Qumica. RECORRIDOIntroduccin (Qumica)La Qumica es el estudio de la composicin, estructura y propiedades de las sustancias materiales, de sus interacciones y de los efectos producidos sobre ellas al aadir o extraer energa en cualquiera de sus formas.Desde los primeros tiempos, los seres humanos han observado la transformacin de las sustancias, la carne cocinndose, la madera quemndose, el hielo derritindose y han especulado sobre sus causas. Siguiendo la historia de esas observaciones y especulaciones, se puede reconstruir la evolucin gradual de las ideas y conceptos que han culminado en la qumica moderna. 2500 a 600 a.C.Los primeros procesos qumicos tienen su origen en las cavernas, a la altura de la Edad de Piedra , cuando el hombre comenz a darse cuenta de que poda cocinar sus alimentos y procurarse calor con el fuego proveniente de la combustin de la madera, saciar su sed con el agua, etc. ,ademas de dar distintas utilidades a la piedra.En la llamada Edad de Bronce (2500 a 1000 a.C.) el hombre se dio cuenta de las ventajas que tena el cobre sobre la piedra. Un remoto da este metal debi surgir por casualidad desde unas piedras en contacto con el fuego. Entonces el hombre primitivo, intrigado por este hecho, busc ms piedras similares para obtener as mayor cantidad de metal. Lo verti en estado lquido y caliente en moldes de arcilla y vio nacer ante sus ojos las primeras herramientas de cobre. Un buen da, alguien arroj al cobre caliente y fundido un misterioso polvo de color gris, y entonces surgi un metal ms resistente: el bronce. Tambin de manera fortuita, algn otro, al calentar ciertas piedras rojizas sobre carbn de lea, logr obtener un nuevo metal: el hierro, dando origen a lo que conocemos como la Edad de Hierro (900 a 500 a.C.). Esta etapa consiste bsicamente en el perodo en que el hombre aprendi a extraer el cobre y el hierro de sus minerales.Aqu es donde vemos nacer la Qumica ms antigua que conocemos con el nombre de metalurgia, que es el arte de tratar los metales aplicando un conocimiento que mezcla la magia, la mstica y la tcnica de los pueblos antiguos.Estos pueblos antiguos fueron los que desarrollaron alrededor de los 1500 aos a. C. los primeros procesos qumicos conocidos, que fueron realizados por los artesanos de Mesopotamia, Egipto y China. En estas culturas se inici tambin una tecnologa Qumica primitiva, conforme los tintoreros descubran mtodos para fijar los tintes en los distintos tipos de tejidos y los alfareros aprendan a preparar barnices y ms tarde a fabricar vidrio. La mayora de esos artesanos trabajaban en los monasterios y palacios haciendo artculos de lujo. En los monasterios especialmente, los monjes tenan tiempo para especular sobre el origen de los cambios que vean en el mundo que los rodeaba. Sus teoras se basaban frecuentemente en la magia, pero tambin elaboraron ideas astronmicas, matemticas y cosmolgicas, que utilizaban en sus intentos de explicar algunos de los cambios que hoy se consideran qumicos. 600 a.C. a V d.C.Las explicaciones que solan dar los antiguos a los fenmenos naturales se basaban principalmente en especulaciones filosficas, astrolgicas y msticas. Es entonces que desde los tiempos de Tales de Mileto, unos 600 aos a.C., los filsofos griegos empezaron a hacer especulaciones lgicas sobre el mundo fsico, en lugar de confiar en los mitos para explicar los fenmenos. El mismo Tales pensaba que toda la materia proceda del agua, que poda solidificarse en tierra o evaporarse en aire. Sus sucesores ampliaron esta teora en la idea de que el mundo estaba compuesto por cuatro elementos: tierra, agua, aire y fuego. Segn Demcrito, esos elementos estaban compuestos por tomos, partculas diminutas que se movan en el vaco.Otros, especialmente Aristteles, crean que los elementos formaban un medio continuo de materia y, por tanto, el vaco no poda existir. La idea atmica perdi terreno rpidamente, pero nunca fue completamente olvidada. Cuando fue revisada durante el renacimiento, form la base de la teora atmica moderna.Aristteles fue el ms influyente de los filsofos griegos, y sus ideas dominaron la filosofa natural durante casi dos milenios despus de su muerte, en el 323 a.C., ao en el que sus teoras fueron aceptadas por los prcticos artesanos, especialmente en Alejandra y Egipto. Crea que la materia posea cuatro cualidades: calor, fro, humedad y sequedad. Cada uno de los cuatro elementos estaba compuesto por pares de esas cualidades; por ejemplo, el fuego era caliente y seco, el agua fra y hmeda, el aire caliente y hmedo, y la tierra fra y seca. Esos elementos con sus cualidades se combinaban