NUEVOS AVANCES EN EL TERRENO DE LA QUíMICA
1. INTRODUCCIÓN
Antes de empezar a hablar sobre los últimos descubrimientos y las perspectivas de futuro en la química, conviene hacer un recorrido a lo largo de la historia de la química desde sus orígenes hasta la situación actual que estamos viviendo, parando en aquellos puntos que han sido de vital importancia para el desarrollo de la misma como podrían ser:
1.1NACIMIENTO DE LA ALQUIMIA
La alquimia se puede considerar como la madre precursora de la química cuyas principales metas a conseguir eran las siguientes:
-Transmutación de metales comunes en oro o plata.
-Crear la panacea universal, un remedio que curaría todas las enfermedades y prolongaría la vida indefinidamente.
-Crear vida humana.
Pues bien, las dos primeras se trataban de alcanzar a través de la búsqueda de la piedra filosofal, una sustancia mítica, que podía ser polvo, líquido o bien una piedra, y que tenía el poder de lograr ambas cosas.
Los alquimistas podrían ser considerados como pseudocientíficos con unas creencias un tanto particulares para nuestros tiempos como podrían ser:
-Existencia de una misteriosa piedra filosofal con unas propiedades un tanto milagrosas.
-Creían que toda la materia estaba compuesta por cuatro elementos básicos (tierra, aire, fuego y agua).
Pues bien, desde el punto de vista actual, sus esfuerzos y creencias tienen una validez limitada, pero si hemos de ser objetivos habría que juzgarlos en el contexto de su época.
Ellos intentaban explorar e investigar la naturaleza antes de que muchas de las herramientas y prácticas científicas más básicas estuviesen disponibles, dependiendo en su lugar de las cuentas de la vieja, las tradiciones, las observaciones básicas y el misticismo para rellenar los huecos, lo que desde mi punto de vista tiene la misma
validez que cualquiera de los más famosos científicos actuales, que en definitiva, realizan el mismo trabajo que sus antecesores alquimistas, es decir, se formulan preguntas que tratan de dar respuesta en el contexto actual en el que vivimos, es decir, con las herramientas que nos proporcionan las últimas investigaciones y que probablemente en un futuro no muy lejano, sean vistas tan desfasadas como nosotros consideramos las antiguas creencias de estos alquimistas.
1.2ROBERT BOYLE
Sin duda alguna Boyle fue la primera persona que por su forma de trabajar en el estudio de los gases la podemos denominar como el primer científico.
Robert Boyle nacido en Irlanda en el seno de una familia rica, vio como desde muy temprana edad iba aumentando su interés por la ciencia.
Beneficiado, sin lugar alguno, por el elevado poder adquisitivo de su familia, dispuso del mejor y más avanzado material para sus investigaciones.
Además, el elevado poder económico de su familia también influiría en la publicación de múltiples de sus trabajos, lo cual no debe restar mérito alguno a este personaje considerado como uno de los científicos más influyentes de la historia.
Vital importancia tienen sus trabajos realizados en contra de la existencia de una materia formada por los cuatro elementos básicos, aunque, sin duda alguna, sus trabajos y experiencias más importantes las realizó con los gases utilizando por primera vez la forma de pensar de los científicos actuales, es decir, el método científico.
Formuló una ley en la que se pone de manifiesto la relación inversa entre la presión y el volumen en los gases y que lleva su nombre “ley de Boyle”.
Rompe con el mutismo que rodaba a la química al publicar varios trabajos.
También se atribuye a Boyle el uso, por primera vez, del término “análisis químico”, que utilizó con el mismo sentido con que se lo utiliza actualmente. Realizó ensayos sobre el oro y la plata, hizo pruebas sobre el cobre con amoníaco, practicó ensayos sobre la presencia de sal en agua con nitrato de plata y diseñó una prueba que contenía alrededor de treinta reacciones para el análisis de minerales en el agua.
Este hecho logró que la alquimia se convirtiera en química (incluso suprimió la primera sílaba del término alquimia para transformarlo en química -“alchemist” y “chemist”, en inglés-) y suprimió las bases en que pretendían apoyarse ciertas creencias, como las de la piedra filosofal. Si bien, sus trabajos no transformaron la alquimia en química de la noche a la mañana, cuando la química se desarrolló en los siglos XVIII y XIX, los científicos consultaron mucho el libro de Boyle y lo consideraron un punto de inflexión.
Así a partir de Boyle los químicos son científicos.
1.3ANTOINE LAVOISIER
El nacimiento de la química moderna como verdadera disciplina científica, en la que por fin triunfa la medida sobre las creencias y especulaciones sin fundamento, tuvo lugar, sin duda alguna, a partir de Antoine Lavoisier cuyos trabajos y aportaciones a la química pueden considerarse de tanta importancia como en su momento tuvieron los trabajos e investigaciones realizadas por Newton para la física.
