La historia de la química abarca un período que va desde la antigüedad hasta el presente. Hacia el año 1000 a. C., las civilizaciones utilizaban tecnologías que acabarían formando la base de las distintas ramas de la química. Entre los ejemplos se incluyen el descubrimiento del fuego, la extracción de metales de los minerales , la fabricación de cerámica y esmaltes, la fermentación de la cerveza y el vino , la extracción de sustancias químicas de las plantas para la fabricación de medicinas y perfumes , la conversión de grasas en jabón , la fabricación de vidrio y la fabricación de aleaciones como el bronce .
La protociencia de la química y la alquimia no lograron explicar la naturaleza de la materia y sus transformaciones. Sin embargo, al realizar experimentos y registrar los resultados, los alquimistas sentaron las bases para la química moderna .
La historia de la química está entrelazada con la historia de la termodinámica , especialmente a través del trabajo de Willard Gibbs . [1]
Se podría decir que la primera reacción química utilizada de manera controlada fue el fuego . Sin embargo, durante milenios el fuego fue visto simplemente como una fuerza mística que podía transformar una sustancia en otra (quemar madera o hervir agua) al tiempo que producía calor y luz. El fuego afectó a muchos aspectos de las sociedades primitivas. Estos abarcaban desde las facetas más simples de la vida cotidiana, como cocinar y calentar e iluminar el hábitat, hasta usos más avanzados, como fabricar cerámica y ladrillos y fundir metales para fabricar herramientas. Fue el fuego lo que condujo al descubrimiento del vidrio y la purificación de metales; a esto le siguió el auge de la metalurgia . [2]
En la cueva de Blombos, en Sudáfrica , se encontró un taller de procesamiento de ocre de hace 100.000 años , lo que indica que los primeros humanos tenían un conocimiento básico del procesamiento de minerales. Las pinturas dibujadas por los primeros humanos que consisten en seres humanos primitivos mezclando sangre animal con otros líquidos que se encuentran en las paredes de la cueva también indican un escaso conocimiento de la química. [3] [4]
El metal más antiguo empleado por los humanos parece ser el oro , que se puede encontrar libre o "nativo". Se han encontrado pequeñas cantidades de oro natural en cuevas españolas utilizadas durante el Paleolítico tardío , alrededor del 40.000 a. C. [5] La metalurgia del oro más antigua se conoce de la cultura Varna en Bulgaria, que data de alrededor del 4600 a. C. [6]
También se pueden encontrar de forma nativa plata , cobre , estaño y hierro meteórico , lo que permitió una cantidad limitada de metalistería en las culturas antiguas. [7] Las armas egipcias hechas de hierro meteórico alrededor del 3000 a. C. eran muy apreciadas como "dagas del cielo". [8]
Durante las primeras etapas de la metalurgia, se buscaron métodos de purificación de metales y el oro, conocido en el antiguo Egipto ya en el año 2900 a. C., se convirtió en un metal precioso.
Ciertos metales pueden recuperarse de sus menas simplemente calentando las rocas en el fuego: en particular el estaño , el plomo y (a una temperatura más alta) el cobre. Este proceso se conoce como fundición . La primera evidencia de esta metalurgia extractiva data del VI y V milenio a. C., y se encontró en los sitios arqueológicos de la cultura Vinča , Majdanpek , Jarmovac y Pločnik en Serbia . [9] La fundición de cobre más antigua se encuentra en el sitio de Belovode; [10] estos ejemplos incluyen un hacha de cobre del 5500 a. C. [11] Otros signos de metales tempranos se encuentran del tercer milenio a. C. en lugares como Palmela (Portugal), Los Millares (España) y Stonehenge (Reino Unido). Sin embargo, como sucede a menudo en el estudio de los tiempos prehistóricos , los comienzos últimos no se pueden definir claramente y se están realizando nuevos descubrimientos.
Estos primeros metales eran elementos individuales o combinaciones que se producían de forma natural. Al combinar cobre y estaño, se podía crear un metal superior, una aleación llamada bronce . Este fue un importante cambio tecnológico que dio inicio a la Edad del Bronce alrededor del 3500 a. C. La Edad del Bronce fue un período en el desarrollo cultural humano en el que la metalurgia más avanzada (al menos en su uso sistemático y generalizado) incluía técnicas para fundir cobre y estaño a partir de afloramientos naturales de minerales de cobre, y luego fundir esos minerales para fundir bronce. Estos minerales naturales generalmente incluían arsénico como impureza común. Los minerales de cobre y estaño son raros, como se refleja en la ausencia de bronces de estaño en Asia occidental antes del 3000 a. C.