en diferentes proporciones para formar los componentes del planeta terrestre. Puesto que era posible cambiar las cantidades de cada cualidad en un elemento, se poda transformar un elemento en otro; as, se pensaba que era posible cambiar las sustancias materiales formadas por los elementos, por ejemplo, el plomo en oro.Fue en base a esta idea que surgi la alquimia en el siglo I de la era cristiana. La alquimia consiste en la idea de los pensadores de que los metales de la Tierra tendan a ser cada vez ms perfectos y a convertirse gradualmente en oro, y crean que podan realizar el mismo proceso ms rpidamente en sus talleres, transmutando as de forma artificial los metales comunes en oro. Casi al mismo tiempo (y probablemente de forma independiente) apareci en China una alquimia similar. Aqu el objetivo tambin era fabricar oro, aunque no por el valor monetario del metal. Los chinos consideraban al oro como una medicina que poda conferir larga vida o incluso la inmortalidad a cualquiera que la consumiera. Al igual que los egipcios, los chinos aumentaron sus conocimientos de la Qumica prctica a partir de teoras incorrectas.Se escribi un gran nmero de tratados sobre el arte de la transmutacin que empezaba a conocerse como alquimia pero, aunque nadie consigui hacer oro, en la bsqueda de la perfeccin de los metales se descubrieron muchos procesos qumicos.Entre los siglos III y V se fundaron distintas escuelas de alquimia como por ejemplo la de Zsimo en Alejandra. Siglos V a XIV d.C. (Edad Media)Despus del declive del Imperio romano, en la Europa occidental empezaron a estudiarse menos los escritos griegos, e incluso fueron bastante abandonados en el Mediterrneo oriental. Sin embargo, en el siglo VI, un grupo de cristianos conocidos como los nestorianos, cuyo idioma era el sirio, expandieron su influencia por Asia Menor. Establecieron una universidad en Edessa, Mesopotamia, y tradujeron al sirio un gran nmero de escritos filosficos y mdicos griegos para que pudieran ser utilizados por los estudiantes.En los siglos VII y VIII, los conquistadores rabes expandieron la cultura islmica sobre gran parte de Asia Menor, norte de frica y Espaa. Los califas de Bagdad se convirtieron en mecenas activos de la ciencia y el saber. La traduccin siria de los textos griegos fue traducida de nuevo, esta vez al rabe, y junto con el resto del saber griego volvieron a florecer las ideas y la prctica de la alquimia.Los alquimistas rabes tambin estaban en contacto con China; as, a la idea del oro como metal perfecto le aadieron el concepto del oro como medicina. Se concibi un agente especfico para estimular la transmutacin, la `piedra filosofal', que se convirti en el objeto de investigacin de los alquimistas. Ahora tenan un nuevo incentivo para estudiar los procesos qumicos, porque podran conducirlos no slo a la riqueza, sino a la salud. En el estudio de los productos y aparatos qumicos se hicieron grandes progresos. Se descubrieron importantes reactivos como los lcalis custicos y las sales de amonio, y se mejoraron los aparatos de destilacin. Tambin se vio rpidamente la necesidad de aplicar ms mtodos cuantitativos, pues algunas frmulas rabes daban instrucciones especficas sobre las cantidades de reactivos a utilizar.En el siglo XI comenz en Europa occidental un gran resurgimiento intelectual, estimulado en parte por los intercambios culturales entre los estudiantes rabes y cristianos en Sicilia y Espaa. Se crearon escuelas de traductores, y sus traducciones transmitieron las ideas filosficas y cientficas al resto de los estudiantes europeos. As, el saber de la ciencia griega pas por las lenguas intermedias siria y rabe, fue difundido en la lengua erudita, el latn, y posteriormente se expandi por Europa. Muchos de los manuscritos ledos con ms anhelo estaban relacionados con la alquimia.Haba dos tipos de manuscritos: unos eran puramente prcticos, y otros intentaban aplicar las teoras de la naturaleza de la materia a los problemas alqumicos. Entre los temas prcticos discutidos se encontraba la destilacin. La fabricacin de vidrio haba mejorado considerablemente, sobre todo en Venecia, y fue posible construir aparatos de destilacin mejores que los fabricados por los rabes para condensar los productos ms voltiles de la destilacin. Entre los productos ms importantes obtenidos as se encontraban el alcohol y los cidos minerales: cido ntrico, agua regia (una mezcla de cido ntrico y clorhdrico), cido sulfrico y cido clorhdrico. Utilizando estos poderosos reactivos podan realizarse muchas reacciones nuevas. El descubrimiento por parte de los chinos de los