Historia de la química inorgánica
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Historia de la química inorgánica Historia de la química inorgánica Document Transcript

  • INTRODUCCIONLa aparición de la ciencia que llamamos "Química" requiere un proceso histórico más dilatado y lento queotras ramas de la ciencia moderna. Tanto en la antigüedad como en la Edad Media se contemplan denodadosesfuerzos por conocer y dominar de alguna forma los elementos materiales que constituyen el entorno físicoque nos rodea. Averiguar cuáles sean los elementos originarios de los que están hechos todas las cosas asícomo establecer sus características, propiedades y formas de manipulación son las tareas primordiales quese encaminan al dominio efectivo de la naturaleza. No es, pues, extraño que en sus primeros balbuceosmeramente empíricos los resultados no tengan otro carácter que el que denominamos "mágico": la magiacomo conocimiento de la realidad que se oculta tras la apariencia de las cosas y como práctica que permiteactuar sobre ellas según nuestra voluntad. Numerosas técnicas inventadas por el ser humano desde susorígenes conciernen a la química: preparación de alimentos y de medicinas, procedimientos de curtido, deteñido, etc. Sin embargo el nacimiento de una ciencia química es muy reciente.La química, recoge hoy el conjunto de disciplinas científicas que estudian las transformaciones de unasustancia en otra, sin que se alteren los elementos que la integran.. Las especulaciones de los filósofos de laantigua Grecia sobre los elementos o la búsqueda de la piedra filosofal y del elixirde larga vida por algunos alquimistas de la Edad Media, noson sino el lejano preludio de la química moderna.Hasta el siglo XVIII no se introdujo en la química un auténtico método experimental, en el siglo XIX seestablece laclasificación periódica de los elementos, que iba a inauguraruna nueva era para la ciencia química. Actualmente el trabajo experimental de los químicos es fruto de unaenorme labor de equipo más que de químicos aislados.................................EL NACIMIENTO DE LA QUÍMICA EN LA PREHISTORIADesde sus orígenes, el hombre fue adquiriendo, los conocimientos necesarios para fabricar productos que hoyusamos, sin siquiera pensar de donde salieron.El hombre primitivo fue explorador de su territorio, tocaba y apreciaba la textura de cada cosa, las olía yproducía ruido sobre ellas. El hombre cavernícola cazaba su presa y comía la carne cruda, no le quedaba otraalternativa. Pero a medida que formaba comunidades, comenzó a sacar provecho de las propiedades de cadacosa, descubrió la manera en que podía utilizarlas mejor. Aprendió que la leña al quemarse producía calor;que al beber agua saciaba su sed.En el pasado, los materiales que se usaron en las diferentes actividades humanas, han servido hoy paraestablecer ciertos periodos en la historia del hombre. Así la Edad de Piedra corresponde a la etapa anterior aluso de los metales, y los periodos que siguen, la Edad del Bronce y la Edad del hierro, comprenden la etapa enla que el hombre aprendió a extraer el cobre y el hierro de sus minerales.Un Buen día, alguien arrojó al cobre caliente y fundido un misterioso polvo de color gris, y entonces surgió unmetal más resistente: El Bronce. También de manera fortuita, algún otro, al calentar ciertas piedras rojizassobre carbón de leña, logró obtener un nuevo metal: el Hierro. Los guerreros utilizaron el hierro para fabricarsus armas; sin embargo, la historia nos informa que el agresor, después de asestar sobre su enemigo un golperudo, tenía que enderezar la espada. El Problema del metal quedó resuelto cuando descubrieron nuevasaleaciones como el acero.La química más antigua que conocemos es la metalurgia, el arte de tratar los metales, un conocimiento quemezcla la magia, la mística y la técnica de los pueblos antiguos. 1
  • EL CONOCIMIENTO DE LA MATERIA EN LAS CULTURAS ANTIGUASCultura Arcaica Egipcia:En el Egipto arcaico alcanzó un notable desarrollo la obtención de colorantes minerales y vegetales, de colas,ceras y barnices. Ello se refleja en un bajorrelieve del Imperio Nuevo procedente del templo de Kalabsa, en lafrontera meridional del Alto Egipto, cuyos colores se han conservado durante más de tres mil años. El análisisquímico ha demostrado que el rojo se obtuvo con limonita arcillosa quemada, el amarillo con ocre terrosocompuesto por óxidos de hierro hidratados, el azul a partir de óxido de cobre y el verde, mezclando elamarillo y el azul.Desde el tercer milenio antes de C., los egipcios explotaron los minerales auríferos, principalmente los de losyacimientos del norte de Nubia. La obtención de oro a partir de ellos se representa en una pintura mural deuna tumba del siglo XV anterior a nuestra era. Los minerales se pulverizaban en morteros y molinos de piedrao pisoteándolos. Se lavaban y se colocaban en crisoles poco profundos sobre hornos de fundición, cuyo fuegoatizaban esclavos mediante fuelles. Se añadía sal y plomo, eliminándose los residuos de plata al formarsecloruro argéntico que, junto al plomo, constituía las escorias. A los cinco días, el crisol se sacaba del fuego yel oro fundido se vertía en pequeñas vasijas en las que se enfriaba y solidificaba.Cultura Clásica China:La extraordinaria