Evolución de la Química: Descubrimientos y Conceptos Clave

Primeras Civilizaciones y la Química

En las primeras civilizaciones se realizaban actividades relacionadas con la química, pero de forma práctica, como la cocción de alimentos y la metalurgia. Para 1200 a.C., egipcios y babilonios habían alcanzado gran perfección en la aplicación de estas técnicas, siendo maestros en el manejo del vidrio y de metales como el oro, la plata y el hierro. No obstante, estos pueblos dieron poca importancia a la elaboración de una base teórica que soportara estos quehaceres cotidianos.

En el siglo VI a.C. surgen en Grecia las primeras teorías acerca de la composición de la materia, gracias a filósofos como Tales de Mileto (625-545 a.C.) y Anaximandro (611-547 a.C.). Estas teorías se engloban en la denominada teoría de los cuatro elementos, que luego fue retomada por Aristóteles (383-322 a.C.). Esta teoría postulaba que el agua, el aire, la tierra y el fuego, al combinarse, conformaban la materia y definían las cualidades fundamentales de los cuerpos. Años después, en el siglo V a.C., Demócrito y Leucipo propusieron que la materia estaba compuesta por unas partículas mínimas indivisibles, a las que llamaron átomos.

La Alquimia

La Alquimia (500-1600 d.C.) fue el resultado de la fusión entre el dominio técnico de los egipcios y la elaboración teórica y filosófica de los griegos. Los alquimistas, a diferencia de sus predecesores, no solo deseaban comprender el mundo natural, sino que además querían la perfección en sí mismos. Este ideal se hallaba materializado en el oro. Por ello, los alquimistas encaminaron gran parte de sus esfuerzos a la manipulación de los metales y de un sinnúmero de sustancias con capacidad para interactuar con estos, y especialmente a la búsqueda de la piedra filosofal, compuesto mágico que podía transformar los metales en oro, así como proporcionar la eterna juventud. Por esta senda, desarrollaron y perfeccionaron diversos instrumentos y métodos, los cuales han llegado a nosotros a través de términos como alcohol, baño María, alambique, destilación y sublimación.

Surgimiento de la Química Moderna

Para los hombres de ciencia del siglo XVIII, la teoría de los cuatro elementos ya no era suficiente para explicar la composición y el comportamiento de la materia. Por ejemplo, los avances en el conocimiento de los gases ponían en duda que el aire fuera un elemento en lugar de un conjunto de diferentes sustancias. Era una época en la que nada se daba por sentado, todo debía ser medido, pesado y comprobado. El representante más destacado de esa tendencia fue el químico francés Antoine Lavoisier (1743-1794), quien sentó las bases de la química moderna al establecer que la materia no se crea ni se destruye, sino que se transforma, y demostrar que el aire, el fuego y el agua no eran elementos.

Siglos XIX y XX

Durante el siglo XIX, la investigación en química se centró en dilucidar la naturaleza de la materia. Así, John Dalton (1766-1844) presentó la primera propuesta consistente sobre la estructura atómica, que luego fue complementada por Ernest Rutherford (1871-1937). Con esto, empezó a entreverse que el átomo se compone de partículas más pequeñas y que no es indivisible, como lo indica su nombre. El siglo XX es un periodo de grandes cambios. En 1905, Albert Einstein presentó la teoría de la relatividad, con lo cual sacudió las bases teóricas de la física y la química. En las primeras décadas del siglo, los esposos Marie y Pierre Curie estudiaron el fenómeno de la radiactividad y descubrieron dos nuevos elementos: el radio y el polonio.

La Medición en Química

La medición consiste en comparar la magnitud física que se desea cuantificar con una unidad patrón denominada unidad. El resultado de una medición es el número de veces que la unidad está contenida en la magnitud que se mide.

Magnitudes Físicas

Las magnitudes físicas son todos aquellos rasgos que pueden ser medidos, ya sea por expertos en el tema o simplemente por cualquier persona que utilice un instrumento de medición. Hay dos tipos de magnitudes físicas:

• Fundamentales: Son las que no dependen de ninguna otra medida, como la masa o la temperatura.
• Derivadas: Son aquellas que se expresan como relación entre dos o más magnitudes fundamentales, como la densidad.