nitratos y la plvora lleg pronto a Occidente a travs de los rabes. Al principio, los chinos utilizaban la plvora para los fuegos artificiales, pero en Occidente se convirti rpidamente en un elemento importante de la guerra. A finales del siglo XIII ya exista en Europa una tecnologa Qumica bastante eficaz.El segundo tipo de manuscritos alqumicos transmitidos por los rabes concerna a la teora. Muchos de esos escritos revelaban un carcter mstico que contribua poco al avance de la Qumica, pero otros intentaban explicar la transmutacin en trminos fsicos. Los rabes basaban sus teoras de la materia en las ideas aristotlicas, pero su pensamiento tenda a ser ms especfico, sobre todo en lo referente a la composicin de los metales. Ellos crean que los metales consistan en azufre y mercurio, no propiamente estas sustancias que conocan muy bien, sino ms bien el principio del mercurio, que confera la propiedad de fluidez a los metales, y el principio del azufre que converta en combustibles a las sustancias y corroa a los metales. Las reacciones Qumicas se explicaban en trminos de cambios en las cantidades de esos principios dentro de las sustancias materiales. Siglos XIV a segunda mitad del s. XVII d.C. (Renacimiento)Durante los siglos XIII y XIV, la influencia de Aristteles sobre todas las ramas del pensamiento cientfico empez a debilitarse. La observacin del comportamiento de la materia arroj dudas sobre las explicaciones relativamente simples que Aristteles haba proporcionado; estas dudas se expandieron con rapidez despus de la invencin (en torno al 1450) de la imprenta con tipos mviles. Despus del 1500 aparecieron cada vez ms trabajos acadmicos, as como trabajos dedicados a la tecnologa. El resultado de este saber creciente se hizo ms visible en el siglo XVI.Entre los libros ms influyentes que aparecieron en esa poca haba trabajos prcticos sobre minera y metalurgia. Esos tratados dedicaban mucho espacio a la extraccin de los metales valiosos de las menas, trabajo que requera el uso de una balanza o una escala de laboratorio y el desarrollo de mtodos cuantitativos. Los especialistas de otras reas, especialmente de medicina, empezaron a reconocer la necesidad de una mayor precisin. Los mdicos, algunos de los cuales eran alquimistas, necesitaban saber el peso o volumen exacto de la dosis que administraban. As, empezaron a utilizar mtodos qumicos para preparar medicinas.Esos mtodos fueron promovidos enrgicamente por el excntrico mdico suizo Theophrastus vonHohenheim, conocido como Paracelso. Al crecer en una regin minera, se haba familiarizado con las propiedades de los metales y sus compuestos, que, segn l, eran superiores a los remedios de hierbas utilizados por los mdicos ortodoxos. Paracelso pas la mayor parte de su vida disputando violentamente con los mdicos de la poca, y en el proceso fund la ciencia de la iatroQumica (uso de medicinas Qumicas), precursora de la farmacologa. l y sus seguidores descubrieron muchos compuestos y reacciones Qumicas.Modific la vieja teora del mercurioazufre sobre la composicin de los metales, aadiendo un tercer componente, la sal, la parte terrestre de todas las sustancias. Declar que cuando la madera arde lo que se quema es azufre, lo que se evapora es mercurio y lo que se convierte en cenizas es sal. Al igual que con la teora del azufremercurio, se refera a los principios, no a las sustancias materiales que responden a esos nombres. Su hincapi en el azufre combustible fue importante para el desarrollo posterior de la Qumica. Los iatroqumicos que seguan a Paracelso modificaron parte de sus ideas ms extravagantes y combinaron las frmulas de l con las suyas propias para preparar remedios qumicos. A finales del siglo XVI, Andreas Libavius public su Alchemia, que organizaba el saber de los iatroqumicos y que se considera a menudo como el primer libro de Qumica.En la primera mitad del siglo XVII empezaron a estudiar experimentalmente las reacciones Qumicas, no porque fueran tiles en otras disciplinas, sino ms bien por razones propias. Jan Baptista van Helmont, mdico que dej la prctica de la medicina para dedicarse al estudio de la Qumica, utiliz la balanza en un experimento para demostrar que una cantidad definida de arena poda ser fundida con un exceso de lcali formando vidrio soluble, y cuando este producto era tratado con cido, regeneraba la cantidad original de arena (slice). sos fueron los fundamentos de la ley de conservacin de la masa. Van Helmont demostr tambin que en ciertas reacciones se liberaba un fluido areo. A esta sustancia la llam gas. As se demostr que exista un nuevo tipo de