Después de la Edad del Bronce, la historia de la metalurgia estuvo marcada por la búsqueda de mejores armas por parte de los ejércitos. Los estados de Eurasia prosperaron cuando fabricaron aleaciones superiores, que, a su vez, permitieron fabricar mejores armaduras y mejores armas. [ cita requerida ]
Se atribuye a los chinos el uso por primera vez del cromo para evitar la oxidación. Los arqueólogos modernos descubrieron que las flechas de ballesta con punta de bronce de la tumba de Qin Shi Huang no mostraban signos de corrosión después de más de 2000 años, porque habían sido recubiertas de cromo. [12] [13] El cromo no se utilizó en ningún otro lugar hasta los experimentos del farmacéutico y químico francés Louis Nicolas Vauquelin (1763-1829) a fines de la década de 1790. [14] En varias tumbas del período de los Reinos Combatientes, también se encontró que espadas afiladas y otras armas estaban recubiertas con 10 a 15 micrómetros de óxido de cromo , lo que las dejó en perfectas condiciones hasta el día de hoy. [15]
También se lograron avances importantes en la metalurgia y la alquimia en la antigua India . [16]
La extracción de hierro de su mena para convertirla en un metal trabajable es mucho más difícil que la del cobre o el estaño. Si bien el hierro no es más adecuado para las herramientas que el bronce (hasta que se descubrió el acero ), el mineral de hierro es mucho más abundante y común que el cobre o el estaño y, por lo tanto, se consigue con más frecuencia a nivel local, sin necesidad de comerciar con él.
Parece que los hititas inventaron el trabajo del hierro alrededor del año 1200 a. C., lo que dio inicio a la Edad del Hierro . El secreto de la extracción y el trabajo del hierro fue un factor clave en el éxito de los filisteos . [8] [17]
La forja del hierro fundido , así como la innovación del alto horno y del horno de cubilote, se inventaron en la antigua China, durante el período de los Estados Combatientes , cuando los ejércitos buscaban desarrollar mejores armas y blindajes en las armerías estatales. Muchas otras aplicaciones, prácticas y dispositivos asociados con la metalurgia o relacionados con ella también se establecieron en la antigua China, con las innovaciones de los martillos hidráulicos y los fuelles de pistón de doble efecto . [18] [19]
La Edad del Hierro se refiere al advenimiento de la metalurgia ferrosa ( metalurgia ferrosa ). Los desarrollos históricos en la metalurgia ferrosa se pueden encontrar en una amplia variedad de culturas y civilizaciones pasadas. Estas incluyen los reinos e imperios antiguos y medievales de Oriente Medio y Oriente Próximo, el antiguo Irán , el antiguo Egipto , la antigua Nubia y Anatolia (Turquía), la antigua Nok , Cartago , los griegos y romanos de la antigua Europa, la Europa medieval, la antigua y medieval China, la antigua y medieval India, el antiguo y medieval Japón, entre otros.
Los intentos filosóficos de racionalizar por qué diferentes sustancias tienen diferentes propiedades (color, densidad, olor), existen en diferentes estados (gaseoso, líquido y sólido) y reaccionan de manera diferente cuando se exponen a entornos, por ejemplo, al agua o al fuego o a cambios de temperatura, llevaron a los filósofos antiguos a postular las primeras teorías sobre la naturaleza y la química. La historia de tales teorías filosóficas relacionadas con la química probablemente se remonta a cada una de las civilizaciones antiguas. El aspecto común de todas estas teorías fue el intento de identificar un pequeño número de elementos clásicos primarios que componen todas las diversas sustancias de la naturaleza. Sustancias como el aire, el agua y el suelo/tierra, formas de energía, como el fuego y la luz, y conceptos más abstractos como los pensamientos, el éter y el cielo, eran comunes en las civilizaciones antiguas incluso en ausencia de cualquier fertilización cruzada: por ejemplo, las antiguas filosofías griega, india, maya y china consideraban el aire , el agua , la tierra y el fuego como elementos primarios. [ cita requerida ]
Alrededor del año 420 a. C., Empédocles afirmó que toda la materia está formada por cuatro sustancias elementales : tierra, fuego, aire y agua. La teoría temprana del atomismo se remonta a la antigua Grecia . El atomismo griego se hizo popular gracias al filósofo griego Demócrito , quien declaró que la materia está compuesta de partículas indivisibles e indestructibles llamadas "átomos" alrededor del año 380 a. C. Antes, Leucipo también declaró que los átomos eran la parte más indivisible de la materia. Esto coincidió con una declaración similar del filósofo indio Kanada en sus sutras Vaisheshika alrededor del mismo período de tiempo. [20] Aristóteles se opuso a la existencia de átomos en el año 330 a. C. Un texto griego atribuido al médico Pólibo (ca. 380 a. C.) argumentó que el cuerpo humano está compuesto de cuatro humores . Epicuro (fl. 300 a. C.) postuló un universo de átomos indestructibles en el que el hombre mismo es responsable de lograr una vida equilibrada.