fecundidad técnica de la cultura clásica china ha motivado que sea llamada "cuna de losgrandes descubrimientos de la humanidad". En la invención de la pólvora, mezclando salitre, azufre y carbón,se distinguen dos grandes etapas: a mediados del siglo IX se obtuvo pólvora "deflagrativa", que ardía con unacombustión repentina, y dos centurias después, pólvora explosiva. A partir del XIII, el ejército chino utilizócañones como el que aparece en un grabado del tratado de artillería de Ching Yü (1412), que lanzabanproyectiles esféricos de hierro fundido.En el siglo I se fabricaba ya en China porcelana mediante el procedimiento de cocer caolín a unos 1.280grados, consiguiendo por vitrificación un barniz traslúcido y totalmente impermeable. En una pintura de unatlas de la época de la dinastía Ching (finales del siglo XVIII) aparecen los hornos tradicionales en los que sefabricaba.La destilación del alcohol es otra técnica de invención china, expuesta en diversos tratados a partir del sigloVII, que fue después asimilada por el mundo islámico y el europeo. Una pintura del mismo atlas antes citado(finales del siglo XVIII) representa un alambique, en cuya base hay un horno alimentado con leña; en suinterior hay un depósito de enfriamiento o condensador, al que llega agua fría a través de una tubería central;en la parte inferior izquierda, un tubo lleva la sustancia destilada a un recipiente.Los importantes avances que la metalurgia china consiguió en fechas muy tempranas pueden ejemplificarse enel pleno desarrollo de la copelación a comienzos de la época de la dinastía Han (siglo III antes de C.), comoprocedimiento para el refino del oro y la plata, mediante su aleación con plomo y la oxidación posterior delplomo fundido para separarlo del metal precioso. 2
  • RENACIMIENTO EUROPEOLa principal rebelión total contra las ideas tradicionales en la Europa del Renacimiento fue la del médicoTheophrastus Bombast von Hohenheim, llamado Paracelso, que vivió durante la primera mitad del siglo XVI.Basándose principalmente en las doctrinas alquimistas, desplazó a un segundo plano la teoría de los cuatroelementos y también la de los cuatro humores orgánicos. Formuló una visión dinámica del universo, delcuerpo humano y de sus enfermedades fundamentada en las tres "sustancias" alquímicas ("mercurius","sulphur" y "sal") y en el "arqueo", fuerza vital específica que las ordenaba en el cuerpo del hombre.Las técnicas minerometalúrgicas, de destilación y de ensayo de metales, las más importantes de carácterquímico en la Europa de Renacimiento, se ilustran con tres obras clásicas españolas de primer rango: las deÁlvaro Alonso Barba, Diego de Santiago y Juan de Arfe. 3
  • Minerometalurgia:El principal motor del desarrollo técnico del beneficio de minerales en la España del Renacimiento fue laexplotación de los yacimientos americanos de metales preciosos. La amplia serie de innovaciones que seinició con el método de amalgamación de minas de plata de Bartolomé de Medina (1555) culminó con el Artede los metales (1640), de Álvaro Alonso Barba, tratado que las expuso sistemáticamente, aparte de incluir lasinventadas por su autor. El grabado representa los "instrumentos que ha de tener el fundidor", entre los quedestacan varias balanzas (A,B,C) y un juego de agujas (H) para realizar ensayos de metales preciosos conpiedras de toque.Destilación:El laboratorio de destilación más importante de la Europa renacentista fue el instalado en El Escorial. Diegode Santiago fue el más destacado de los "destiladores de Su Majestad" que trabajaron en él. Publicó una Arteseparatoria (1589), tratado en el que expuso sus aportaciones, entre ellas, un "destilatorio de vapor" de suinvención. Los dibujos que figuran junto al libro representan dicho aparato y una de las grandes "torres dedestilación" del laboratorio de El Escorial.Ensayo de Metales:La importancia económica que la determinación de la ley de las monedas tuvo en la España renacentistamotivó que en sus cecas se instalaran los mejores medios técnicos de la época para el análisis químicocuantitativo. La principal figura en este campo fue Juan de Arfe Villafañe, "ensayador" de la ceca de Segoviay autor de un Quilatador de plata, oro y piedras (1572), primer tratado sobre el tema impreso en Europa. Losgrabados de la exposición representan su balanza de laboratorio, temprano ejemplo de la línea que conduciríaa las modernas de precisión; al propio Arfe colocando una copela en la boca superior del hornillo, con labalanza a sus espaldas; y una redoma y otros recipientes para ensayar el oro con ácido nítrico, mediante la 4
