La Química como ciencia


Hacia el año 600 a.C., los filósofos griegos comenzaron a especular sobre la naturaleza del Universo y los materiales que lo componían. Aristóteles pensaba que las sustancias estaban formadas por 4 elementos: tierra, agua, aire y fuego. Cada elemento se componía de dos cualidades distintas: por ejemplo, el fuego, caliente y seco; y el agua, fría y húmeda. Los distintos elementos se combinaban en distintas proporciones para formar los componentes del planeta terrestre. Paralelamente, otros filósofos, entre los que destaca Demócrito, ya postulaban que la materia estaba constituida por partículas indivisibles a las que llamó átomos, que significa precisamente indivisibles, aunque esta teoría no fue popular hasta principios de la edad moderna con la llegada de Boyle. 

El fuego

El primer gran químico, aunque no lo supiera, fue el homo erectus hace más de 500.000 años, que era capaz de producir y mantener el fuego, una de las tecnologías más importantes de la actualidad. El fuego aumentó considerablemente la calidad de vida de los humanos y disminuyó la mortalidad, ya que daba calor, les protegía contra los animales salvajes y les permitía cocinar los alimentos. Además, el descubrimiento del fuego fue imprescindible para el desarrollo posterior de la metalurgia y de la cerámica, así como la mayoría de los procesos químicos.
El fuego no es más que un proceso de combustión caracterizada por la emisión de luz, calor y en muchos casos llamas donde se produce la oxidación de un material combustible.La combustión es una reacción química de carbono e hidrocarburos. El fuego se usó para realizar mejoras en la calidad de vida del ser humano: cocción de alimentos, calefacción, fabricación de instrumentos útiles o decorativos. Con el fuego se consiguió aislar metales (cobre, hierro, estaño) a partir de sus minerales, dando lugar a desarrollo de la metalurgia (preparación de aleaciones); así como a la producción de cerámicas y metales). Todos estos procesos tienen fundamentos químicos.

La cerámica

Otro campo de desarrollo que ha acompañado al ser humano desde la antigüedad hasta el laboratorio actual es el del vidrio y la cerámica. La palabra cerámica deriva del griego keramiké, "sustancia quemada". En su sentido estricto, se refiere a la arcilla en todas sus formas pero en la actualidad se aplica para referirse a todos los materiales inorgánicos no metálicos que se forman por acción del calor.
Los primeros materiales cerámicos datan de la prehistoria cuando el ser humano descubrió que los recipientes hechos de arcilla cambiaban sus características mecánicas e incrementaban su resistencia al agua al calentarlos en el fuego. Fue en China donde se perfeccionaron enormemente las tecnologías de fabricación de las cerámicas hasta dar con la porcelana en el siglo VII.
Inicialmente, la cerámica se utilizó como recipiente para alimentos y creación de figuras de ornamentación pero, más adelante, se convirtió en el principal material para la construcción… A partir del siglo XX, el desarrollo de nuevos materiales cerámicos ha dado lugar a nuevas aplicaciones como sensores de gases o detectores de movimiento, etc.
Algunos materiales cerámicos pueden soportar temperaturas altísimas sin perder su solidez y además tienen baja conductividad térmica. Se emplean por tanto como aislantes. Por ejemplo, partes de los cohetes espaciales se recubren con azulejos cerámicos que protegen a la nave de las altas temperaturas causadas durante la entrada en la atmósfera.

También existen las cerámicas compuestas o composites, entre las que se encuentra la conocida fibra de vidrio. La fibra de vidrio es un material fibroso formado por vidrio y polímeros. Una de las aplicaciones de la fibra de vidrio es para realizar los cables de fibra óptica utilizados en el mundo de las telecomunicaciones para transmitir señales lumínicas.