Con el objetivo de explicar la filosofía epicúrea a un público romano, el poeta y filósofo romano Lucrecio [21] escribió De rerum natura (Sobre la naturaleza de las cosas) [22] a mediados del siglo I a. C. En la obra, Lucrecio presenta los principios del atomismo ; la naturaleza de la mente y el alma ; explicaciones de la sensación y el pensamiento; el desarrollo del mundo y sus fenómenos; y explica una variedad de fenómenos celestiales y terrestres .
Los primeros alquimistas de la tradición occidental parecen haber venido del Egipto grecorromano en los primeros siglos d.C. Además del trabajo técnico, muchos de ellos inventaron aparatos químicos. El baño maría , o baño de agua, recibe su nombre de María la Judía . Su trabajo también da las primeras descripciones del tribikos y el kerotakis . [23] Cleopatra la Alquimista describió los hornos y se le atribuye la invención del alambique . [24] Más tarde, Zósimo de Panópolis escribió libros sobre alquimia, a los que llamó cheirokmeta , la palabra griega para "cosas hechas a mano". Estas obras incluyen muchas referencias a recetas y procedimientos, así como descripciones de instrumentos. Gran parte del desarrollo temprano de los métodos de purificación fueron descritos anteriormente por Plinio el Viejo en su Naturalis Historia . Trató de explicar esos métodos, además de hacer observaciones agudas del estado de muchos minerales.
El sistema elemental utilizado en la alquimia medieval fue desarrollado principalmente por el alquimista persa o árabe Jābir ibn Hayyān y tenía sus raíces en los elementos clásicos de la tradición griega. [25] Su sistema consistía en los cuatro elementos aristotélicos de aire, tierra, fuego y agua, además de dos elementos filosóficos: azufre , que caracteriza el principio de combustibilidad, "la piedra que arde"; y mercurio , que caracteriza el principio de las propiedades metálicas. Los primeros alquimistas los consideraban expresiones idealizadas de componentes irreducibles del universo [26] y son de mayor consideración [ aclaración necesaria ] dentro de la alquimia filosófica.
Los tres principios metálicos (el azufre, para la inflamabilidad o combustión; el mercurio, para la volatilidad y estabilidad; y la sal, para la solidez) se convirtieron en los tria prima del alquimista suizo Paracelso . Razonó que la teoría de los cuatro elementos de Aristóteles aparecía en los cuerpos como tres principios. Paracelso consideró que estos principios eran fundamentales y los justificó recurriendo a la descripción de cómo arde la madera en el fuego. El mercurio incluía el principio de cohesión, de modo que cuando se separaba de la madera (en el humo), la madera se deshacía. El humo describía la volatilidad (el principio mercurial), las llamas que daban calor describían la inflamabilidad (el azufre) y la ceniza restante describía la solidez (la sal). [27]
La alquimia se define como la búsqueda hermética de la piedra filosofal , cuyo estudio está impregnado de misticismo simbólico y difiere en gran medida de la ciencia moderna. Los alquimistas se esforzaron por realizar transformaciones a un nivel esotérico (espiritual) y/o exotérico (práctico). [28] Fueron los aspectos protocientíficos y exotéricos de la alquimia los que contribuyeron en gran medida a la evolución de la química en el Egipto grecorromano , en la Edad de Oro islámica y luego en Europa. La alquimia y la química comparten un interés en la composición y las propiedades de la materia, y hasta el siglo XVIII no eran disciplinas separadas. El término química se ha utilizado para describir la mezcla de alquimia y química que existía antes de esa época. [29]
Durante el Renacimiento, la alquimia exotérica siguió siendo popular en forma de iatroquímica paracelsiana , mientras que la alquimia espiritual floreció, realineada con sus raíces platónicas , herméticas y gnósticas . En consecuencia, la búsqueda simbólica de la piedra filosofal no fue reemplazada por los avances científicos y siguió siendo el dominio de científicos y médicos respetados hasta principios del siglo XVIII. Entre los primeros alquimistas modernos que son reconocidos por sus contribuciones científicas se encuentran Jan Baptist van Helmont , Robert Boyle e Isaac Newton .
