Historia de la Química

En muchas formas, la historia de la civilización es la historia de la química: el estudio de la materia y de las propiedades.
El registro más antiguo de interés del hombre en la química fue hace aproximadamente 3.000 años a.C., en la media luna fértil. En ese momento, la química era más un arte que una ciencia. Algunas tablas registran los primeros químicos de la historia por ejemplo aquellos que las mujeres que fabricaban perfumes a partir de diversas sustancias.
Los antiguos egipcios producían ciertos compuestos para utilizar en la momificación. Para el año 1000 a.C., las técnicas químicas incluían la fundición de metales y la fabricación de medicamentos, colorantes, hierro y bronce. También se introdujo la fabricación de hierro y se llevó a cabo el refinamiento del plomo y del mercurio. Se entendían las propiedades físicas de algunos metales como el cobre, zinc, plata, oro. Varios grupos sociales y étnicos han contribuído a la historia de la química entre ellos los antiguos egipcios, griegos, hebreos, chinos e indios.

Alquimia

Los griegos de Egipto han realizado los primeros intentos para modificar metales sin valor en metales de mayor valor (por ejemplo, el hierro en oro). En el cuarto siglo a.C., el griego Zósimo describe una sustancia llamada Xerion, un metal que supuestamente convirtió a otros metales en oro. El alquimista debía añadir un pequeño toque de Xerion a una pila de metal y después de doscientos años, el metal se habría convertido en oro. En Europa, se mantuvo el mismo conocimiento durante la Edad Media (400-1500 C.E).
Los musulmanes tomaron escritos occidentales que perfeccionaron hacia el año 800; procesos de destilación, sublimación, cristalización, la oxidación y la precipitación. Descubrieron el proceso de calcinación, que se utiliza para reducir las sustancias a una forma de polvo.
Para esta época ya se utilizaban quemadores, baños de agua, fuelles, crisoles, aparatos de destilación, balanzas y pesos, vasos de precipitados, filtros, tubos, frascos, tubos de ensayo, etc.

Producción de papel

Los chinos perfeccionaron la producción de papel. Esto se realiza a través de un proceso tedioso que requiere de la seda.
En el siglo VIII dC, ibn Hayy?n, un astrónomo musulmán, filósofo y científico, se convirtió en uno de los primeros en utilizar métodos científicos para estudiar los materiales. También conocido como Geber, ha sido uno de los precursores más antiguos de la química. Se cree que es el autor de 22 pergaminos que describen métodos de destilación, cristalización, sublimación y evaporación. Inventó el alambique, un dispositivo que se utiliza para destilar y estudiar ácidos. También desarrolló un sistema de clasificación química temprana. Sus categorías fueron:

Espíritus: Materiales que se vaporizan cuando se calientan.
Metales: Hierro, estaño, cobre y plomo.
Sustancias no maleables: Materiales que se podrían convertir en polvo, tales como la piedra.

En la era agraria, pastores, cerveceros y vinicultores utilizaban técnicas de fermentación para hacer queso, cerveza y vino. Las amas de casa usaban virutas y restos de madera para hacer jabón. Los artesanos aprendieron a combinar el cobre y el estaño para hacer bronce. También aprendieron a hacer vidrio y el encurtido del cuero.

La química clásica

Robert Boyle (1627-1691) estudió el comportamiento de los gases y descubrió la relación inversa entre el volumen y la presión de un gas. También afirmó que “toda la realidad y el cambio puede ser descrito en términos de las partículas elementales y su movimiento,” una comprensión temprana de la teoría atómica. En 1661, escribió el primer libro de texto de química, “El Escéptico Cymist”, en el que trasladó al estudio de sustancias lejos de asociaciones místicas con la alquimia y hacia la investigación científica.
Por la década de 1700, la época de la Ilustración se había arraigado en toda Europa. Joseph Priestley (1733-1804) refutó la idea de que el aire era un elemento indivisible. Demostró que era, una combinación de gases cuando se aísla oxígeno y llegó a descubrir otros siete gases discretos.
Jacques Charles Boyles es conocido por afirmar la relación directa entre la temperatura y la presión de los gases. En 1794, Joseph Proust estudiado compuestos químicos puros y declaró la Ley de las proporciones definidas – un compuesto químico siempre tendrá su propia razón característica de componentes elementales. El agua, por ejemplo, siempre tiene una relación de dos a uno de hidrógeno a oxígeno.
Antoine Lavoisier (1743-1794) fue un químico francés que hizo importantes contribuciones a la ciencia. Mientras trabajaba como recaudador de impuestos, Lavoisier ayudó a desarrollar el sistema métrico para asegurar pesos y medidas uniformes. Fue admitido en la Academia Francesa de Ciencias en 1768.

