martes, 11 de agosto de 2009

TOMÁS UNGER: "DEL ÁTOMO A LOS ELEMENTOS QUÍMICOS"



Del átomo a los elementos químicos

por Tomás Unger
Secció
n Vida y Futuro de "El Comercio", 11 de agosto de 2009

www.elcomercio.com.pe/impresa/notas/atomo-elementos-quimicos/20090811/326057

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A partir de especulaciones, los griegos pudieron establecer diversos conceptos sobre
la composición de la ma
teria que han podido ser confirmados dos mil años después
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Hace más de 3.000 años se conoció el tamaño de la Tierra y la distancia a la Luna. Pasaron 1.700 años hasta que se llegó a conocer el tamaño del Sistema Solar. Recién en el siglo XX conocimos las dimensiones de nuestra galaxia y el insignificante lugar que ocupamos en el universo. También en el siglo pasado conocimos el tamaño de los elementos que componen el universo.

Los griegos, además de enfrentarse al incómodo concepto del infinito, aplicaron sus conocimientos de geometría para medir lo que observaron, con asombrosa exactitud, sin más recursos que el compás y la escuadra. También se preguntaron cuáles eran los elementos más pequeños que las constituían, para los que el compás y la escuadra no son de utilidad y la limitación es la vista humana. Sus especulaciones tuvieron que limitarse a lo observable y a la imaginación; sin embargo, lograron conclusiones sorprendentes, que esperaron más de dos milenios para confirmarse.

Conocer nuestro tamaño en relación con el universo tuvo un efecto trascendental sobre la filosofía y la ciencia, y nuestro conocimiento de lo pequeño tendría similar efecto. Con el advenimiento de instrumentos ópticos cada vez más potentes, la observación de los elementos en que se descomponen las cosas que nos rodean permitió conocer un mundo hasta entonces invisible. La visión que tenemos del universo y de la vida cambiaría radicalmente, abriendo el campo a la ciencia moderna.

Adelantados. Las especulaciones hechas por los griegos en sus
investigaciones se han comprobado y son los cimientos de nuestro saber


DEMÓCRITO, EL PRIMERO
Los griegos fueron los primeros en llevar el conocimiento más allá de lo práctico. Mientras otras culturas se limitaron a explicaciones míticas y religiosas para los fenómenos del universo, los griegos trataron de buscar explicaciones lógicas, sin la intervención de fuerzas sobrenaturales, a lo que observaban. Aristóteles trató de explicar los fenómenos observables, postuló una Tierra redonda y dividió en cuatro los elementos que componen el universo: agua, tierra, aire y fuego.

Plantó tres estados de la materia (líquido, sólido y gaseoso) y como cuarto estado, la liberación de energía (la combustión). Dados los recursos técnicos del siglo IV a.C., las conclusiones de Aristóteles parecían razonables. Sin embargo, casi un siglo antes, otro griego llegó más lejos.

Según Demócrito de Abdera, en el año 430 a.C., todas las cosas podían dividirse hasta llegar a un tamaño mínimo pasado el cual la materia no podía dividirse más. A partir de este punto las cosas eran indivisibles y al tamaño mínimo lo llamó “átomo”. “Tomos” viene del griego “cortar” o “dividir” y la partícula “a” es negativa: “átomo” significa “no se puede cortar más”.

Demócrito se basó en la especulación, sin medios para comprobarlo. Otras teorías tuvieron mayor aceptación, pues él, hace 25 siglos, era demasiado radical. Felizmente otro griego, Epicuro de Samos, recogió la teoría de Demócrito que ha llegado hasta hoy. A diferencia de las observaciones astronómicas, que habían dado lugar a mapas del cielo y tablas del desplazamiento de los planetas, la especulación sobre lo pequeño seguía siendo un ejercicio intelectual sin medios de observación. El microscopio produjo un cambio fundamental.

QUÍMICA Y VIDA
El agua que hierve, dos sustancias que se combinan formando una de características totalmente diferentes, metales que se funden y unen, eran fenómenos observados que pedían explicación. Diversos materiales se comportan de forma diferente ante los cambios de temperatura, su resistencia a esfuerzos, y cambian con el tiempo. Quienes trabajaban con ellos aprendieron a manipularlos con resultados predecibles sin poder explicar por qué. En organismos vivos este comportamiento resultaba aun más misterioso.

