Lección 1. La química _ Evolución histórica
Objetivos: El objetivo que se persigue en este capítulo es que los estudiantes conozcan la evolución histórica de la química y comprendan algunos conceptos básicos de esta ciencia, como calor y temperatura, las propiedades, los estados, los cambios y clasificación de la materia, los métodos de separación de sustancia y la energía.
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Lección 1. La evolución histórica de la química
Desde
la Antigüedad el hombre ha procurado
conocer los fenómenos naturales que
observa a su alrededor. Este interés es lo que le ha conducido a hacer ciencia.
La
ciencia es un conjunto de conocimientos racionales, ciertos y probables,
obtenidos metódicamente, sistematizados y verificables, que hacen referencia a
objetos de una misma naturaleza.
El creciente cuerpo de ideas de una ciencia avanza solamente a través de la
investigación científica, pues ella ha permitido al ser humano hacer una
reconstrucción conceptual de la realidad, que es cada vez más amplia, profunda
y exacta.
La química es una ciencia natural: Las
ciencias naturales son todas aquellas ciencias que tienen como objeto de
estudio elementos o cosas de la naturaleza siguiendo la modalidad del método científico.
Las Ciencias de la Naturaleza se han dividido en disciplinas que estudian
diversos aspectos, estas son: Biología, Física, Química, Astronomía y Geología
Biología: es una rama de las ciencias naturales que tiene como
objeto de estudio a los seres vivos y, más específicamente, su origen, sus
propiedades: génesis, nutrición, morfogénesis, reproducción, patogenia, etc.Física: es la ciencia dedicada al estudio de los fenómenos naturales, en los cuales no hay cambios en la composición de la materia.
Astronomía: ciencia que se ocupa del estudio de los cuerpos celestes, sus movimientos y los fenómenos ligados a ellos.
Geología: estudia la tierra, su composición y estructura y los cambios que experimenta a través del tiempo.
Química: ciencia que estudia la composición, estructura y propiedades de la materia, como los cambios que ésta experimenta durante las reacciones químicas y su relación con la energía.
La
química no solo ha permitido al ser humano
comprender fenómenos naturales
También ha servido para comprender procesos que se presentan en
nuestro propio cuerpo, para mejorar la calidad de vida de las personas. Muchas de las investigaciones en
química han dado como resultado la elaboración de sustancias de gran
importancia en la vida del ser humano y además estas investigaciones han
servido para que otras ciencias también avancen.
Así, materiales como plásticos, pinturas o
detergentes; medicamentos como la penicilina, los antiácidos o la insulina, y
máquinas como los refrigeradores o los motores de combustión interna, han sido
posibles gracias al creciente conocimiento que tenemos del mundo a nuestro
alrededor y muy especialmente gracias a los avances alcanzados por la química.
1.1. PERIODOS HISTÓRICOS DE LA QUÍMICA
Desde la antigüedad los seres humanos han
realizado investigaciones y es así como la química ha venido evolucionando. En
el proceso evolutivo o de desarrollo de
la química podemos señalar varias etapas o periodos.
1.1.1 la química en la edad
antigua
Desde que el
ser humano fue creado por Dios y colocado sobre este planeta empezó a conocer y
a estudiar lo que se encontraba a su alrededor, empezó a estudiar la materia:
la química nació y con la ayuda del fuego, la cocción de los alimentos, la combustión de la madera y la
metalurgia, fueron actividades en donde el hombre empezó a estudiar y a
realizar reacciones con la materia. Los objetos o artículos encontrados
correspondientes a este periodo son de metal, cerámica, vidrio, pigmentos y
telas teñidas, por lo que la extracción de los metales de sus menas, la
fabricación de vidrios y cerámica, las artes de la pintura y del teñido, así
como la preparación de perfumes y cosméticos, práctica de la momificación y
otros oficios análogos seguidos en las civilizaciones primitivas, constituyen
los conocimientos sobre los que está basada la química de aquellos tiempos.