sustancias con propiedades fsicas particulares.En el siglo XVI, los experimentos descubrieron cmo crear un vaco, algo que Aristteles haba declarado imposible. Esto atrajo la atencin sobre la antigua teora de Demcrito, que haba supuesto que los tomos se movan en un vaco. El filsofo y matemtico francs Ren Descartes y sus seguidores desarrollaron una visin mecnica de la materia en la que el tamao, la forma y el movimiento de las partculas diminutas explicaban todos los fenmenos observados. La mayora de los iatroqumicos y filsofos naturales de la poca suponan que los gases no tenan propiedades Qumicas, de aqu que su atencin se centrara en su comportamiento fsico. Comenz a desarrollarse una teora cinticomolecular de los gases. En esta direccin fueron notables los experimentos del qumico fsico britnico Robert Boyle, cuyos estudios sobre el `muelle de aire' (elasticidad) condujeron a lo que se conoce como ley de Boyle, una generalizacin de la relacin inversa entre la presin y el volumen de los gases.Mientras muchos filsofos naturales especulaban sobre las leyes matemticas, los primeros qumicos intentaban utilizar en el laboratorio las teoras Qumicas para explicar las reacciones reales que observaban.Los iatroqumicos ponan especial atencin en el azufre y en las teoras de Paracelso. En la segunda mitad del siglo XVII, el mdico, economista y qumico alemn Johann Joachim Becher construy un sistema qumico en torno a su principio. Becher anot que cuando la materia orgnica arda, pareca que un material voltil sala de la sustancia. Su discpulo Georg Ernst Stahl, hizo de ste el punto central de una teora que sobrevivi en los crculos qumicos durante casi un siglo.Stahl supuso que cuando algo arda, su parte combustible era expulsada al aire. A esta parte la llam flogisto, de la palabra griega flogists, `inflamable'. La oxidacin de los metales era anloga a la combustin y, por tanto, supona prdida de flogisto. Las plantas absorban el flogisto del aire, por lo que eran ricas en l. Al calentar las escorias (u xidos) de los metales con carbn de lea, se les restitua el flogisto. As dedujo que la escoria era un elemento y el metal un compuesto. Esta teora es casi exactamente la contraria al concepto moderno de oxidacinreduccin, pero implica la transformacin cclica de una sustancia (aunque fuera en sentido inverso), y poda explicar algunos de los fenmenos observados. Sin embargo, recientes estudios de la literatura Qumica de la poca muestran que la explicacin del flogisto no tuvo mucha influencia entre los qumicos hasta que fue recuperada por el qumico Antoine Laurent de Lavoisier, en el ltimo cuarto del siglo XVIII. Siglos XVIII a XX d.C.En esa poca, otra observacin hizo avanzar la comprensin de la Qumica. Al estudiarse cada vez ms productos qumicos, los qumicos observaron que ciertas sustancias combinaban ms fcilmente o tenan ms afinidad por un determinado producto qumico que otras. Se prepararon tablas que mostraban las afinidades relativas al mezclar diferentes productos. El uso de estas tablas hizo posible predecir muchas reacciones Qumicas antes de experimentarlas en el laboratorio.Todos esos avances condujeron en el siglo XVIII al descubrimiento de nuevos metales y sus compuestos y reacciones. Comenzaron a desarrollarse mtodos analticos cualitativos y cuantitativos, dando origen a la Qumica analtica. Sin embargo, mientras existiera la creencia de que los gases slo desempeaban un papel fsico, no poda reconocerse todo el alcance de la Qumica. El estudio qumico de los gases, generalmente llamados `aires', empez a adquirir importancia despus de que el fisilogo britnico Stephen Hales desarrollara la cubeta o cuba neumtica para recoger y medir el volumen de los gases liberados en un sistema cerrado; los gases eran recogidos sobre el agua tras ser emitidos al calentar diversos slidos. La cuba neumtica se convirti en un mecanismo valioso para recoger y estudiar gases no contaminados por el aire ordinario. El estudio de los gases avanz rpidamente y se alcanz un nuevo nivel de comprensin de los distintos gases. La interpretacin inicial del papel de los gases en la Qumica se produjo en Edimburgo (Escocia) en 1756, cuando Joseph Black public sus estudios sobre las reacciones de los carbonatos de magnesio y de calcio. Al calentarlos, estos compuestos desprendan un gas y dejaban un residuo de lo que Black llamaba magnesia calcinada o cal (los xidos). Esta ltima reaccionaba con el `lcali' (carbonato de sodio) regenerando las sales originales. As, el gas dixido de carbono, que Black denominaba aire fijo, tomaba parte en las reacciones Qumicas (estaba