructura del átomo: la espectroscopía y los tubos de descarga. Entre 1859 y 1860 Robert Bunsen y Gustav Kirchhoff crearon elanálisis de espectros. Los espectros atómicos son series de líneas que registran la energía emitida o absorbida por los átomos. En un espectrómetro se excitaba una muestra gaseosa, generalmente calentándola, y se hacía pasar la luz resultante por un prisma que separaba la energía de distintas frecuencias, que se imprimían haciéndolas pasar por una placa fotográfica. Si el espectro era de absorción lo que se descomponía era la luz que se hacía pasar a través de la muestra de gas, y se registraban las frecuencias que absorbía. El resultado era una tira de papel con series de líneas en distintas posiciones según los distintos elementos, que representaban las frecuencias de emisión o absorción características de cada elemento. Bunsen y Kirchoff usaron la espectroscopía para el análisis químico, al poder identificar con esta técnica la presencia de sustancias nuevas en las muestras, y así consiguieron descubrir el cesio y elrubidio. Enseguida los científicos se dieron cuenta que las líneas de los espectros se disponían de forma periódica en series matemáticamente formulables, y posteriormente se asociarían con la estructura de los átomos.

Esquema del espectro de emisión del hidrógeno, con colores para diferenciar las distintas series identificadas.

Los tubos de descarga consistían en tubos de vidrio en los que se hacía parcialmente el vacío, por lo que en su interior quedaba un gas en concentración muy pequeña (denominado gas enrarecido). Dentro se alojaban además dos bornes separados (ánodo y cátodo) de un circuito eléctrico, y se estudiaba lo que ocurría en el interior cuando se hacía pasar una corriente eléctrica a través del tubo. El químico y físico inglés William Crookes fue el pioneros en el campo de los tubos de descarga, al inventar el tubo de Crookes, un tubo de descarga experimental en el que pudo estudiar el comportamiento de los rayos catódicos que lo atravesaban. Crookes destacó por estos estudios de los rayos catódicos al resultar fundamentales para el desarrollo de la física atómica, puesto que ayudaron a desvelar la estructura del átomo. Sus investigaciones consistieron en observar los efectos de las descargas eléctricas en el espacio oscuro alrededor del cátodo, situado en el interior de los tubos que tenían una atmósfera muy tenue de gas, actualmente es denominado espacio oscuro de Crookes en su honor. Demostró que los rayos catódicos se desplazaban en líneas rectas y producían fosforescencia al chocar con determinadas sustancias (luego estaban formados por partículas materiales cargadas negativamente). Además Crookes aplicó las técnicas espectroscópicas para estudiar los compuestos de selenio. En 1861 Crookes usó el mismo proceso para descubrir el talio en algunos depósitos seleníferos. Continuó trabajando con el nuevo elemento, lo aisló y estudió sus propiedades, y en 1873 determinó su peso atómico.

Kekulé y la estructura orgánica[editar]

August Kekulé.

Estructura propuesta por Kekulé para elbenceno.

La contribución más importante del químico alemánFriedrich August Kekulé von Stradonitz fue su teoría estructural para los compuestos orgánicos, resumida en dos artículos publicados en 1857 y 1858 y desarrollada en gran detalle en su popular obra Lehrbuch der organischen Chemie (Manual de química orgánica), cuyo primer tomo apareció en 1859 y terminó teniendo cuatro volúmenes. Kekulé explicó que los átomos de carbonotetravalentes (que pueden formar cuatro enlaces químicos) se unen unos a otros para formar cadenas, que denominó cadena de carbonos o carboesqueleto, y con el resto de valencias se pueden unir a otros tipos de átomos (como hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y cloro). Estaba convencido de que era posible encontrar esta estructura en todas las moléculas orgánicas, al menos en todas las conocidas en la época. Kekule no era el único químico de la época en creerlo. El químico escocésArchibald Scott Couper publicó una teoría similar casi al mismo tiempo, y el ruso Aleksandr Butlerov hizo mucho por clarificar y expandir la teoría. Sin embargo Kekulé fue el principal difusor de la teoría y sus ideas prevalecieron en la comunidad científica.