Temperatura y Calor

Si queremos expresar de alguna forma la energía de un cuerpo, tenemos que hacerlo mediante un valor que corresponda a la energía promedio de sus moléculas. La temperatura de un cuerpo es una magnitud que mide la energía promedio de las moléculas que constituyen ese cuerpo. La temperatura de un cuerpo es independiente de su masa, porque solo depende de la velocidad y la masa de cada una de sus moléculas. Por otra parte, el concepto de calor corresponde a la medida de la energía que se transfiere de un cuerpo a otro debido a la diferencia de temperatura que existe entre ellos.

Unidades de Cantidad de Calor

Siendo el calor una forma de energía que se transfiere de una sustancia a otra en virtud de una diferencia de temperatura, se puede determinar la cantidad de calor midiendo el cambio de temperatura de una masa conocida que absorbe calor desde alguna fuente. Según el S.I., el calor se mide en joules, que es una unidad de energía. No obstante, la caloría es más comúnmente empleada en todo el mundo. Una caloría se define como la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua en un grado Celsius.

Medición de la Temperatura

La temperatura se mide de varias formas, como por ejemplo:

1. El termómetro: Es un capilar terminado en un bulbo que contiene el líquido que se dilata; está cubierto por un tubo externo que contiene la escala numérica. La mayoría de los materiales conocidos se expanden, es decir, experimentan un aumento de volumen cuando su temperatura aumenta, y se contraen cuando esta disminuye. El termómetro es un instrumento diseñado para medir la temperatura valiéndose de la expansión y contracción de un líquido, que generalmente es mercurio.
2. Las escalas termométricas: Existen varias escalas de temperatura. Para definir una escala se establecen arbitrariamente dos puntos de referencia que indican los extremos de la escala. La distancia entre estos puntos se divide entre un número definido de partes a las que se llama grados. Las escalas más usadas son:
   1. Escala Celsius: Fue inventada por Andrés Celsius. Esta utiliza como puntos de referencia los puntos de congelación y de ebullición del agua, asignando un valor de cero al primero y de 100 al segundo.
   2. Escala Kelvin: Su creador fue Lord Kelvin. Esta escala utiliza como punto de inicio un valor conocido como cero absoluto, que corresponde a una temperatura de -273 ºC.
   3. Escala Fahrenheit: Esta se usa más comúnmente en los Estados Unidos, y se diferencia de las anteriores porque la diferencia de temperatura entre los dos puntos de referencia se compone de 180 partes o grados, en lugar de 100.
   4. Escala Rankine: La diferencia entre esta y las anteriores escalas es que el punto de congelación del agua se marca como 492º, mientras que el punto de ebullición se señala como 672º. El cero absoluto de esta escala corresponde al de la escala Kelvin.

El Método Científico

Cada área del conocimiento tiene sus propios métodos, sus propias estrategias y enfrenta los problemas de su área desde distintos ángulos; sin embargo, todas se rigen por unos principios comunes. En el caso de las ciencias experimentales, casi siempre emplean un método común en el cual se diferencian etapas como:

1. Observación de fenómenos: Es la base del trabajo científico. Observamos para entender por qué o cómo ocurren los fenómenos. Utilizamos nuestros sentidos y diversos instrumentos de medida para luego hacer preguntas concretas.
2. Formulación de preguntas: Una vez definido el fenómeno, se debe cuestionar su aparición, las circunstancias en las que se produce y sus características.
3. Revisión de trabajos previos: Consiste en consultar diversas fuentes para informarse de lo que se conoce hasta el momento del tema.
4. Formulación de hipótesis: Es el momento en el que se responde a las preguntas antes formuladas.
5. Comprobación experimental de la hipótesis: Consiste en comprobar las respuestas a las preguntas formuladas.
6. Controlar variables: Es definir los cambios que podrían significar una diferencia en el fenómeno a ocurrir.
7. Planteamiento y divulgación de las conclusiones: Consiste en publicar o presentar las conclusiones sacadas del experimento.
8. Elaboración de leyes: Es crear un sistema deductivo de lo que sucedería en cada caso de cambios en el plan verdadero del experimento.