En el mundo islámico , los musulmanes traducían las obras de los antiguos filósofos griegos y helenísticos al árabe y experimentaban con ideas científicas. [30] Las obras árabes atribuidas al alquimista del siglo VIII Jābir ibn Hayyān introdujeron una clasificación sistemática de sustancias químicas y proporcionaron instrucciones para derivar un compuesto inorgánico ( sal amoniacal o cloruro de amonio ) a partir de sustancias orgánicas (como plantas, sangre y cabello) por medios químicos. [31] Algunas obras árabes jabirianas (por ejemplo, el "Libro de la Misericordia" y el "Libro de los Setenta") se tradujeron más tarde al latín con el nombre latinizado "Geber", [32] y en la Europa del siglo XIII un escritor anónimo, generalmente conocido como pseudo-Geber , comenzó a producir escritos alquímicos y metalúrgicos con este nombre. [33] Filósofos musulmanes influyentes posteriores, como Abū al-Rayhān al-Bīrūnī [34] y Avicena [35] disputaron las teorías de la alquimia, particularmente la teoría de la transmutación de los metales .
Desde el punto de vista actual, la alquimia tenía varios problemas. No existía un esquema sistemático de denominación para los nuevos compuestos y el lenguaje era esotérico y vago hasta el punto de que las terminologías significaban cosas distintas para distintas personas. De hecho, según The Fontana History of Chemistry (Brock, 1992):
El lenguaje de la alquimia pronto desarrolló un vocabulario técnico arcano y secreto diseñado para ocultar información a los no iniciados. En gran medida, este lenguaje es incomprensible para nosotros hoy, aunque es evidente que los lectores de Canon 's Yeoman's Tale de Geoffery Chaucer o los espectadores de El alquimista de Ben Jonson fueron capaces de interpretarlo lo suficiente como para reírse de él. [36]
El relato de Chaucer expuso el lado más fraudulento de la alquimia, especialmente la fabricación de oro falso a partir de sustancias baratas. Menos de un siglo antes, Dante Alighieri también demostró ser consciente de este fraude, lo que le llevó a enviar a todos los alquimistas al Infierno en sus escritos. Poco después, en 1317, el papa Juan XXII de Aviñón ordenó a todos los alquimistas que abandonaran Francia por fabricar dinero falso. En 1403 se aprobó una ley en Inglaterra que castigaba con la muerte la "multiplicación de metales". A pesar de estas y otras medidas aparentemente extremas, la alquimia no murió. La realeza y las clases privilegiadas todavía buscaban descubrir la piedra filosofal y el elixir de la vida por sí mismas. [37]
Tampoco existía un método científico consensuado para hacer que los experimentos fueran reproducibles. De hecho, muchos alquimistas incluían en sus métodos información irrelevante, como el momento de las mareas o las fases de la luna. La naturaleza esotérica y el vocabulario codificado de la alquimia parecían ser más útiles para ocultar el hecho de que no podían estar seguros de casi nada. Ya en el siglo XIV, parecía que se estaban abriendo grietas en la fachada de la alquimia y la gente se volvía escéptica. [ cita requerida ] Claramente, se necesitaba un método científico en el que otras personas pudieran repetir los experimentos y los resultados debían comunicarse en un lenguaje claro que estableciera tanto lo que se sabía como lo que se desconocía.
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Los intentos prácticos de mejorar el refinado de los minerales y su extracción para fundir metales fueron una fuente importante de información para los primeros químicos del siglo XVI, entre ellos Georg Agricola (1494-1555), que publicó su gran obra De re metallica en 1556. Su obra describe los procesos altamente desarrollados y complejos de minería de minerales metálicos, extracción de metales y metalurgia de la época. Su enfoque eliminó el misticismo asociado con el tema, creando la base práctica sobre la que otros podían construir. La obra describe los muchos tipos de hornos utilizados para fundir el mineral y estimuló el interés en los minerales y su composición. No es coincidencia que dé numerosas referencias al autor anterior, Plinio el Viejo y su Naturalis Historia . A Agricola se le ha descrito como el "padre de la metalurgia" y el fundador de la geología como disciplina científica. [39] [40] [41]
En 1605, Sir Francis Bacon publicó The Proficience and Advancement of Learning , que contiene una descripción de lo que más tarde se conocería como el método científico . [42] En 1605, Michal Sedziwój publica el tratado alquímico A New Light of Alchemy , que proponía la existencia del «alimento de la vida» dentro del aire, mucho más tarde reconocido como oxígeno. En 1615, Jean Beguin publicó Tyrocinium Chymicum , un libro de texto temprano de química, y en él dibuja la primera ecuación química . [43] En 1637, René Descartes publica Discours de la méthode , que contiene un esquema del método científico.