Los metales

Uno de los mayores hallazgos del ser humano primitivo fue descubrir que se podían obtener metales a partir de los minerales calentándolos. Hacia el año 4000 (antes de nuestra era), hay indicios que muestran el desarrollo de la metalurgia del cobre. El primer uso que se dio a los metales fue el ornamental, aunque pronto empezaron a darles otras utilidades. Enseguida se dieron cuenta de que los metales se moldeaban mucho más fácilmente que la piedra, la madera y el hueso, de modo que cuando dispusieron de cobre suficiente empezaron a utilizarlo para fabricar armas.
Hacia el tercer milenio (antes de nuestra era), se descubrió una variedad de cobre especialmente dura que se obtenía al calentar minerales de cobre y estaño. Esa fue la primera aleación de la historia y recibe el nombre de bronce. El bronce se utilizó ampliamente en la fabricación de armas y corazas, dando lugar a la Edad de Bronce. En aquella época, los ejércitos sin armas de metal estaban indefensos frente a los soldados de bronce. Esta es la razón por la que muchas invasiones tenían como objetivo controlar las minas de los metales.
De nuevo, la suerte iba a favorecer al ser humano cuando descubrió un metal aún más duro: el hierro, aunque en principio era demasiado escaso como para utilizarlo en la confección de armaduras. Fueron los hititas los primeros en obtener hierro a partir de sus minerales. Este proceso era mucho más complicado porque requería temperaturas más altas y, por tanto, la construcción de hornos especiales. Sin embargo, el metal que se obtenía era de baja calidad con un elevado contenido de carbono y tenía que ser mejorado en diversos procesos de purificación y forjándolo.
La aleación formada por el hierro y el carbón vegetal se conoce con el nombre de acero. Aunque los hombres primitivos desconocían por completo las reacciones químicas, habían logrado reducir los óxidos de cobre y hierro presentes en los minerales con el carbono vegetal. Hay que destacar que la humanidad ha tardado siglos en desarrollar los procesos actuales de obtención del acero, la aleación más importante de nuestra economía. Hasta mediados del siglo XIX, no se ideó la técnica necesaria para producirlo económicamente y en cantidades abundantes. Bessemer diseñó un convertidor en el que se soplaba aire en una masa de hierro fundido para reducir su cantidad de carbón y transformarlo directamente en acero. Su dominio fue uno de los pilares de la revolución industrial. La dureza y tenacidad del acero ha posibilitado la construcción de los modernos rascacielos y puentes colgantes y, entre otras muchas cosas, permitió el desarrollo del ferrocarril ya que es el material con el que se construyen las vías del tren.
Otro hito metalúrgico fue la obtención del aluminio. A pesar de ser el metal más común, no se descubrió hasta principios del siglo XIX, debido a que se encuentra siempre combinado en forma de compuestos. Al principio, debido a que era muy difícil separarlo de las rocas de los que formaba parte, se le consideró un metal precioso. Su precio era superior al del oro y se utilizaba sólo para adornos de la realeza. Con el descubrimiento de su síntesis por electrolisis, su preció cayó drásticamente, poniéndolo al alcance de usos más vulgares, como son las cacerolas. El máximo valor del aluminio es su ligereza, lo que le hace muy útil en la industria de la aviación. Además, se utiliza como material estructural en bicicletas, buques, para embalar alimentos, fabricación de utensilios de cocina, etc. Su importancia es tal, que en situaciones de conflicto se le consideraba un recurso estratégico.

La Alquimia

Entre los siglos III (antes de nuestra era) y XVI, la química estuvo dominada por la Alquimia. Durante este largo período, las investigaciones se centraron en la búsqueda de la piedra filosofal, un método hipotético que permitiría transformar cualquier metal en oro. Los alquimistas árabes pensaban que los metales estaban formados por mezclas de mercurio y azufre y que bastaba con encontrar la proporción necesaria de estos elementos para formar oro. Casi al mismo tiempo, en China apareció una alquimia similar aunque el oro tenía un significado diferente, de modo que lo que perseguían era un elixir que pudiera alargar la vida e incluso conferir inmortalidad.
Aunque nadie consiguió transmutar ningún metal en oro, hay que destacar que durante esta época se desarrollaron muchos procesos químicos y nuevas sustancias. Se identificaron importantes reactivos como los ácidos nítrico y sulfúrico, y se perfeccionaron los aparatos de destilación. A los alquimistas chinos se les atribuye la invención de la pólvora hacia el siglo IX. Al principio los chinos utilizaron la pólvora para fuegos artificiales, pero cuando llegó a Occidente se convirtió en un elemento muy importante para la guerra.
Con la llegada del Renacimiento, apareció en escena Paracelso, un alquimista que promulgó la utilización de compuestos químicos y minerales en medicina. El nombre Paracelso, que él mismo se puso, significa «superior a Celso», un médico romano del siglo I. Paracelso consideraba que sus compuestos eran superiores a los remedios de hierbas que empleaban los médicos de la época. Se pasó la mayor parte de su vida disputando violentamente con los demás médicos y en el proceso fundó la Iatroquímica, que es la precursora de la farmacología. Él y sus seguidores descubrieron nuevas enfermedades, como la sífilis y el bocio, y nuevos compuestos que servían de medicinas. Para combatir algunas enfermedades, se sirvió del azufre y el mercurio.

El método científico (Robert Boyle)

Con la aparición de Robert Boyle, la alquimia entró en franca decadencia. Boyle fue uno de los pioneros del método científico en las investigaciones químicas. No asumía nada en sus experimentos y anotaba todos los datos relevantes: el lugar, el viento, la lectura barométrica, la posición de la luna y el sol…, sentando algunasbases de la Química Moderna. Gran parte de sus investigaciones se centraron en el estudio de los gases, lo que le condujo a enunciar la Ley de proporcionalidad de los gases según la cual existe una relación inversa entre la presión y el volumen de un gas a temperatura constante. Esta ley la enunció al mismo tiempo, aunque de manera independiente, Edme Mariotte (de hecho, es posible encontrar la denominación ‘Ley de Boyle-Mariotte’). Este fue el primer experimento en el que se aplican mediciones exactas para determinar los cambios de una sustancia. Los experimentos de Boyle marcan el final de los términos alquimia y alquimista. En su libro El químico escéptico, publicado en 1661, se suprimió la primera sílaba y, desde entonces, la ciencia fue la Química y los que trabajaban en ella eran los químicos.
Con el experimento de Boyle se observa que a medida que se va introduciendo mercurio en la rama larga, el aire encerrado se comprime. “Cuando el brazo izquierdo del tubo es taponado y se va introduciendo más mercurio por el brazo largo, el aire atrapado se comprime.”
Con el descubrimiento de que los gases se podían comprimir, resurgió la teoría atomista ya que la presencia de partículas muy pequeñas separadas por el espacio vacío explicaba muy bien los hechos observados en el laboratorio. Además, estableció el concepto de elemento químico, definiéndolo como la sustancia inmutable e indestructible incapaz de descomponerse.






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