fijo, segn sus palabras). La idea de que un gas no poda entrar en una reaccin Qumica fue desechada, y pronto empezaron a reconocerse nuevos gases como sustancias distintas.En la dcada siguiente, el fsico britnico Henry Cavendish aisl el `aire inflamable' (hidrgeno). Tambin introdujo el uso del mercurio en lugar del agua como el lquido sobre el que se recogan los gases, posibilitando la recogida de los gases solubles en agua. Esta variante fue utilizada con frecuencia por el qumico y telogo britnico Joseph Priestley, quien recogi y estudi casi una docena de gases nuevos. El descubrimiento ms importante de Priestley fue el oxgeno; pronto se dio cuenta de que este gas era el componente del aire ordinario responsable de la combustin, y que haca posible la respiracin animal. Sin embargo, su razonamiento fue que las sustancias combustibles ardan enrgicamente y los metales formaban escorias con ms facilidad en este gas porque el gas no contena flogisto. Por tanto, el gas aceptaba el flogisto presente en el combustible o el metal ms fcilmente que el aire ordinario que ya contena parte de flogisto. A este nuevo gas lo llam `aire deflogistizado' y defendi su teora hasta el final de sus das.Mientras tanto, la Qumica haba hecho grandes progresos en Francia, particularmente en el laboratorio de Lavoisier. A ste le preocupaba el hecho de que los metales ganaban peso al calentarlos en presencia de aire, cuando se supona que estaban perdiendo flogisto.En 1774, Priestley visit Francia y le coment a Lavoisier su descubrimiento del aire deflogistizado. Lavoisier entendi rpidamente el significado de esta sustancia, y este hecho abri el camino para la revolucin Qumica que estableci la Qumica moderna. Lavoisier lo llam `oxgeno', que significa `generador de cidos'.El nacimiento de la Qumica modernaLavoisier demostr con una serie de experimentos brillantes que el aire contiene un 20% de oxgeno y que la combustin es debida a la combinacin de una sustancia combustible con oxgeno. Al quemar carbono se produce aire fijo (dixido de carbono). Por tanto, el flogisto no existe. La teora del flogisto fue sustituida rpidamente por la visin de que el oxgeno del aire combina con los elementos componentes de la sustancia combustible formando los xidos de dichos elementos. Lavoisier utiliz la balanza de laboratorio para darle apoyo cuantitativo a su trabajo. Defini los elementos como sustancias que no pueden ser descompuestas por medios qumicos, preparando el camino para la aceptacin de la ley de conservacin de la masa. Sustituy el sistema antiguo de nombres qumicos (basado en el uso alqumico) por la nomenclatura Qumica racional utilizada hoy, y ayud a fundar el primer peridico qumico. Despus de morir en la guillotina en 1794, sus colegas continuaron su trabajo estableciendo la Qumica moderna. Un poco ms tarde, el qumico sueco Jns Jakob, barn de Berzelius propuso representar los smbolos de los tomos de los elementos por la letra o par de letras iniciales de sus nombres.A principios del siglo XIX, la precisin de la Qumica analtica haba mejorado tanto que los qumicos podan demostrar que los compuestos simples con los que trabajaban contenan cantidades fijas e invariables de sus elementos constituyentes. Sin embargo, en ciertos casos, con los mismos elementos poda formarse ms de un compuesto. Por esa poca, el qumico y fsico francs Joseph GayLussac demostr que los volmenes de los gases reaccionantes estn siempre en la relacin de nmeros enteros sencillos, es decir, la ley de las proporciones mltiples (que implica la interaccin de partculas discontinuas o tomos). Un paso importante en la explicacin de estos hechos fue, en 1803, la teora atmica Qumica del cientfico ingls John Dalton.Dalton supuso que cuando se mezclaban dos elementos, el compuesto resultante contena un tomo de cada uno. En su sistema, el agua podra tener una frmula correspondiente a HO. Dalton asign arbitrariamente al hidrgeno la masa atmica 1 y luego calcul la masa atmica relativa del oxgeno. Aplicando este principio a otros compuestos, calcul las masas atmicas de los elementos conocidos hasta entonces. Su teora contena muchos errores, pero la idea era correcta y se poda asignar un valor cuantitativo preciso a la masa de cada tomo.Teora molecularLa teora de Dalton no explicaba por completo la ley de las proporciones mltiples y no distingua entre tomos y molculas. As, no poda distinguir entre las posibles frmulas del agua HO y H2O2, ni poda explicar por qu la densidad del vapor de agua, suponiendo que su frmula fuera HO, era menor que la del oxgeno, suponiendo que su frmula fuera O. El fsico italiano