La obra Ortus medicinae del químico holandés Jan Baptist van Helmont se publicó póstumamente en 1648; el libro es citado por algunos como una obra de transición importante entre la alquimia y la química, y como una influencia importante en Robert Boyle . El libro contiene los resultados de numerosos experimentos y establece una versión temprana de la ley de conservación de la masa . Trabajando durante la época inmediatamente posterior a Paracelso y la iatroquímica , Jan Baptist van Helmont sugirió que existen sustancias insustanciales distintas del aire y acuñó un nombre para ellas: " gas ", de la palabra griega caos . Además de introducir la palabra "gas" en el vocabulario de los científicos, van Helmont realizó varios experimentos con gases. Jan Baptist van Helmont también es recordado hoy en día en gran medida por sus ideas sobre la generación espontánea y su experimento del árbol de 5 años , además de ser considerado el fundador de la química neumática .
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Se considera que el químico anglo-irlandés Robert Boyle (1627-1691) inició la separación gradual de la química de la alquimia. [44] Aunque era escéptico respecto de los elementos y estaba convencido de la alquimia, Boyle desempeñó un papel clave en la elevación del «arte sagrado» como disciplina independiente, fundamental y filosófica. Es más conocido por la ley de Boyle , que presentó en 1662, aunque no fue el primero en descubrirla. [45] La ley describe la relación inversamente proporcional entre la presión absoluta y el volumen de un gas, si la temperatura se mantiene constante dentro de un sistema cerrado . [46] [47]
Boyle también es reconocido por su histórica publicación The Sceptical Chymist (1661), que abogaba por un enfoque riguroso de la experimentación entre los químicos. En la obra, Boyle cuestionó algunas teorías alquímicas comúnmente aceptadas y abogó por que los practicantes fueran más "filosóficos" y menos centrados en lo comercial. [48] Rechazó los cuatro elementos clásicos de tierra, fuego, aire y agua, y propuso una alternativa mecanicista de átomos y reacciones químicas que pudieran estar sujetas a experimentos rigurosos.
Boyle también intentó purificar sustancias químicas para obtener reacciones reproducibles. Fue un defensor acérrimo de la filosofía mecánica propuesta por René Descartes para explicar y cuantificar las propiedades físicas y las interacciones de las sustancias materiales. Boyle era atomista, pero prefería la palabra corpúsculo a átomos . Comentó que la división más fina de la materia donde se conservan las propiedades es a nivel de corpúsculos.
Boyle repitió el experimento del árbol de van Helmont y fue el primero en utilizar indicadores que cambiaban de color con la acidez. También realizó numerosas investigaciones con una bomba de aire y observó que el mercurio caía a medida que se bombeaba aire hacia afuera. También observó que bombear el aire fuera de un recipiente extinguía una llama y mataba a los animales pequeños colocados en el interior. A través de sus trabajos, Boyle ayudó a sentar las bases de la revolución química dos siglos después. [49]
En 1702, el químico alemán Georg Stahl acuñó el nombre de « flogisto » para la sustancia que se creía que se liberaba en el proceso de combustión. Alrededor de 1735, el químico sueco Georg Brandt analizó un pigmento azul oscuro encontrado en el mineral de cobre. Brandt demostró que el pigmento contenía un nuevo elemento, más tarde llamado cobalto . En 1751, un químico sueco y alumno de Stahl llamado Axel Fredrik Cronstedt , identificó una impureza en el mineral de cobre como un elemento metálico separado, al que llamó níquel . Cronstedt es uno de los fundadores de la mineralogía moderna . [50] Cronstedt también descubrió el mineral scheelita en 1751, al que llamó tungsteno, que significa «piedra pesada» en sueco.
En 1754, el químico escocés Joseph Black aisló el dióxido de carbono , al que llamó «aire fijo». [51] En 1757, Louis Claude Cadet de Gassicourt , mientras investigaba los compuestos de arsénico, crea el líquido fumante de Cadet , que más tarde se descubrió que era óxido de cacodilo , considerado el primer compuesto organometálico sintético. [52] En 1758, Joseph Black formuló el concepto de calor latente para explicar la termoquímica de los cambios de fase . [53] En 1766, el químico inglés Henry Cavendish aisló el hidrógeno , al que llamó «aire inflamable». Cavendish descubrió el hidrógeno como un gas incoloro e inodoro que arde y puede formar una mezcla explosiva con el aire, y publicó un artículo sobre la producción de agua quemando aire inflamable (es decir, hidrógeno) en aire desflogistizado (ahora conocido como oxígeno), este último un componente del aire atmosférico ( teoría del flogisto ).