  • técnica llamada de "encuartación".La Alquimia Europea:La alquimia de la Antigüedad helenística y del Islam medieval, y a través de ésta, la china− sirvieron de puntode partida a la que se desarrolló en Europa desde la Baja Edad Media hasta finales del siglo XVII. Las fuentesexpuestas ilustran sus textos y patrones de comunicación, sus doctrinas y sus aportaciones técnicas.A diferencia de la ciencia académica, la subcultura científica en torno a la alquimia utilizó casiexclusivamente manuscritos no accesibles públicamente sino destinados a iniciados, utilizando por ello unlenguaje esotérico a base de complejas metáforas e imágenes que asocian las figuras técnicas con lasalegóricas. Se expone la figura de un "horno y vasos de destilación", procedente de un manuscrito alquímicobajomedieval, y una página del titulado Splendor Solis (1582), en la que aparecen símbolos y alegorías depurificación y "renacimiento".Solamente en el siglo XVII se imprimieron de forma habitual textos alquímicos. La más célebre compilaciónfue el Theatrum Chemicum impresa en Estrasburgo el año 1659. Sus cuatro volúmenes reúnen, por una parte,versiones latinas de los atribuidos a Hermes Trismegisto, divinidad grecoegipcia, fundador mítico de laciencia y la técnica, y a Avicena (siglo XI) y otros autores árabes. Por otra, tratados bajo medievalesfalsamente atribuidos a grandes personalidades científicas de la época, como el alemán Alberto Magno, elmallorquín Ramón Lull y el valenciano Arnau de Vilanova, así como varias obras del catalán Joannes deRupescissa, máxima figura de la alquimia de la Baja Edad Media.Uno de los tratados apócrifos de Arnau de Vilanova aparece en el ejemplar expuesto censurado por laInquisición: hay varias páginas cortadas y la mayor parte de otra está oculta por un fragmento de otro libropegado en ella.Aportes Técnicos:Los alquimistas bajomedievales introdujeron en Europa y perfeccionaron numerosas técnicas. La obtención dealcohol etílico y el conocimiento de sus efectos como disolvente de las materias orgánicas permitió, porejemplo, extraer de éstas su "quinta essencia", en la que se pensaba residían sus propiedades peculiares, y elhallazgo de los primeros ácidos minerales, entre ellos, el "aqua regia" (combinación de los ácidos nítrico yclorhídrico), permitió disolver las inorgánicas, incluído el oro. Instrumentos de laboratorio según las figurasde un manuscrito alquímico de la Baja Edad Media.Los procesos químicos básicos fueron desarrollados por los alquimistas. Aparatos para la calcinacción,sublimación, degradación, solución, destilación, coagulación, fijación e incineración representados en laAlchemia (1545), de Geber, nombre supuestamente árabe que corresponde en realidad a un autor de la Europalatina.Los alquimistas tardíos de la segunda mitad del siglo XVII realizaron todavía algunos hallazgos. El másnotable fue el conseguido en 1669 por Hennig Brandt quien, en el curso de sus experiencias con la orina,obtuvo una sustancia blanca y cérea que resplandecía en la oscuridad, convirtiéndose en el primer descubridorconocido de un elemento químico: el fósforo. La exposición contiene un cuadro de finales de la centuriasiguiente que reconstruye el descubrimiento con sensibilidad prerromántica.El Eclecticismo: LibaviusEntre los seguidores de una postura intermedia entre los paracelsistas y los partidarios de las ideastradicionales sobresalió Andreas Libavius, que insistió en el trabajo de laboratorio y publicó un influyentetratado sistemático (1597). De éste proceden los grabados que representan el edificio y el plano de un 5
  • "laboratorio ideal". Hay en él instalaciones destinadas a destilación (hh, ff), análisis cuantitativo (ee) ycristalización (O), así como para alquimia (H) y preparación de medicamentos químicos.La Segunda Generación de Paracelsistas: HelmontLa gran figura de la segunda generación de paracelsistas, que desarrolló su actividad durante la segunda mitaddel siglo XVII, fue Johann Baptist van Helmont. Realizó, entre otras, importantes investigaciones sobre losgases y las bases, creando el término "gas" y denominando "álcalis" a las lejías. Se expone un ejemplar de susobras completas (1648), abierto por una lámina en la que figura su retrato.La Iatroquímica:El sistema iatroquímico, vigente durante la segunda mitad del siglo XVII, asumió las interpretacionesparacelsistas, pero eliminando sus elementos panvitalistas y metafísicos, que sustituyó por el mecanicismo, elatomismo y el método científico inductivo. Palestra pharmacéutica chymico−galénica (1706) deliatroquímico español Félix Palacios, abierta por una de sus láminas sobre instrumentos de laboratorio yreproducción de su tabla de símbolos.QUÍMICA Y FILOSOFÍA: Los Cuatro ElementosLas explicaciones que solían dar los antiguos a los fenómenos que observaban al aplicar sus técnicas, sebasaban principalmente en especulaciones filosóficas, astrológicas y místicas.. Al Pasar el tiempo el hombrecomenzó a preguntarse seriamente sobre la naturaleza de la materia, de cómo estará compuesta, de a qué sedeberán las distintas propiedades de las cosas, y muchas más interrogantes. De las primeras respuestas a estasinterrogantes, nacieron las primeras teorías sobre la estructura y composición .Una de estas teorías es la que hoy conocemos como la Teoría de Los Cuatro Elementos, tomada deEmpédocles y perfeccionada por el gran filósofo griego Aristóteles, que tuvo vigencia hasta el siglo XVIII. 6