Amadeo Avogadro encontr la solucin a esos problemas en 1811. Sugiri que a una temperatura y presin dadas, el nmero de partculas en volmenes iguales de gases era el mismo, e introdujo tambin la distincin entre tomos y molculas. Cuando el oxgeno se combinaba con hidrgeno, un tomo doble de oxgeno (molcula en nuestros trminos) se divida, y luego cada tomo de oxgeno se combinaba con dos tomos de hidrgeno, dando la frmula molecular de H2O para el agua y O2 y H2 para las molculas de oxgeno e hidrgeno, respectivamente.Las ideas de Avogadro fueron ignoradas durante casi 50 aos, tiempo en el que prevaleci una gran confusin en los clculos de los qumicos. En 1860 el qumico italiano Stanislao Cannizzaro volvi a introducir la hiptesis de Avogadro. Por esta poca, a los qumicos les pareca ms conveniente elegir la masa atmica del oxgeno, 16, como valor de referencia con el que relacionar las masas atmicas de los dems elementos, en lugar del valor 1 del hidrgeno, como haba hecho Dalton. La masa molecular del oxgeno, 32, se usaba internacionalmente y se llamaba masa molecular del oxgeno expresada en gramos, o simplemente 1 mol de oxgeno. Los clculos qumicos se normalizaron y empezaron a escribirse frmulas fijas.El antiguo problema de la naturaleza de la afinidad Qumica permaneca sin resolver. Durante un tiempo pareci que la respuesta podra estar en el campo de la electroqumica, descubierto recientemente. El descubrimiento en 1800 de la pila voltaica, la primera pila elctrica real, proporcion a los qumicos una nueva herramienta que llev al descubrimiento de metales como el sodio y el potasio. Berzelius opinaba que las fuerzas electrostticas positivas y negativas podan mantener unidos a los elementos, y al principio sus teoras fueron aceptadas. Cuando los qumicos empezaron a preparar y estudiar nuevos compuestos y reacciones en las que las fuerzas elctricas parecan no estar implicadas (compuestos no polares), el problema de la afinidad fue postergado por un tiempo.Nuevos campos de la QumicaEn el siglo XIX, los avances ms sorprendentes de la Qumica se produjeron en el rea de la Qumica orgnica. La teora estructural, que proporcionaba una imagen de cmo se mantenan los tomos juntos, no era matemtica, sino que empleaba su propia lgica. Ella hizo posible la prediccin y preparacin de muchos compuestos nuevos, incluyendo una gran cantidad de tintes, medicinas y explosivos importantes, que dieron origen a grandes industrias Qumicas, especialmente en Alemania.Al mismo tiempo, aparecieron otras ramas de la Qumica. Estimulados por los avances logrados en fsica, algunos qumicos pensaron en aplicar mtodos matemticos a su ciencia. Los estudios de la velocidad de las reacciones culminaron en el desarrollo de las teoras cinticas, que tenan valor tanto para la industria como para la ciencia pura. El reconocimiento de que el calor era debido al movimiento a escala atmica (un fenmeno cintico), hizo abandonar la idea de que el calor era una sustancia especfica (denominada calrica) e inici el estudio de la termodinmica Qumica. La extensin de los estudios electroqumicos llev al qumico sueco Svante August Arrhenius a postular la disociacin de las sales en disolucin para formar iones portadores de cargas elctricas. Los estudios de los espectros de emisin y absorcin de los elementos y compuestos empezaron a adquirir importancia tanto para los qumicos como para los fsicos, culminando en eldesarrollo del campo de la espectroscopia. Adems, comenz una investigacin fundamental sobre los coloides y la fotoqumica. A finales del siglo XIX, todos los estudios de este tipo fueron englobados en un campo conocido como Qumica fsica.La Qumica inorgnica tambin necesitaba organizarse. Seguan descubrindose nuevos elementos, pero no se haba descubierto ningn mtodo de clasificacin que pudiera poner orden en sus reacciones. El sistema peridico, formulado a raz de que el qumico ruso Dmitri Ivnovich Mendeliev en 1869 y el qumico alemn Julius Lothar Meyer en 1870 elaboraran independientemente la ley peridica, elimin esta confusin e indic dnde se encontraran los nuevos elementos y qu propiedades tendran.A finales del siglo XIX, la Qumica, al igual que la fsica, pareca haber alcanzado un punto en el que no quedaba ningn campo sorprendente por desarrollar. Esta visin cambi completamente con el descubrimiento de la radiactividad. Los mtodos qumicos fueron utilizados para aislar nuevos elementos, como el radio, para separar nuevos tipos de sustancias conocidas como istopos, y para sintetizar y aislar los nuevos elementos transurnicos. Los fsicos consiguieron dibujar la estructura real