En 1773, el químico sueco - alemán Carl Wilhelm Scheele descubrió el oxígeno , al que llamó «aire de fuego», pero no publicó inmediatamente su logro. En 1774, el químico inglés Joseph Priestley aisló de forma independiente el oxígeno en su estado gaseoso, llamándolo «aire desflogistizado», y publicó su trabajo antes que Scheele. Durante su vida, la considerable reputación científica de Priestley se basó en su invención del agua carbonatada , sus escritos sobre la electricidad y su descubrimiento de varios «aires» (gases ) , siendo el más famoso lo que Priestley denominó «aire desflogistizado» (oxígeno). Sin embargo, la determinación de Priestley de defender la teoría del flogisto y rechazar lo que se convertiría en la revolución química finalmente lo dejó aislado dentro de la comunidad científica.
En 1781, Carl Wilhelm Scheele descubrió que se podía fabricar un nuevo ácido , el ácido túngstico , a partir de la scheelita de Cronstedt (en aquel momento denominada tungsteno). Scheele y Torbern Bergman sugirieron que podría ser posible obtener un nuevo metal reduciendo este ácido. [58] En 1783, José y Fausto Elhuyar encontraron un ácido hecho a partir de wolframita que era idéntico al ácido túngstico. Más tarde ese año, en España, los hermanos lograron aislar el metal ahora conocido como tungsteno mediante la reducción de este ácido con carbón , y se les atribuye el descubrimiento del elemento. [59] [60]
El físico italiano Alessandro Volta construyó un dispositivo para acumular una gran carga mediante una serie de inducciones y conexiones a tierra. Investigó el descubrimiento de la " electricidad animal " de Luigi Galvani en la década de 1780 y descubrió que la corriente eléctrica se generaba a partir del contacto de metales diferentes y que la pata de rana solo actuaba como detector. Volta demostró en 1794 que cuando dos metales y un paño o cartón empapado en salmuera se colocan en un circuito, producen una corriente eléctrica .
En 1800, Volta apiló varios pares de discos alternados de cobre (o plata ) y zinc ( electrodos ) separados por tela o cartón empapado en salmuera ( electrolito ) para aumentar la conductividad del electrolito. [61] Cuando los contactos superior e inferior se conectaron mediante un cable, una corriente eléctrica fluyó a través de esta pila voltaica y el cable de conexión. Por lo tanto, a Volta se le atribuye la construcción de la primera batería eléctrica para producir electricidad .
Por lo tanto, se considera a Volta como el fundador de la disciplina de la electroquímica . [62] Una celda galvánica (o celda voltaica) es una celda electroquímica que obtiene energía eléctrica a partir de una reacción redox espontánea que tiene lugar dentro de la celda. Generalmente consta de dos metales diferentes conectados por un puente salino o de semiceldas individuales separadas por una membrana porosa.
Antoine-Laurent de Lavoisier demostró con cuidadosas mediciones que la transmutación del agua en tierra no era posible, sino que el sedimento observado al hervir el agua provenía del recipiente. Quemó fósforo y azufre en el aire y demostró que los productos pesaban más que las muestras originales, perdiéndose la masa ganada en el aire. Así, en 1789, estableció la Ley de conservación de la masa , también llamada "Ley de Lavoisier". [63]
Repitiendo los experimentos de Priestley, demostró que el aire está compuesto de dos partes, una de las cuales se combina con metales para formar cal . En Consideraciones generales sobre la naturaleza de los ácidos (1778), demostró que el "aire" responsable de la combustión también era la fuente de la acidez. Al año siguiente, denominó a esta parte oxígeno (del griego "formador de ácido") y a la otra azote (del griego "sin vida"). Debido a su caracterización más completa del oxígeno como elemento, Lavoisier tiene derecho a reclamar el descubrimiento del oxígeno junto con Priestley y Scheele. También descubrió que el "aire inflamable" descubierto por Cavendish -al que denominó hidrógeno (del griego "formador de agua")- se combinaba con el oxígeno para producir un rocío, como había informado Priestley, que parecía ser agua. En Reflexiones sobre la flogistica (1783), Lavoisier demostró que la teoría del flogisto de la combustión era inconsistente. En el siglo XVIII, Mijaíl Lomonosov estableció de manera independiente una tradición de química en Rusia; también rechazó la teoría del flogisto y anticipó la teoría cinética de los gases . Lomonosov consideraba el calor como una forma de movimiento y formuló la idea de la conservación de la materia.