Los alquimistas identificaron una serie de elementos además de los conocidos desde la antigüedad, como el cobre, el hierro, la plata, el plomo y el oro. Las temperaturas a las cuales se funden son diferentes y su comportamiento ante el aire, el agua y ciertos compuestos también varía. Esto le daba a los metales características distintivas además de su color, brillo y dureza. Al tratarse de materias orgánicas el panorama era más confuso. Todos los organismos vivos tienen poca resistencia al calor, y todos eventualmente se convierten en ceniza, en algunos casos con características propias. La clasificación de estas características para fines prácticos originó la nueva ciencia de la química.

EL MICROSCOPIO
Aun antes del nacimiento de la química moderna en el siglo XVIII, una innovación cambiaría radicalmente nuestra visión de lo pequeño. En el siglo XIII, el doctor Occam usó en Inglaterra una luna de aumento para la lectura, que eventualmente dio lugar a los anteojos, pero nadie la empleó para mirar cosas pequeñas. Recién en 1590 los holandeses fabricantes de anteojos Hans y Zacarías Jansen usaron dos lentes para lograr un mayor aumento, e inventaron el microscopio compuesto. En 1665, el inglés Robert Hooke observó la estructura del corcho e inventó la palabra “célula” (“celda” en latín).

En 1676 el holandés Anton von Leeuwenhoek construyó un microscopio provisto de un mecanismo de enfoque y observó la vida invisible al ojo humano. El microscopio revolucionó la ciencia y los conceptos sobre la vida debieron ser revisados.

El desarrollo de la industria del vidrio, propiciado por los anteojos, que para entonces se habían generalizado, hizo progresar al microscopio y abrió un nuevo campo de investigación. Sin embargo, cómo se comportan los cuerpos, se combinan, transforman y queman estaba fuera del alcance de la observación. Fueron los primeros químicos los que, a partir de la observación de las transformaciones, llegaron al concepto de elemento.

UN NUEVO CONCEPTO
El microscopio permitía observar lo que nunca había sido visto y los químicos trataban de analizar la materia. El aire, uno de los elementos aristotélicos, presentaba características que hacían dudar de su cualidad única. El inglés Priestley aisló del aire un gas combustible y otro no combustible. El francés Lavoisier —considerado el padre de la química— fue el primero en cuantificar las reacciones midiendo el peso de las sustancias y bautizó el gas separado por Priestley con el nombre de oxígeno (del griego “formador de ácidos”). Lavoisier se equivocó, porque el oxígeno no es indispensable para formar ácidos, pero el nombre quedó. Al otro gas del aire, que no permite combustión ni vida, lo bautizó “azote” (del griego, “que no permite la vida”), que el nitrógeno conserva en varios idiomas.

En un experimento trascendental para la química, el inglés Cavendish aisló otro gas echándole ácido a un metal. Al quemar el nuevo gas combinándolo con oxígeno, Cavendish obtuvo agua. Lavoisier bautizó al gas “hidrógeno” (del griego “productor de agua”).

Cuando Priestley separó el oxígeno y Cavendish lo combinó con hidrógeno para formar agua, fue el fin de la teoría aristotélica. Dos de los elementos aristotélicos resultaron no ser tales: el aire constaba de dos elementos diferentes, una parte de oxígeno que propicia la combustión y cuatro de nitrógeno que no permite combustión ni vida. El agua resultó ser también un compuesto de oxígeno e hidrógeno.

Los experimentos de Lavoisier demostraron que el fuego solo era el resultado de la combinación de algunos elementos y no alteraba su balance en combustión: era la liberación de calor y luz producto de una reacción química. Los elementos mantenían su naturaleza inalterada a través de las diversas combinaciones y la recuperaban en su totalidad a través de otras reacciones químicas que los volvían a separar. La teoría atómica de Demócrito volvía a tener sentido.

Los cuerpos simples —sólidos, líquidos o gases— mantenían su naturaleza y no se creaban ni destruían, solo cambiaban de aspecto al combinarse. Se habían sentado las bases de la química, pero no había manera de observar las dimensiones mínimas de las sustancias que trataban. Faltaba más de un siglo para que surgiera una teoría de lo observado.

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