de los tomos, que resolva el antiguo problema de la afinidad Qumica y explicaba la relacin entre los compuestos polares y no polares.Otro avance importante de la Qumica en el siglo XX fue la fundacin de la bioqumica; empez simplemente con el anlisis de los fluidos corporales, pero pronto se desarrollaron mtodos para determinar la naturaleza y funcin de los componentes celulares ms complejos. Hacia la mitad del siglo, los bioqumicos haban aclarado el cdigo gentico y explicado la funcin de los genes, base de toda la vida. El campo haba crecido tanto que su estudio culmin en una nueva ciencia, la biologa molecular.Investigaciones recientes en QumicaLos recientes avances en biotecnologa y ciencia de los materiales estn ayudando a definir las fronteras de la investigacin Qumica. En biotecnologa se ha podido iniciar un esfuerzo internacional para ordenar en serie el genoma humano gracias a instrumentos analticos sofisticados. Probablemente, el xito de este proyecto cambiar la naturaleza de campos como la biologa molecular y la medicina. La ciencia de los materiales, una combinacin interdisciplinaria de fsica, Qumica e ingeniera, dirige el diseo de los materiales y mecanismos avanzados. Ejemplos recientes son el descubrimiento de ciertos compuestos cermicos que mantienen susuperconductividad a temperaturas por debajo de 196 C, el desarrollo de polmeros emisores de luz y la enorme diversidad de compuestos que surgieron de la investigacin sobre el buckminsterfullereno. Incluso en los campos convencionales de la investigacin Qumica, las nuevas herramientas analticas estn suministrando detalles sin precedentes sobre los productos qumicos y sus reacciones. Por ejemplo, las tcnicas de lser proporcionan informacin instantnea de reacciones Qumicas en fase gaseosa a una escala de femtosegundos (una milsima de una billonsima de segundo).FsicaIntroduccin (Fsica)La Fsica es la ciencia que se ocupa de los componentes fundamentales del Universo, de las fuerzas que stos ejercen entre s y de los efectos de dichas fuerzas. En ocasiones la Fsica moderna incorpora elementos de los tres aspectos mencionados, como ocurre con las leyes de simetra y conservacin de la energa, el momento, la carga o la paridad.La Fsica est estrechamente relacionada con las dems ciencias naturales, y en cierto modo las engloba a todas. La qumica, por ejemplo, se ocupa de la interaccin de los tomos para formar molculas; gran parte de la geologa moderna es en esencia un estudio de la Fsica de la Tierra y se conoce como geoFsica; la astronoma trata de la Fsica de las estrellas y del espacio exterior. Incluso los sistemas vivos estn constituidos por partculas fundamentales que siguen el mismo tipo de leyes que las partculas ms sencillas estudiadas tradicionalmente por los fsicos.El hincapi que la Fsica moderna hace en la interaccin entre partculas (el llamado planteamientomicroscpico) necesita muchas veces como complemento un enfoque macroscpico que se ocupe de elementos o sistemas de partculas ms extensos. Este planteamiento macroscpico es indispensable en la aplicacin de la Fsica a numerosas tecnologas modernas. Por ejemplo, la termodinmica, una rama de la Fsica desarrollada durante el siglo XIX, se ocupa de determinar y cuantificar las propiedades de un sistema en su conjunto, y resulta til en otros campos de la Fsica; tambin constituye la base de las ingenieras qumica y mecnica. Propiedades como la temperatura, la presin o el volumen de un gas carecen de sentido para un tomo o molcula individual: estos conceptos termodinmicos slo pueden aplicarse directamente a un sistema muy grande de estas partculas. No obstante, hay un nexo entre los enfoques microscpico y macroscpico: otra rama de la Fsica, conocida como mecnica estadstica, explica la forma de relacionar desde un punto de vista estadstico la presin y la temperatura con el movimiento de los tomos y las molculas.Hasta principios del siglo XIX, era frecuente que los fsicos fueran al mismo tiempo matemticos, filsofos, qumicos, bilogos o ingenieros. En la actualidad el mbito de la Fsica ha crecido tanto que, con muy pocas excepciones, los fsicos modernos tienen que limitar su atencin a una o dos ramas de su ciencia. Una vez que se descubren y comprenden los aspectos fundamentales de un nuevo campo, ste pasa a ser de inters para los ingenieros y otros cientficos. Por ejemplo, los descubrimientos del siglo XIX en electricidad y magnetismo forman hoy parte del terreno de los ingenieros elctricos y de comunicaciones; las propiedades de la materia descubiertas a comienzos del siglo XX han encontrado aplicacin en la electrnica; los descubrimientos de la Fsica nuclear, muchos de ellos posteriores a 1950, son la base de los trabajos de los ingenieros nucleares. 