En este periodo se destacan algunas subetapas:
Edad
de oro: 5000 a. C,
descubrimiento del Au, Ag y el Cu
Edad
de bronce: 4000 a. C
descubrimiento del bronce; fabricación de armas
Edad del Hierro:
3000 a. C se aprendió a fabricar acero, se conoció que su resistencia aumenta
con el temple y se llegó incluso a protegerlo de la corrosión
Egipcios: 2600 a. C 1000- 400 a. C
Los
egipcios fabricaron vidrio, esmalte; imitaban a la perfección los metales
nobles, así como el rubí, el zafiro y la esmeralda; utilizaron el cuero, la
lana, el algodón y el lino que blanqueaban
y teñían con índigo, púrpura, no desconociendo el uso de mordientes;
prepararon perfumes, bálsamos, productos de belleza y venenos; obtuvieron
jabones y sales de sodio, potasio, cobre, aluminio y otros metales; y
utilizaron el betún en embalsamamientos y en decoración
Griegos:
600- 300 a. C
La idea de la existencia de un principio permanente origen de todo fue
ya un principio tangible; para Tales, de Mileto fue el agua;
Anaximenes
sostuvo que era, el aire, y
para Heráclito, de Éfeso era el
fuego. Más, tarde, Empédocles, aceptó
los elementos de sus antecesores, a los que agregó uno más, la tierra, que servían de alguna manera de soporte a las
cualidades fundamentales de caliente y
frío, y seco y húmedo, y dos fuerzas cósmicas, el amor y el odio, que son
las raíces de todas las cosas. Esta teoría de los cuatro elementos fue aceptada
por Aristóteles.
Por la misma época, Leucipo y su discípulo Demócrito, enseñaron
la discontinuidad de la materia formada de átomos. Los átomos son eternos,
indivisibles (de donde deriva su nombre), y de la misma naturaleza, pero
difieren en forma, por el orden en que están colocados en el cuerpo, por su
posición relativa y por su magnitud. Platón y Aristóteles proponen la teoría de
la continuidad de la materia.
1.1.2 La Alquimia. (Siglos VIII –
XIII)
Los alquimistas consideraron la posibilidad de la
transmutación de los metales innobles en nobles y, concretamente, la conversión
del plomo, mercurio u otros metales corrientes en oro.
Esta transmutación, conocida como la «Gran Obra»,
debía realizarse en presencia de la «piedra filosofal» cuya preparación fue la
tarea primera de los alquimistas. En el
siglo XIII se extendió el objetivo de la alquimia al buscar el «elixir
filosofal o de larga vida», imaginado como una infusión de la piedra filosofal,
el cual debía eliminar la enfermedad, devolver la juventud, prolongar la vida e
incluso asegurar la inmortalidad.
La Alquimia fue, en general, una práctica secreta
debido a los hombres que la relacionaban con la magia y a causa de Dios, pues
los alquimistas se creían los elegidos para ser depositarios de la verdad y por
ello no debían divulgar sus conocimientos.
Escribieron en un lenguaje hermético describiendo más bien operaciones
qué hechos y haciendo uso de signos y símbolos.
Los trabajos de los alquimistas, aunque infructuosos
en el descubrimiento de la piedra filosofal y del elixir de larga vida, y
estériles, por tanto, en la consecución de la «Gran Obra», produjeron
indudables progresos a la química del laboratorio, puesto que prepararon un
gran número de nuevas substancias, perfeccionaron muchos aparatos útiles y
desarrollaron técnicas de separación y destilación, obtuvieron el alcohol del
vino, el acido nítrico y el sulfúrico.
La alquimia árabe tiene representantes como Geber, Rhasés, Avicena, Averroes.
Entre los alquimistas de Occidente hay que destacar
a:
San Alberto magno,
Roger Bacón,
Santo Tomás de Aquino, Ramón Lull, Nicolás Flamel.
1.1.3 La
Iatroquímica
A principios del siglo XVI los esfuerzos de muchos
alquimistas se dirigen a preparar drogas y remedios al señalar Paracelso que la misión de la Alquimia
era la curación de la enfermedad. Aparece una transición entre la Alquimia y la
verdadera Química, que se conoce como Iatroquímica o química médica.
Se destacan en este periodo a: Georg Agrícola, Libavius, Van Helmont, Lemery.
1.1.4 La química Renacentista (siglos XVI – XVII)
Se
abandonan las especulaciones filosóficas de la edad media y se utiliza el método
científico en las investigaciones.
Es Leonardo de Vinci el que introduce en el dominio científico
los principios del Renacimiento y el, que abre el camino a Francis Bacón y a Galileo.
Se crean en muchos países
Academias Científicas.
El irlandés Robert Boyle establece el concepto moderno de elemento químico, y adopta la teoría atómica para
explicar las transformaciones químicas, establece la ley de Boyle de los gases,
el efecto de la presión sobre el punto de ebullición
de un líquido, la clara distinción entre mezclas y combinaciones, el empleo de muchos
reactivos como el nitrato de plata, el gas amoníaco -para conocer el gas
clorhídrico y el sulfhidrato amónico que con el nombre de licor de Boyle debía
adquirir una gran importancia en química analítica, la utilización del jarabe
de violeta como indicador para distinguir los ácidos y bases, y la obtención de
nuevos e importantes compuestos. Sus ensayos acerca de la oxidación del cobre
le llevan casi al descubrimiento de la composición del aire, pero estos
experimentos están muy anticipados con respecto a las ideas existentes en su
época y sus investigaciones en el campo de la física y de
la química permiten considerarle como el precursor de la química moderna.