Vital importancia tuvieron sus investigaciones realizadas sobre la combustión, que acabaron por fin con una misteriosa teoría sobre la combustión llamada “teoría del flogisto”.
Esta teoría consideraba que la combustión era producida por una hipotética sustancia llamada flogisto que fluía de un cuerpo a otro.
Lavoisier demostró que la verdadera naturaleza de la combustión radica en un componente presente en el aire y no en esa misteriosa sustancia.
Ese componte del aire era el oxígeno, lo cual además serviría para empezar a poner de manifiesto la verdadera naturaleza de la materia, poniendo por fin en práctica la idea que había tenido Robert Boyle durante la década de 1660, relegando
definitivamente a los cuatro elementos de los griegos. Se entiende por elemento toda aquella sustancia que no puede descomponerse en otras más sencillas. El listado de las 33 sustancias simples presentando por Lavoisier tiene el siguiente
encabezamiento: “Sobre la tabla de las sustancias simples o, al menos, de aquellas que el estado actual de nuestros conocimientos nos obliga a considerar como tales”, e incluye, entre otras, la luz y el calórico.
Los nombres dados a las sustancias hasta entonces pretendían identificar cada sustancia según alguna de sus propiedades. Así, por ejemplo, las denominaciones asignadas se referían al color, al sabor, a una propiedad medicinal o al nombre del descubridor. Los compuestos se clasificaban por familias según los elementos que los constituían, adoptándose el acuerdo de nombrar en primer lugar la familia a la que pertenecían y en segundo lugar su rasgo específico (óxido de hierro). La proporción entre dos elementos que formaban más de un compuesto se indicaría cambiando la terminación del nombre específico. Las sales tomarían el nombre genérico del ácido y el específico de la base. La química adquiría así un lenguaje analítico, metódico y preciso, que permitía nombrar a cualquier nueva sustancia que se descubriese.
Todos estos trabajos realizados por Lavoisier, para poner de manifiesto la verdadera naturaleza de la combustión, finalizarían con la formulación de la “ley de la
conservación de la masa “de Lavoisier según la cual, la masa en una reacción química se conserva, lo que sin lugar alguno, contribuyó de manera definitiva al triunfo, por fin, de la medida en la química.
Por eso, Antoine Lavoisier puede ser considerado como el padre de la química moderna de la que a continuación pasaremos a hablar.
2. EL FUTURO DE LA QUÍMICA: ÚLTIMOS DESCUBRIMIENTOS
En el siglo XIX, los descubrimientos más importantes tuvieron lugar en el área de la química orgánica, con el desarrollo del a teoría estructural, de vital importancia, ya que proporcionaba una imagen de cómo se mantenían los átomos juntos. La importancia de la teoría estructural se puede apreciar si se considera un ejemplo simple como son el éter dimetílico y el alcohol etílico. Estos compuestos tienen la misma fórmula
molecular, C2H6O, pero las propiedades de ambos compuestos son completamente distintas.
Pues bien, dado que ambas sustancias poseen la misma fórmula molecular resultaría muy difícil diferenciarlas sin hacer uso de la teoría estructural que me pone de
manifiesto la verdadera estructura interna de estas sustancias. Así, al observar las fórmulas estructurales de estos dos compuestos se revelan sus diferencias.
Los átomos de alcohol etílico están unidos en una forma distinta a los del éter
dimetílico. En el alcohol etílico existe un enlace C-C-O; en el éter dimetílico el enlace es C-O-C.
Gracias a esta rama de la química se prepararon muchos compuestos nuevos, con gran influencia e importancia en áreas y campos tan distintos, como los de la medicina, agricultura o el ejército.
Ello hizo posible la predicción de muchos compuestos nuevos, que dieron origen al desarrollo de grandes industrias químicas en todas partes del mundo.
Estimulados sin duda alguna, por estos nuevos descubrimientos y los avances producidos en varias ramas de la ciencia, algunos químicos pensaron en aplicar los métodos matemáticos a su ciencia.
Así tuvo lugar el desarrollo la cinética química, que se ocupaba del estudio de la velocidad de las reacciones, gracias al desarrollo de la teoría cinética en la que se fundamenta, y que tendría muchas aplicaciones fundamentalmente en dos campos:
-la industria
-el campo teórico de la ciencia.
El reconocimiento de que el calor era debido al movimiento a escala atómica (un fenómeno cinético), hizo abandonar la idea de que el calor era una sustancia específica (denominada calórica) e inició el estudio de la termodinámica química.
La termodinámica estudia los efectos de los cambios de la presión, temperatura y volumen sobre los sistemas.