Lavoisier trabajó con Claude Louis Berthollet y otros para idear un sistema de nomenclatura química , que sirve como base del sistema moderno de denominación de compuestos químicos. En sus Métodos de nomenclatura química (1787), Lavoisier inventó el sistema de denominación y clasificación que todavía se utiliza en gran medida en la actualidad, incluyendo nombres como ácido sulfúrico , sulfatos y sulfitos . En 1785, Berthollet fue el primero en introducir el uso de gas cloro como blanqueador comercial. En el mismo año, determinó por primera vez la composición elemental del gas amoníaco . Berthollet produjo por primera vez un líquido blanqueador moderno en 1789 al pasar gas cloro a través de una solución de carbonato de sodio ; el resultado fue una solución débil de hipoclorito de sodio . Otro oxidante y blanqueador de cloro fuerte que investigó y fue el primero en producir, el clorato de potasio (KClO 3 ), se conoce como sal de Berthollet. Berthollet también es conocido por sus contribuciones científicas a la teoría del equilibrio químico a través del mecanismo de reacciones reversibles .
El Traité Élémentaire de Chimie (Tratado elemental de química, 1789) de Lavoisier fue el primer libro de texto químico moderno y presentó una visión unificada de las nuevas teorías de la química, contenía una declaración clara de la Ley de conservación de la masa y negaba la existencia del flogisto. Además, contenía una lista de elementos o sustancias que no se podían descomponer más, entre las que se encontraban el oxígeno, el nitrógeno , el hidrógeno, el fósforo , el mercurio , el cinc y el azufre . Sin embargo, su lista también incluía la luz y el calórico , que él creía que eran sustancias materiales. En la obra, Lavoisier subrayó la base observacional de su química, afirmando: "He intentado... llegar a la verdad vinculando hechos; suprimir tanto como sea posible el uso del razonamiento, que a menudo es un instrumento poco fiable que nos engaña, para seguir tanto como sea posible la antorcha de la observación y el experimento". Sin embargo, creía que la existencia real de los átomos era filosóficamente imposible. Lavoisier demostró que los organismos descomponen y reconstituyen el aire atmosférico de la misma manera que un cuerpo en llamas.
Junto con Pierre-Simon Laplace , Lavoisier utilizó un calorímetro para estimar el calor desprendido por unidad de dióxido de carbono producido. Encontraron la misma proporción para una llama y para los animales, lo que indica que los animales producían energía mediante un tipo de combustión. Lavoisier creía en la teoría de los radicales , que afirmaba que los radicales, que funcionan como un solo grupo en una reacción química, se combinarían con el oxígeno en las reacciones. Creía que todos los ácidos contenían oxígeno. También descubrió que el diamante es una forma cristalina del carbono.
Aunque muchos de los socios de Lavoisier fueron influyentes para el avance de la química como disciplina científica, su esposa Marie-Anne Lavoisier fue posiblemente la más influyente de todos ellos. Tras su matrimonio, la Sra. Lavoisier comenzó a estudiar química, inglés y dibujo para ayudar a su marido en su trabajo, ya sea traduciendo artículos al inglés, un idioma que Lavoisier no conocía, o llevando registros y dibujando los diversos aparatos que Lavoisier utilizaba en sus laboratorios. [64] Gracias a su capacidad para leer y traducir artículos de Gran Bretaña para su marido, Lavoisier tuvo acceso al conocimiento de muchos de los avances químicos que se producían fuera de su laboratorio. Además, la Sra. Lavoisier llevaba registros del trabajo de su marido y se aseguraba de que sus obras se publicaran. La primera señal del verdadero potencial de Marie-Anne como química en el laboratorio de Lavoisier llegó cuando estaba traduciendo un libro del científico Richard Kirwan . Mientras traducía, se topó con múltiples errores y los corrigió. Cuando presentó su traducción, junto con sus notas, a Lavoisier, sus contribuciones llevaron a la refutación por parte de Lavoisier de la teoría del flogisto.
Lavoisier realizó numerosas contribuciones fundamentales a la ciencia de la química. Tras su trabajo, la química adquirió un carácter estrictamente cuantitativo, lo que permitió realizar predicciones fiables. La revolución en la química que provocó fue el resultado de un esfuerzo consciente por encajar todos los experimentos en el marco de una única teoría. Estableció el uso coherente del equilibrio químico, utilizó el oxígeno para derribar la teoría del flogisto y desarrolló un nuevo sistema de nomenclatura química. Otras posibles contribuciones se vieron truncadas cuando Lavoisier fue decapitado durante la Revolución Francesa .