  • Aristóteles afirma que toda experiencia se basa en definitiva, sobre cuatro cualidades: Lo cálido ; lo frío ; loseco ; lo húmedo. Todo lo existente a nuestro alrededor, resulta de la combinación de estas cuatro cualidades.Entonces, si combinamos lo seco con el frío obtenemos la tierra, lo frío con lo húmedo resulta el Agua, lohúmedo con lo caliente el Aire y finalmente, lo caliente con lo seco, origina el fuego.LA REVOLUCION QUIMICAEl Traité élémentaire de chimie de Antoine Lavoisier (1743−1794), se publicó en París en 1789 y representala culminación de la química del siglo XVIII que llevó al abandono de la teoría del flogisto y al uso de nuevasconcepciones sobre los elementos y la composición de los cuerpos. El grabado de la exposición contienenumerosas referencias al estudio de los gases, entre ellas la reducción del óxido de mercurio a través del calorproducido por una lupa, experiencia utilizada por Joseph Priestley para aislar el oxígeno en la campana degases.El Texto de Lavoisier contiene la primera tabla de sustancias simples en sentido moderno. A pesar de ello, enel panel puede observarse la presencia en esta tabla sustancias que hoy consideramos compuestas, como laalúmina (óxido de aluminio), la cal o la sílice. Lavoisier las incluyó porque había sido incapaz dedescomponerlas, aunque predijo que pronto dejarían de formar parte de las sustancias simples. Tambiénresulta sorprendente para un lector actual encontrar en esta tabla "sustancias simples" como la "luz" o el"calórico".La Hipótesis Atómica de John Dalton:La hipótesis atómica de John Dalton (1766−1844) fue formulada a principios del siglo XIX y marcó elcomienzo del cálculo sistemático de pesos atómicos para todos los elementos. De este modo, podíanexplicarse las leyes de combinación establecidas durante estos años, como la ley de proporciones definidas deLuis Proust, la ley de proporciones múltiples del propio Dalton o la ley de proporciones recíprocas deBenjamin Richter (1762−1807), autor que también acuñó el término "estequiometría". En el panel puedecontemplarse un retrato de Dalton y un cuadro en el que aparece este autor recogiendo "gas de los pantanos"(metano). También hemos reproducido una tabla de Dalton con símbolos atómicos de elementos ycompuestos y una tabla de pesos atómicos.Las ideas de Dalton no fueron universalmente aceptadas por los químicos del siglo XIX. Además de otrosaspectos, para el cálculo de los pesos atómicos era necesario realizar algunas "hipótesis a priori" imposiblesde comprobar durante estos años, lo que permitió el mantenimiento de la polémica durante un largo períodode tiempo. Una prueba de ello es que sigamos utilizando la expresión "hipótesis de Avogadro" para designarla ley que afirma que volúmenes iguales de dos gases, en condiciones iguales de presión y temperatura,contienen el mismo número de moléculas. Cuando Amadeo Abogador, cuyo retrato aparece en el panel, yAndré Marie Ampère (1775−1836) formularon de modo independiente esta afirmación en los primeros añosdel siglo XIX, se trataba de una "hipótesis a priori", imposible de comprobar en la época. Sin embargo, su usosistemático permitió a Stanislao Cannizaro (1826−1910) defender en el congreso de Karlsruhe en 1860 un 7
  • sistema coherente de pesos atómicos. Los primeros valores de la "constante de Avogadro" fueron obtenidospor Joseph Loschmidt (1821−1895) en 1865, gracias al desarrollo de la teoría cinética de los gases, por lo quela IUPAC recomienda el símbolo L para esta constante.La Química a Principios del Siglo XIXLa química aplicada a las artes:El libro de José María de San Cristóbal y José Garriga i Buach Curso de Química general aplicada a las Artesfue publicado en París en los años 1804 y 1805. Pensionados por el gobierno de Carlos IV para ampliarestudios de química en París, San Cristóbal y Garriga publicaron en la capital francesa esta obra, con la ayudade otros pensionados, como Manuel Esquivel de Sotomayor, que realizó algunos de los grabados del libro. Setrata de una de las primeras de su género publicadas en castellano y supone un esfuerzo por aplicar la nuevaquímica a la mejora de las "artes" (vidriería, metalurgia, tintes, etc.). Sólo se publicaron dos de los cuatrovolúmenes previstos. El laboratorio que aparece en el grabado perteneció al químico francés Nicolas−LouisVauquelin (1763−1829), uno de los profesores de química en París de los autores del libro.La química médica:Mateu Josep Bonaventura Orfila i Rotger (1787−1853), que también obtuvo una pensión de estudios en Paríspara estudiar química, es considerado habitualmente como el fundador de la toxicología moderna. Nació enMahón, estudió química en la Universidad de Valencia y en la escuela de la Junta de Comercio de Barcelona,la cual le ofreció una pensión de estudios que le permitió viajar a París. Allí estudió química con NicolasVauquelin (1763−1829) y con Jacques Thenard (1777−1857) y se doctoró en medicina en la facultad de París,de la que llegó a ser decano. Desarrolló numerosos trabajos en el campo de la toxicología y la química médicay participó en la dirección del Journal de chimie médicale, de pharmacie et de toxicologie Su libro Élémentsde chimie fue publicado por primera vez en 1817 en París y se convirtió en uno de los principales manuales deenseñanza de la química de la primera mitad del siglo XIX.NACIMIENTO EN ESPECIALIDADES DE LA QUIMICALa Química Inorgánica:El tratado de química del sueco Jöns Jacob Berzelius (1779−1848) fue una de las obras de referencia másimportantes para los químicos de la primera mitad del siglo XIX. Además de sus importantes contribucionesal desarrollo de la química inorgánica, Berzelius es recordado por haber introducido las modernas fórmulasquímicas. Se expone el primer volumen de la