1.1.5 La teoría del
flogisto.(principios
del siglo XVIII)
Se debe a Georg Emst Stahl químico y médico alemán, la teoría del flogisto, que aunque falsa, tiene no obstante el
mérito de ser la primera teoría capaz de coordinar el conjunto de los fenómenos
esenciales de la combustión y de la reducción. La teoría del flogisto, conocida
también como «sublime teoría», supone que toda sustancia combustible, tal como
un metal, contiene un «principio inflamable», denominado posteriormente, flogisto; en la combustión se desprende
el flogisto con acompañamiento de luz y calor y queda un residuo, la “ceniza” o
“cal” del cuerpo combustible. Cuanto
más inflamable es un cuerpo tanto más rico es en flogisto.
En este periodo se destaca a:
Reaumur, Lomonossoff, Scheele, Joseph Priestley, Henry Cavendish.
1.1.6 La química moderna
_ Lavoisier y la revolución química. (Fales del siglo XVIII)
Es Antoine Laurent Lavoisier el que refuta la teoría del flogisto al
establecer la naturaleza verdadera de la combustión, crea las bases de la
química moderna, empleando
la balanza.
Lavoisier
establece la noción precisa de cuerpo puro, adopta el concepto de elemento de Boyle,
halla la composición del agua, y da al aire inflamable de Cavendish el nombre
de hidrógeno (engendrador de agua)
En
todas sus investigaciones utiliza sistemáticamente el principio de la
conservación de la materia, “nada se pierde, nada se crea”
A Lavoisier se le considera el fundador de la Fisiología. Lavoisier es el primero que realiza con
verdadero método científico sus investigaciones en las que su gran capacidad
como experimentador es superada por la claridad de su pensamiento y por el rigor de las deducciones que
saca de los hechos investigados.
1.1.7 La Química
como ciencia. Desde Lavoisier hasta nuestros días.
Los químicos, guiados por las nuevas ideas
adquiridas, las aplican al análisis cuantitativo y descubren muy pronto las
leyes ponderales de las combinaciones químicas.
John Dalton propone
la teoría atómica y la ley de Dalton de los gases (1808)
El descubrimiento de la pila eléctrica por Volta (1800) da origen a la
Electroquímica, con los descubrimientos de nuevos elementos (cloro, sodio,
potasio) por Davy, y de las leyes de la electrólisis por Faraday (1834)
La química orgánica se desarrolla más tarde con los
trabajos de Liebig sobre el análisis elemental orgánico iniciado por Lavoisier, los conceptos de isomería y de radical introducidos por Liebig y
Berzelius (1823),
la representación de edificios moleculares por Kekulé (1858), y
con la destrucción de la doctrina de la fuerza vital realizada por Berthelot (1853
al 1859) al obtener por síntesis numerosos compuestos orgánicos.
La Termoquímica, con la medida de la energía
calorífica puesta en juego en las reacciones químicas, iniciada por Lavoisier y
Laplace, adquiere
un significado especial a partir de los estudios de Hess, Thomsen y
Berthelot (1840)
al querer medir los químicos las afinidades entre los cuerpos reaccionantes.
Para explicar el comportamiento de las substancias,
gaseosas resurge a mediados del siglo pasado la teoría cinética de los gases y
del calor, la cual afianza la creencia en la naturaleza atomística de la
materia y extiende su utilidad al suministrar una imagen íntima del mecanismo
de los procesos químicos.
El carácter incompleto de muchas reacciones
químicas, observado por Berthollet, condujo al concepto de equilibrio químico, el cual,
estudiado experimentalmente por Sainte-Claire
Deville (1857), encuentra su interpretación teórica en los
estudios de Gibbs (1876). de Van't Hoff y de Le Chatelier (1880).
El estudio de la velocidad de las reacciones
químicas tiene su base teórica en la ley de acción de masa de Guldberg y Waage
(1867) y una significación industrial importantísima en el descubrimiento
de los catalizadores, substancias
que, permaneciendo inalteradas, aceleran por su sola presencia la velocidad de
las reacciones químicas.
De gran importancia en el progresivo avance de la
Química han sido la teoría de las disoluciones, obra maestra de Van't Hoff (1886), y
la teoría de la disociación electrolítica de Arrhenius (1887.
La Clasificación periódica de los elementos
establecida por Mendeleev y por Lothar Meyer (1869 y
finalmente, en los últimos años, el desarrollo de la química nuclear ha
conducido a la obtención de nuevos elementos no existentes en la naturaleza y a
liberar la energía nuclear, puesta de manifiesto en forma dramática en la
explosión de las primeras bombas atómicas.