En 1864, Cato Maximilian Guldberg y Peter Waage, a partir de las ideas de Claude Louis Berthollet propusieron la ley de acción de masas. En 1865, Johann Josef Loschmidt determinó el número exacto de moléculas que contiene un mol de sustancia, posteriormente denominado constante de Avogadro.

En 1865, August Kekulé se basó parcialmente en el trabajo de Loschmidt, entre otros, para establecer la estructura delbenceno, explicándola como un anillo de seis átomos de carbono con enlaces simples y dobles alternados. La novedosa propuesta de Kekulé de estructura cíclica del benceno fue muy polémica pero nadie en la época aportó una mejor. Actualmente se sabe que gran parte de los compuestos orgánicos contienen estructuras cíclicas como el benceno, denominadas aromáticas.

Mendeléyev y la tabla periódica[editar]

Artículos principales: Dmitri Mendeléyev, Tabla periódica de los elementos y Descubrimiento de los elementos químicos.

En 1869, los científicos ya habían descubierto 66 elementos diferentes y habían determinado su masa atómica. Comprobaron que algunos elementos tenían propiedades químicas similares y hubo varios intentos de clasificarlos según algunas de ellas con más o menos acierto. En 1829 el químico J.W. Döbereiner organizó un sistema de clasificación de elementos en el que estos se congregaban en grupos de tres denominados tríadas. Las propiedades químicas de los elementos de una tríada eran similares y sus propiedades físicas variaban de manera ordenada con su masa atómica. En 1862 Alexandre-Emile Béguyer de Chancourtois publicó su hélice telúrica, una clasificación tridimensional de los elementos. En 1864 John Newlands propuso la ley de las octavas y el mismo año Lothar Meyer desarrolló otra clasificación con 28 elementos organizados según su valencia.

Dmitri Mendeléyev creador de laTabla periódica.

Tabla periódica de 1871 realizada por Dmitri Mendeléyev.

Pero quien terminó dando sentido a una lista ordenada de los elementos conocidos (que nos ayudaría a entender la estructura interna de los átomos) fueDmitri Ivanovich Mendeléyev al desarrollar la primera tabla periódica de los elementos moderna. El químico ruso Mendeléyev intuyó que había algún tipo de orden entre los elementos y pasó más de treinta años recolectando datos y dando forma al concepto, inicialmente con la intención de aclarar el desorden para sus alumnos. Mendeléyev acomodó los 66 elementos conocidos en ese momento en su tabla periódica por orden creciente de peso atómico, pero también atendiendo a sus propiedades, y acertó al dejar huecos en la tabla para elementos todavía no descubiertos. Mendeléyev descubrió que cuando se ordenaban los elementos químicos en fila según aumentaba el peso atómico, hasta llegar a uno que tuviera propiedades similares al inicial, que se situaría en una nueva fila debajo, en la tabla resultante se encontraban patrones recurrentes, o periodicidad, en las propiedades de los elementos tanto en las filas (periodos) como en las columnas (grupos). Publicó su descubrimiento en 1869 en su obra Principios de química. Además su sistema le permitió predecir con bastante exactitud las propiedades de elementos no descubiertos hasta el momento. En su versión de la tabla de 1871, predijo las propiedades que tendrían probablemente tres elementos todavía no descubiertos a los que denominóekaboro (Eb), ekaaluminio (Ea) y ekasilicio (Es), que coincidieron con las del escandio, galio y germanio, al ser descubiertos, lo que consiguió la aceptación generalizada de este sistema de ordenación.

Sin embargo, la tabla de Mendeléyev no era del todo perfecta. Posteriormente tras el descubrimiento de varios elementos nuevos y de perfeccionarse los métodos de determinación de las masas atómicas, se descubrió que algunos elementos no estaban en el orden correcto. La causa de este problema la determinaría más adelante el químico inglés Henry Moseley, cuando se conociera mejor la naturaleza del átomo, quién descubrió que lo que determinaba un claro patrón periódico de las propiedades de los átomos, es el número de protones que contiene cada elemento en su núcleo, o número atómico, y no la masa atómica. Además no aparecía ninguna columna para los gases nobles, pero en esas fechas no se conocía todavía ninguno.

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martes, 10 de octubre de 2017

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