traducción castellana de los Doctores D. Rafael Sáez y Palaciosy D. Carlos Ferrari y Scardini que apareció en Madrid en 15 volúmenes entre 1845 y 1852.La química orgánica:Justus von Liebig (1803−1873) fue uno de los principales artífices del desarrollo de la química orgánica delsiglo XIX. En la exposición puede contemplarse la traducción de su libro Química orgánica aplicada a lafisiología animal y a la patología..., que apareció en Cádiz en 1845. En el panel aparece también un grabadoque representa a Liebig trabajando en su laboratorio y otro del laboratorio de Liebig en Giessen en 1842. Estelaboratorio es considerado como uno de los centros más importantes de enseñanza de la química del período.En el estudiaron químicos tan importantes como A.W. Hofmann, Fresenius, Pettenkofer, Kopp, Fehling,Erlenmeyer, Kekulé, Wurtz, Regnault, Gerhardt, Williamson, O. Wolcott Gibbs, entre otros. También estudiócon Liebig el español Ramón Torres Muñoz de Luna (1822−1890) que tradujo al castellano alguna obras delquímico alemán.Una de las contribuciones de Liebig en el campo de la química orgánica fue el desarrolló de métodos de 8
  • análisis más precisos y seguros. El grabado inferior, procedente del Tratado elemental de química general ydescriptiva de Santiago Bonilla publicado a finales de siglo, muestra un aparato basado en el método deLiebig para determinar carbono e hidrógeno en sustancias orgánicas. El procedimiento está basado en lapropiedad del óxido cúprico de oxidar las sustancias orgánicas que con él se calientan para transformarlas endióxido de carbono y agua. La sustancia que se desea analizar se deseca y pulveriza, se mezcla con el óxido decobre y se calienta en el tubo de combustión hasta que se produce la combustión. El agua producida se recogeen tubos que contienen cloruro cálcico, mientras que el dióxido de carbono se recoge en el aparato de lasiguiente ilustración, el cual contiene hidróxido de potasio.Otra contribución fundamental en el desarrollo de la química orgánica de este período fue la introducción porparte de Berzelius del concepto de "isomerismo" y los estudios cristalográficos de Louis Pasteur (1822−1895)sobre los isómeros ópticos del ácido tartárico (ácido 2,3−dihidroxibutanodioico). El "tártaro" (un tartratoácido de potasio) era bien conocido por los vinicultores como un sólido que se separaba del vino durante lafermentación. El ácido tartárico, constituyente normal de la uva, fue aislado en el siglo XVIII y estudiado porK. G. Scheele. A principios del siglo XIX, se encontró un tipo especial de este ácido que tenía uncomportamiento algo diferente del ácido tartárico conocido hasta la fecha, que Gay−Lussac denominó "ácidoracémico", del latín racemus (uva). Posteriores análisis mostraron que el ácido tartárico giraba el plano depolarización de la luz polarizada hacia la derecha (actividad óptica dextrógira), mientras que el ácido racémicoera ópticamente inactivo. Los estudios cristalográficos de Eilhard Mitscherlich (1794−1863) sobre lostartratos de sodio y amoníaco guiaron las investigaciones del joven Louis Pasteur (1822−1895), en esemomento alumno de la Ecole Normale supérieure en París. En 1848, Louis Pasteur separó los dos tipos decristales que formaban el ácido racémico y comprobó que eran imágenes especulares uno de otro. Una deestas formas cristalinas coincidía con los cristales del tartrato y desviaba el plano de polarización la luz haciala derecha, mientras que el otro cristal lo desviaba hacia la izquierda. También comprobó que cuando sedisolvían cantidades iguales de ambos cristales, la disolución resultante era ópticamente inactiva.La Química Analítica:El desarrollo de la química analítica a mediados del siglo XIX aparece con las obras de Heinrich Rose(1795−1864) y Karl Remegius Fresenius (1818−1897). Heinrich Rose fue profesor de química en laUniversidad de Berlín, desde donde realizó numerosas contribuciones a la química, entre ellas eldescubrimiento del niobio. Su libro Handbuch der analytischen Chemie apareció publicado en Berlín en 1829y fue reeditado en numerosas ocasiones durante todo el resto del siglo. Al contrario de lo que había sidohabitual hasta ese momento, Rose trató cada elemento en un capítulo separado en el que indicaba suscorrespondientes reacciones analíticas, esquema que hemos conservado hasta la actualidad. El proceso deanálisis de Rose se abría con el uso del ácido clorhídrico que permitía identificar la plata, mercurio y plomo.Seguía la precipitación con ácido sulfhídrico para continuar con sulfato de amonio y, finalmente, hidróxido depotasio. La traducción castellana de la obra de Rose que aquí exponemos fue realizada por el médico catalánPere Mata i Fontanet (1811−1877), discípulo de Mateu Orfila que realizó una notable producción en el campode la toxicología.Como he dicho anteriormente, K.R. Fresenius (1818−1897) estudió química en el laboratorio de Liebig enGiessen. En 1841 publicó su Anleitung zur qualitativen chemischen Analyse cuya traducción castellanaaparecida en 1853 se expone. Tanto esta obra como la que dedicó más tarde al análisis cuantitativo, fuereeditada y traducida en numerosas ocasiones, con sucesivas revisiones del autor para recoger los últimosadelantos, lo que permite considerarla como una de las principales obras de química analítica del siglo XIX.También publicó la primera revista dedicada a la química analítica: Zeitschrift für analytische Chemie quecomenzó a aparecer en 1862. Las traducciones al castellano más completas de la obra de Fresenius fueronpublicadas en Valencia gracias a la labor del médico Vicente Peset y Cervera (1855−1945).La Química Física: 9