2700 a.C. a V d.C.Alrededor del 2700 a.C. los chinos fabricaban imanes con magnetita y los griegos conocan las propiedades electrostticas del ambar. Los babilonios, los chinos, los egipcios y los mayas observaron los movimientos de los planetas y lograron predecir los eclipses, pero no consiguieron encontrar un sistema subyacente que explicara el movimiento planetario. Las especulaciones de los filsofos griegos introdujeron dos ideas fundamentales sobre los componentes del Universo, opuestas entre s: el atomismo, propuesto por Leucipo en el siglo IV a.C., y la teora de los elementos, formulada en el siglo anterior. En Alejandra, el centro cientfico de la civilizacin occidental durante el periodo helenstico, hubo notables avances. All, el matemtico e inventor griego Arqumedes dise con palancas y tornillos varios aparatos mecnicos prcticos y midi la densidad de objetos slidos sumergindolos en un lquido. Otros cientficos griegos importantes de aquella poca fueron el astrnomo Aristarco de Samos, que hall la relacin entre lasdistancias de la Tierra al Sol y de la Tierra a la Luna, el matemtico, astrnomo y gegrafo Eratstenes, que midi la circunferencia de la Tierra y elabor un catlogo de estrellas, y el astrnomo Hiparco de Nicea, que descubri la precesin de los equinoccios. En el siglo II d.C. el astrnomo, matemtico y gegrafo Tolomeo propuso el sistema que lleva su nombre para explicar el movimiento planetario. En el sistema de Tolomeo, la Tierra est en el centro y el Sol, la Luna y las estrellas giran en torno a ella en rbitas circulares. Siglos V a XIV d.C.(Edad Media)Durante la edad media se produjeron pocos avances, tanto en la Fsica como en las dems ciencias. Sin embargo, sabios rabes como Averroes o alQarashi (tambin conocido como Ibn alNafis) conservaron muchos tratados cientficos de la Grecia clsica. En general, las grandes universidades medievales fundadas en Europa por las rdenes monsticas a partir del siglo XIII no supusieron un gran avance para la Fsica y otras ciencias experimentales. El filsofo escolstico y telogo italiano santo Toms de Aquino, por ejemplo, trat de demostrar que las obras de Platn y Aristteles eran compatibles con las Sagradas Escrituras. El filsofo escolstico y cientfico britnico Roger Bacon fue uno de los pocos filsofos que defendi el mtodo experimental como autntica base del conocimiento cientfico; tambin investig en astronoma, qumica, ptica y diseo de mquinas. Siglos XIV a segunda mitad del s. XVII d.C.(Renacimiento)La ciencia moderna surgi tras el renacimiento, en el siglo XVI y comienzos del XVII, cuando cuatro personajes sobresalientes lograron interpretar de forma muy satisfactoria el comportamiento de los cuerpos celestes. El astrnomo polaco Nicols Coprnico, propuso un sistema heliocntrico, en el que los planetas giran alrededor del Sol. Sin embargo, Coprnico estaba convencido de que las rbitas planetarias eran circulares, por lo que su sistema requera unas elaboraciones casi tan complicadas como el sistema de Tolomeo al que pretenda sustituir. El astrnomo dans Tycho Brahe adopt un compromiso entre los sistemas de Coprnico y Tolomeo; segn l, los planetas giraban en torno al Sol, mientras que el Sol giraba alrededor de la Tierra. Brahe era un gran observador y realiz una serie de medidas increblemente precisas.Esto proporcion a su ayudante Johannes Kepler los datos para atacar al sistema de Tolomeo y enunciar tres leyes que se ajustaban a una teora heliocntrica modificada. Galileo, que haba odo hablar de la invencin del telescopio, construy uno, y en 1609 pudo confirmar el sistema heliocntrico observando las fases del planeta Venus. Tambin descubri las irregularidades en la superficie de la Luna, los cuatro satlites de Jpiter ms brillantes, las manchas solares y muchas estrellas de la Va Lctea. Los intereses de Galileo no se limitaban a la astronoma: empleando planos inclinados y un reloj de agua perfeccionado ya haba demostrado que los objetos tardan lo mismo en caer, independientemente de su masa (lo que invalidaba los postulados deAristteles), y que la velocidad de los mismos aumenta de forma uniforme con el tiempo de cada. Los descubrimientos astronmicos de Galileo y sus trabajos sobre mecnica precedieron la obra del matemtico y fsico britnico del siglo XVII Isaac Newton, uno de los cientficos ms grandes de la historia. Siglos XVII a XX d.C.A partir de 1665, cuando tena 23 aos, Newton desarroll los principios de la mecnica, formul la ley de la