La termodinámica describe cómo los sistemas responden a los cambios en su entorno.
Por ello la relación de la termodinámica alcanza sectores tan variados como pueden ser:
-la física
-la ingeniería química -la ingeniería mecánica -la ingeniería industrial -la astrofísica
-etc...
Ya en el terreno de la electroquímica, el químico sueco Svante August Arrhenius trabajó sobre con en disolución, y observó que éstas se disocian en sus iones, si hacemos pasar una corriente eléctrica a través de la misma.
Este fenómeno que se conoce con el nombre de electrólisis tiene actualmente muchas aplicaciones entre las que podemos destacar:
-Obtención de diversos elementos como hidrógeno, oxígeno, cloro y metales como el sodio o el magnesio, a partir del agua y de las sales en estado de fusión.
-Purificación de metales, especialmente cobre, plata, oro y aluminio. El metal a purificar es colocado como polo positivo (ánodo). El paso de la corriente hace que el metal a purificar, como el cobre, y las impurezas menos nobles que él (por ejemplo Zn o Fe) se oxiden y pasen a la disolución como cationes. Las impurezas constituidas por metales más nobles (como Ag o Au) no se oxidan y se acumulan en el fondo de la celda electrolítica. Los iones CU2+ son reducidos en el cátodo pero no pasa así con las impurezas de los metales más activos que quedan en disolución. El cobre se recupera, pues, con un grado de pureza más elevado.
-Recubrimiento de objetos con una capa metálica depositada electrolíticamente.
Generalmente se recubre con metales más nobles y estables, otras veces no lo son tanto. El cromado y niquelado son habituales en las piezas de acero que se exponen a la intemperie (coches, motos, piezas de máquinas, etc.). Los recubrimientos de oro y
plata también son muy habituales en relojería y joyería. La pieza a recubrir se coloca como cátodo de la celda electrolítica y es muy conveniente que sea metálica, cosa que le asegura la conductividad eléctrica, aunque, actualmente, existen procedimientos para recubrir piezas no metálicas.
-Galvanoplastia que consiste en reproducir objetos a través de la deposición electrolítica de metales sobre moldes conductores (como los metales) o no.
Los moldes que no son conductores se hacen conductores extendiendo sobre su superficie polvos de grafito. Finalmente, el depósito metálico se separa del molde y se rellena del material que convenga (yeso, plástico, plomo, etc.). Es un proceso utilizado para reproducir medallas, figuras, etc...
A finales del sigloXIX, todos los estudios relacionados con el campo de la
espectroscopia (estudio de los espectros de emisión y absorción de los elementos) y la fotoquímica fueron englobados en una única rama de la ciencia conocida como
química física que tiene numerosas aplicaciones como puede ser:
-Desarrollo de catalizadores
-Fabricación de láseres y haces moleculares -Diseño de materiales funcionales
-etc...
A finales del sigloXIX, la química, parecía haber alcanzado un punto de pleno
desarrollo integral en el que parecía que todo quedaba perfectamente estructurado y no quedaba ningún campo por desarrollar.
Pues bien, esta situación se vio rápidamente superada con el descubrimiento de la radiactividad.
Gracias a la radiactividad y al diseño de potentes aceleradores de partículas, así, como al estudio de la radiación cósmica, empezaron a aparecer nuevos elementos hasta ahora desconocidos que aumentarían la actual lista de elementos ya existentes en la tabla periódica.
Otro avance importante de la química del sigloXX fue la aparición de la bioquímica, que culminaría con la aparición de una nueva disciplina científica como es la biología molecular, de vital importancia en el estudio de las unidades fundamentales de la vida, las células.
Hoy en día tiene aplicaciones tan importantes como:
-Determinación de la naturaleza y función de componentes celulares complejos.
-Explicar las funciones de los genes.
-Tratar de descifrar el código genético.
Las más recientes investigaciones se están realizando fundamentalmente en el terreno de la biotecnología y la ciencia de los materiales, en las que se están intentando conseguir logros tan importantes como:
-Ordenar el genoma humano.
-Crear un superconductor a temperatura ambiente.
-Desarrollo de polímeros emisores de luz.
-Obtener microorganismos alterados genéticamente.
-Desarrollar cultivos y alimentos mejorados.
-Plásticos biodegradables.
-Aceites vegetales.
-Biocombustibles.
-Desarrollo de vacunas más seguras.
-Síntesis de plaguicidas ecológicos.
-etc...
Desde mi punto de vista, la historia aquí narrada no ha llegado a su fin ya que seguramente investigaciones futuras pondrán de manifiesto la existencia de nuevos materiales y teorías, que irán aumentando continuamente nuestro conocimiento sobre la naturaleza y contribuirán a aumentar nuestra calidad de vida.