  • La química física no se constituyó como especialidad independiente hasta finales del siglo pasado y principiosdel actual. A pesar de ello, durante todo el siglo XIX se realizaron notables aportaciones a algunos de loscampos que habitualmente suelen reunirse bajo la química física como la termoquímica, la electroquímica o lacinética química.El Sistema Periódico de los ElementosEl historiador de la ciencia J.W. van Spronsen distingue tres grandes períodos en la creación del sistemaperiódico de los elementos. En primer lugar, durante todo la primera mitad del siglo XIX los químicoscalcularon los pesos atómicos de los elementos y acumularon una gran cantidad de datos experimentales.Durante estos años, se produjeron ya algunos intentos de relacionar los pesos atómicos con las propiedades delos elementos, la más conocida de las cuales son las "triadas" de Johann Wolfgang Döbereiner. Döbereinercomprobó que en algunos grupos de elementos con propiedades química análogas, como los halógenosbromo, cloro y yodo, el peso atómico de uno de estos elementos era igual a la semisuma de los pesos atómicosde los otros dos:Br = (Cl + I)/2 = (35.470 + 126.470)/2 = 80.470Sin embargo, la creación de un sistema en el cual todos los elementos se encuentran ordenados de acuerdo conel peso atómico creciente y donde los elementos con propiedades análogas ocupan columnas o grupos, notuvo lugar hasta la década de los años sesenta del siglo pasado. A pesar de la imagen que suele repetirse en losalgunos libros de texto, el descubrimiento del sistema periódico de los elementos debe ser considerado comoun descubrimiento múltiple realizado por investigadores de varios países que, en algunos casos, no teníanconocimiento de los trabajos del resto.Puedo considerar el trabajo del francés Alexandre Emile Béguyer de Chancourtois (1820−1886) como una delas primeras aportaciones en este sentido. Su vis tellurique, que se encuentra reproducida en nuestraexposición, apareció publicada en 1862. Representa un cilindro sobre cuyas caras se han colocado loselementos en orden creciente de números atómicos, de modo que los elementos con propiedades análogas,como el oxígeno, azufre, selenio y teluro, ocupan una columna. Entre 1862 y 1871, se propusieron sistemasperiódicos semejantes por diversos autores como John Alexander Reina Newlands (1837−1898), WilliamOdling (1829−1921), Gustavus Detlef Hinrichs (1836−1923), Julius Lothar Meyer (1830−1895) y el rusoDimitri Ivanovith Mendeleieff (1834−1907).En un panel de la exposición puede contemplarse una reproducción de un manuscrito de Mendeleieff con unade las primeras versiones de su sistema periódico, así como una versión impresa posterior. Mendeleieffconsideraba que la relación entre los pesos atómicos y las propiedades de los elementos constituía una "leyperiódica", lo que le llevó a dejar huecos para elementos aún no descubiertos, de los que predijo algunas desus propiedades.Si este segundo período de la historia del sistema periódico de los elementos puede denominarse como el"período de descubrimiento", el siguiente lo podemos denominar como el "período de explicación". En efecto,sólo con la introducción del concepto de "número atómico" y con la aclaración de estructura electrónica de losátomos, gracias a la mecánica cuántica, ha sido posible explicar las características de este sistema periódicodescubierto por los químicos de la segunda mitad del siglo XIX.Los Modelos Atómicos y el Desarrollo de la Mecánica CuánticaLas investigaciones sobre la interacción entre la luz y la materia y sobre los espectros atómicos, eldescubrimiento de la radiactividad, los estudios sobre la relación entre la electricidad y la materia y lasconclusiones obtenidas del análisis de los llamados Cathodenstrahlen (rayos catódicos) producidos en lostubos de vacío fueron, entre otras muchas causas, el punto de partida de los modelos atómicos de principios 10
  • del siglo XX.En 1897, Joseph John Thomson (1856−1940) publicó varios artículos en los que estudiaba la desviación delos rayos catódicos provocada por un campo eléctrico creado dentro del tubo. Thomson pudo calcular elcociente entre carga y masa de las partículas que formaban los rayos catódicos y comprobó que eraindependiente de la composición del cátodo, del anticátodo o del gas del tubo. Se trataba −concluyóThomson− de un componente universal de la materia. Hoy denominamos a estas partículas que constituyenlos rayos catódicos "electrones". Thomson se convirtió en defensor de un modelo atómico que consideraba elátomo de hidrógeno como una esfera cargada positivamente, de unos 10−10 m, con un electrón oscilando enel centro. Al igual que pasó con los rayos catódicos, la naturaleza de los rayos descubiertos por WilhemConrad Röntgen en 1895 fue motivo de controversia en los primeros años de su descubrimiento. El caráctermisterioso de sus propiedades llevó a Rönteg a denominarlos "rayos