La insistencia de Lavoisier en la medición meticulosa llevó a su descubrimiento de la Ley de Conservación de la Masa en la que postuló:  “La masa no se crea ni se destruye, sólo se transforma”. En 1787, Lavoisier publicó “Métodos de Nomenclatura Química”, que incluía las reglas para nombrar los compuestos químicos que todavía están en uso en la actualidad. Su “Tratado elemental de la química” (1789) fue el primer libro de texto de química moderna. Definió claramente un elemento químico como una sustancia que no puede reducirse en peso mediante una reacción química y enumera oxígeno, hierro, carbono, azufre y casi otros 30 elementos que se sabe que existen. Sin embargo, el libro tuvo algunos errores; enumeró la luz y el calor como elementos.
Amedeo Avogadro (1776-1856) fue un abogado italiano que comenzó a estudiar ciencias y matemáticas en 1800. Ampliando el trabajo de Boyle y Charles, aclaró la diferencia entre átomos y moléculas. Continuó afirmando que volúmenes iguales de gas a la misma temperatura y presión tienen el mismo número de moléculas. El número de moléculas en una muestra de 1 gramo de peso molecular (1 mol) de una sustancia pura se llama Constante de Avogadro en su honor. Se ha determinado experimentalmente que es 6.023 x 1023 moléculas y es un factor de conversión importante utilizado para determinar la masa de reactivos y productos en reacciones químicas.
En 1803, un meteorólogo inglés comenzó a especular sobre el fenómeno del vapor de agua.
John Dalton (1766-1844) sabía que el vapor de agua es parte de la atmósfera, pero los experimentos demostraron que el vapor de agua no se formaría en otros gases. Especuló que esto tenía algo que ver con la cantidad de partículas presentes en esos gases. Tal vez no haya espacio en esos gases para que penetren partículas de vapor de agua. Había más partículas en los gases “más pesados” o esas partículas eran más grandes. Utilizando sus propios datos y la Ley de proporciones definidas, determinó las masas relativas de partículas para seis de los elementos conocidos: hidrógeno (el más ligero y asignado una masa de 1), oxígeno, nitrógeno, carbono, azufre y fósforo. Dalton explicó sus hallazgos al establecer los principios de la primera teoría atómica de la materia.

Los elementos están compuestos de partículas extremadamente pequeñas llamadas átomos.
Los átomos del mismo elemento son idénticos en tamaño, masa y otras propiedades. Los átomos de diferentes elementos tienen diferentes propiedades.
Los átomos no pueden ser creados, subdivididos o destruidos.
Los átomos de diferentes elementos se combinan en proporciones simples de números enteros para formar compuestos químicos.
En las reacciones químicas, los átomos se combinan, separan o reorganizan para formar nuevos compuestos.

Dmitri Mendeleiev (1834-1907) fue un químico ruso conocido por desarrollar la primera Tabla Periódica de los Elementos. Enumeró los 63 elementos conocidos y sus propiedades en las tarjetas. Cuando organizó los elementos en orden de aumentar la masa atómica, pudo agrupar elementos con propiedades similares. Con algunas excepciones, cada séptimo elemento tenía propiedades similares (el octavo grupo químico, los Nobles Gases, aún no se había descubierto). Mendeleiev se dió cuenta de que si dejaba espacios para los lugares donde ningún elemento conocido encajaba en el patrón era aún más exacto. Utilizando los espacios en blanco de su tabla, pudo predecir las propiedades de los elementos que aún no se habían descubierto. La tabla original de Mendeleiev se ha actualizado para incluir los 92 elementos naturales y 26 elementos sintetizados.

Describiendo el átomo

En 1896, Henri Becquerel descubrió la radiación. Junto con Pierre y Marie Curie, mostró que ciertos elementos emiten energía a tasas fijas. En 1903, Becquerel compartió un Premio Nobel con los Curie por el descubrimiento de la radioactividad. En 1900, Max Planck descubrió que la energía debe emitirse en unidades discretas a las que llamó “quanta” (desde fotones llamados) y no en ondas continuas. Parecía que los átomos estaban formados por partículas todavía más pequeñas, algunas de las cuales podían alejarse.
En 1911, Ernst Rutherford demostró que los átomos consistían en una pequeña región densa cargada positivamente rodeada de áreas relativamente grandes de espacio vacío en el cual se movían partículas aún más pequeñas con carga negativa (electrones). Rutherford supuso que los electrones orbitan alrededor del núcleo en órbitas ordenadas separadas, del mismo modo que los planetas orbitan alrededor del sol. Sin embargo, debido a que el núcleo es más grande y más denso que los electrones, no pudo explicar por qué los electrones no fueron simplemente arrastrados al núcleo, destruyendo así el átomo.
El modelo atómico de Niels Bohr (1885-1962) resolvió este problema utilizando la información de Planck. Los fotones se emiten desde un átomo estimulado eléctricamente solo a ciertas frecuencias. Hizo la hipótesis de que los electrones habitan distintos niveles de energía y la luz solo se emite cuando un electrón eléctricamente “excitado” se ve obligado a cambiar los niveles de energía.
Los electrones en el primer nivel de energía, más cercanos al núcleo, están estrechamente ligados al núcleo y tienen una energía relativamente baja. En niveles más distantes del núcleo, los electrones tienen una energía creciente. Los electrones en el nivel de energía más alejado del núcleo no están unidos tan fuertemente y son los electrones involucrados cuando los átomos se unen para formar compuestos. La naturaleza periódica de las propiedades elementales es el resultado del número de electrones en el nivel de energía externo que puede estar involucrado en enlaces químicos. Aunque los modelos de Bohr han sido reemplazados por modelos atómicos más precisos, los principios subyacentes son sólidos y los modelos de Bohr todavía se usan como diagramas simplificados para mostrar los enlaces químicos
Nuestra comprensión del átomo ha seguido refinándose. En 1935, James Chadwick recibió el Premio Nobel por su descubrimiento de que hay un número igual de partículas eléctricamente neutras en el núcleo de un átomo. Como los neutrones son eléctricamente neutros, ni electrones ni protones los desvían. Además, los neutrones tienen más masa que protones. Estos hechos se combinan para hacer posible que los neutrones penetren en los átomos y rompan el núcleo, liberando grandes cantidades de energía. En los últimos años, es cada vez más obvio que los protones, neutrones y electrones de la química clásica están formados por partículas subatómicas aún más pequeñas. Las ciencias de la química y la física se entrelazan cada vez más y las teorías se superponen y entran en conflicto a medida que continuamos explorando los materiales de los que está hecho nuestro universo.