X". Los rayos X suscitaron el interés denumerosos investigadores, entre ellos el francés Antoine Henri Becquerel (1852−1908). Becquerel estudió lascaracterísticas de los rayos emitidos por las sales de uranio y observó, casualmente, que eran capaces deimpresionar una placa fotográfica sin intervención de la luz solar. En 1897, la joven polaca Marie Sklodovska,que había contraído matrimonio dos años antes con Pierre Curie, profesor de la Ecole de Physique et deChimie de Paris, eligió como tema de su tesis doctoral el estudio de los rayos uránicos de Becquerel. Un añodespués Pierre y Marie Curie anunciaron el descubrimiento de dos elementos más radiactivos que el uranio: elpolonio y el radio.En 1895, Ernest Rutherford (1871−1937) comenzó a trabajar sobre las características de la radiación emitidapor las sustancias radiactivas en el laboratorio de J. J. Thomson, un tema que también estaban estudiando elmatrimonio Curie. En el curso de su estudio comprobó la existencia de dos tipos de radiaciones diferentes quedenominó a y b. Años más tarde, en su laboratorio de Manchester, Hans Geiger y Ernest Marsden,colaboradores de Rutherford, lanzaron partículas a contra placas delgadas de diversos metales y,sorprendentemente, comprobaron que una pequeña fracción [una de entre 8.000] de las partículas a quellegaban a una placa metálica volvían a aparecer de nuevo en el lugar de partida. Rutherford consideró que elmodelo atómico de Thomson era incapaz de explicar estas desviaciones y en abril de 1911 propuso un modeloatómico que trataba de explicar esta experiencia. El modelo, que había sido propuesto anteriormente por elinvestigador japonés Hantaro Nagaoka, consistía en un núcleo central (una esfera de 3x10−14 m de radio) quepodía estar cargado positiva o negativamente, rodeado de una "esfera de electrificación" de unos 10−10 m deradio, con la misma carga, pero de signo opuesto, que el núcleo. Este modelo tenía un problema obvio: lascargas eléctricas girando alrededor del núcleo debían tener una aceleración producida por este movimientocircular y, por lo tanto, deberían emitir radiación y perder energía hasta caer en el núcleo. Dicho en otraspalabras, el modelo era inestable desde el punto de vista de la física clásica.Los estudios sobre los espectros de emisión y absorción de los diferentes elementos y compuestos eranrealizados de modo sistemático desde los trabajos de Bunsen y Kirchhoff que dieron lugar al primerespectroscopio en 1860, asunto que tratamos en nuestra exposición en el apartado dedicado al desarrollo de laespectroscopía. A finales del siglo XIX, tras numerosas propuestas anteriores, Robert Rydberg (1854−1919)pudo proponer una fórmula general para los valores las longitudes de onda de las rayas espectrales delhidrógeno:1/l = R [(1/n1)2 − (1/n2)2]En la que n1 y n2 eran números enteros y R la constante de Rydberg cuyo valor es de 1.097 · 107 m−1. Setrataba de una ley empírica para la cual no existió una explicación teórica aceptable hasta el desarrollo delmodelo atómico de Niels Bohr (1885−1962) a principios del siglo XX.Un ejemplo de las ideas existentes sobre el enlace químico a principios de siglo, antes del desarrollo de lamecánica cuántica, son los modelos de Gilbert Newton Lewis (1875−1946). Estos modelos, popularizados porquímicos como Irving Langmuir, siguen siendo utilizados para explicar algunas características de los enlaces 11
  • químicos, a pesar de que han sido superadas muchas de las ideas que sirvieron a su autor para proponerlos en1916.Instrumentos Científicos utilizados en la QuímicaEl Desarrollo de la Espectroscopia:Aunque anteriormente se habían realizado notables aportaciones en este campo, se puede considerar que laespectroscopia moderna parte de los trabajos desarrollados en 1859 por Robert Wilhelm Eberhard Bunsen yGustav Robert Kirchhoff , profesores de química y de física en la Universidad alemana de Heidelberg,respectivamente. Kirchhoff estaba interesado por los problemas de la óptica, mientras que Bunsen habíatrabajado anteriormente en los análisis cualitativos de elementos basados en el color de la llama.En 1857, Bunsen construyó un mechero de gas que producía una llama sin humo y que podía ser fácilmenteregulada. En la exposición aparecen varios de estos "mecheros Bunsen", cuyo esquema aparece representadoen el panel dedicado al desarrollo de la espectroscopía.El uso del espectroscopio permitió a los químicos del siglo XIX detectar sustancias que se encontraban encantidades demasiado pequeñas para ser analizadas con procedimientos químicos tradicionales. Los nombresde algunos elementos, como el rubidio, cesio, talio e indio, descubiertos gracias a la aplicación de esta nuevatécnica de análisis, recuerdan el color de sus líneas espectrales características. En la lámina coloreada con losespectros de emisión de los elementos puede observarse la línea espectral característica del cesio que es decolor azul celeste. A partir de esta propiedad, se acuñó el nombre de esteelemento que procede del adjetivo latino caesius que significa "azul claro".El Colorìmetro:El colorímetro es un aparato basado en la ley de absorción de la luz habitualmente conocida como de"Lambert−Beer". En realidad, estos dos autores científicos nunca llegaron a colaborar puesto que un siglosepara el nacimiento de ambos. Lambert (1728−1777) realizó sus principales contribuciones en el campo de lamatemática y la física y publicó en 1760 un libro titulado Photometria, en el que señalaba la variación de laintensidad luminosa al atravesar un rayo de luz un cristal de espesor "d" podía establecerse como I = Io · e−kd,siendo "k" un valor característico para cada cristal. En 1852, August Beer (1825−1863) señaló que esta ley eraaplicable a soluciones con diversa concentración y definió el coeficiente de absorción, con lo que sentó lasbases de la fórmula que seguimos utilizando actualmente: ln(I/Io) = −kcdk = Coeficiente de absorción molecular, característico de la sustancia absorbente para la luz de unadeterminada frecuencia. 12
  • c = Concentración molecular de la disoluciónd = Espesor de la capa absorbenteEsta propiedad comenzó a ser utilizada con fines analíticos gracias a los trabajos de Bunsen, Roscoe y Bahr,entre otros.Balanza analítica:La balanza ha sido un instrumento utilizado tradicionalmente por los cultivadores de la química a lo largo deltiempo. Algunos autores suelen considerar la obra de Antoine Lavoisier como el punto de partida del empleosistemático de las balanzas en química, gracias al uso del principio de conservación de la masa. Hemos vistoen nuestra exposición que esta afirmación no es totalmente correcta puesto que la balanza era un instrumentofundamental de trabajo de los "ensayadores de metales", como lo demuestra el libro de Juan de Arfe expuesto,una de cuyas láminas representa una balanza. En cualquier caso, podemos afirmar que el establecimiento delas leyes químicas cuantitativas a finales del siglo XVIII y principios del siglo XIX supuso un mayorprotagonismo de la balanza dentro de la química. El desarrollo de los métodos gravimétricos de análisisdurante el siglo XIX obligó a la búsqueda de balanzas más cómodas y precisas para el trabajo cotidiano de losquímicos. En la exposición se puede contemplar una balanza analítica de este siglo que fue utilizada en laFacultad de Ciencias de Valencia.El Polarìmetro:El fenómeno de la polarización de la luz era conocido desde los trabajos de Christian Huygens (1629−1695)pero fue estudiado a fondo por Jean Baptiste Biot (1774−1862) a principios del siglo XIX. Tras estudiar elfenómeno sobre un cristal de cuarzo, Biot encontró la existencia de sustancias que giraban el plano depolarización de la luz hacia la derecha (dextrógiras) y otras que lo hacían hacia la izquierda (levógiras). Losprimeros polarímetros fueron diseñados en los años cuarenta del siglo pasado, gracias al uso de los prismasideados en 1828 por William Nicol (1768−1851), El desarrollo comercial del polarímetro tuvo lugar enAlemania y Francia, debido a su valor en el análisis del azucar, lo que llevó a desarrollar un tipo especial depolarímetros, especialmente adaptados para estos análisis, que se denominaron sacarímetros.El principio del polarímetro es muy simple, como puede comprobarse a través de la luz introducida espolarizada en un plano determinado mediante el polarizador (A) y luego se hace pasar a través de ladisolución de la sustancia que se pretende analizar. A continuación, esta luz pasa por un nuevo polarizador (C)que deberá estar colocado en la posición adecuada para permitir el paso de la luz hasta el objetivo (F), para locual se dispone de un sistema que permite girarlo alrededor de un eje. Gracias a la lente (D), podemos leer enel círculo (EE) el ángulo que es necesario girar el segundo polarizador para obtener un máximo de intesidadluminosa. Si medimos este ángulo cuando el recipiente está vacío y cuando el recipiente está lleno con unasustancia opticamente activa, la diferencia entre ambos valores nos permite calcular el poder rotatorio de ladisolución.El poder rotatorio de una disolución de una sustancia depende del espesor de la capa atravesada, la naturalezade la sustancia analizada, la concentración de la disolución, la longitud de onda de la luz y la temperatura. Siconocemos la rotación ([a]tl) producida por un disolución de 1 g/ml de la sustancia en una columna de líquidode 1 decímetro de longitud para una longitud de onda fija (l), podemos determinar la concentración de lamuestra analizada a través de la fórmula:[a] = [a]tl · l· cDonde [a]tl es el poder rotatorio específico de la sustancia correspondiente para una temperatura y unalongitud de onda determinada, que normalmente suele ser la línea D del sodio. [a] es la rotación producida por 13
  • una columna de líquido de longitud "l" (dm) y concentración "c" (g/ml).El polarímetro que se expone utiliza un método más exacto para el cálculo de rotación del plano de rotaciónde la luz, mediante el uso de tres polarizadores. Se trata de un modelo conocido como "polarímetro deLippich".BibliografíaInternet:WWW.LEVITY.COM/ALCHEMY/HOME.HTMLWWW.WOODROW.ORG/TEACHERS/CI/1992/WWW.TODOQUIMICA.COMWWW.CRECES.CLWWW.ICARITO.CLWWW.NONOGRAFIAS.COMWWW.UV.ES/_BERTOMEUENCICLOPEDIA DE LA CIENCIALIBRO DE QUIMICA 1ª MEDIO SANTILLANATabla con símbolos empleados en las obras de química de principios del siglo XVIII.En él aparecen los cuatro elementos: Agua, Aire, Tierra y Fuego, que incluyen en un círculo interior la"quinta esencia" y están rodeados por el "fuego celeste" y el "éter". 14