A lo largo del siglo XIX, la química estuvo dividida entre aquellos que seguían la teoría atómica de John Dalton y los energeticistas , como Wilhelm Ostwald y Ernst Mach . [65] Aunque defensores de la teoría atómica como Amedeo Avogadro y Ludwig Boltzmann hicieron grandes avances en la explicación del comportamiento de los gases , esta disputa no se resolvió finalmente hasta la investigación experimental de Jean Perrin de la explicación atómica de Einstein del movimiento browniano en la primera década del siglo XX. [65]
Mucho antes de que se resolviera la disputa, muchos ya habían aplicado el concepto de atomismo a la química. Un ejemplo importante fue la teoría de iones de Svante Arrhenius , que anticipó ideas sobre la subestructura atómica que no se desarrollaron completamente hasta el siglo XX. Michael Faraday fue otro de los primeros trabajadores, cuya principal contribución a la química fue la electroquímica , en la que (entre otras cosas) se demostró que una cierta cantidad de electricidad durante la electrólisis o electrodeposición de metales estaba asociada con ciertas cantidades de elementos químicos y, por lo tanto, cantidades fijas de los elementos entre sí, en proporciones específicas. [ cita requerida ] Estos hallazgos, como los de las proporciones de combinación de Dalton, fueron pistas tempranas sobre la naturaleza atómica de la materia.
En 1803, el meteorólogo y químico inglés John Dalton propuso la ley de Dalton , que describe la relación entre los componentes de una mezcla de gases y la presión relativa que cada uno contribuye a la de la mezcla general. [66] Descubierto en 1801, este concepto también se conoce como ley de presiones parciales de Dalton.
En 1803, Dalton propuso una teoría atómica moderna que establecía que toda la materia estaba compuesta de pequeñas partículas indivisibles llamadas átomos, que los átomos de un elemento determinado poseen características y un peso únicos y que existen tres tipos de átomos: simples (elementos), compuestos (moléculas simples) y complejos (moléculas complejas). En 1808, Dalton publicó por primera vez Nuevo sistema de filosofía química (1808-1827), en el que esbozó la primera descripción científica moderna de la teoría atómica. Esta obra identificó a los elementos químicos como un tipo específico de átomo, rechazando así la teoría de Newton sobre las afinidades químicas.
En cambio, Dalton infirió proporciones de elementos en compuestos tomando proporciones de los pesos de los reactivos, estableciendo que el peso atómico del hidrógeno era idéntico a uno. Siguiendo a Jeremias Benjamin Richter (conocido por introducir el término estequiometría ), propuso que los elementos químicos se combinan en proporciones integrales. Esto se conoce como la ley de proporciones múltiples o ley de Dalton, y Dalton incluyó una descripción clara de la ley en su Nuevo sistema de filosofía química . La ley de proporciones múltiples es una de las leyes básicas de la estequiometría utilizadas para establecer la teoría atómica. A pesar de la importancia de la obra como la primera visión de los átomos como entidades físicamente reales y la introducción de un sistema de símbolos químicos, el Nuevo sistema de filosofía química dedicó casi tanto espacio a la teoría calórica como al atomismo.
El químico francés Joseph Proust propuso la ley de proporciones definidas , que establece que los elementos siempre se combinan en proporciones pequeñas, de números enteros, para formar compuestos, basándose en varios experimentos realizados entre 1797 y 1804 [67] Junto con la ley de proporciones múltiples, la ley de proporciones definidas forma la base de la estequiometría. La ley de proporciones definidas y la composición constante no prueban que existan átomos, pero son difíciles de explicar sin asumir que los compuestos químicos se forman cuando los átomos se combinan en proporciones constantes.
Jöns Jacob Berzelius , químico sueco y discípulo de Dalton, se embarcó en un programa sistemático para intentar realizar mediciones cuantitativas precisas y exactas y garantizar la pureza de los productos químicos. Junto con Lavoisier, Boyle y Dalton, Berzelius es conocido como el padre de la química moderna. En 1828 compiló una tabla de pesos atómicos relativos, donde se utilizó el oxígeno como estándar, con su peso fijado en 100, y que incluía todos los elementos conocidos en ese momento. Este trabajo proporcionó evidencia a favor de la teoría atómica de Dalton: que los compuestos químicos inorgánicos están compuestos de átomos combinados en cantidades de números enteros . Determinó los constituyentes elementales exactos de una gran cantidad de compuestos; los resultados apoyaron firmemente la Ley de proporciones definidas de Proust. Al descubrir que los pesos atómicos no son múltiplos enteros del peso del hidrógeno, Berzelius también refutó la hipótesis de Prout de que los elementos se construyen a partir de átomos de hidrógeno.
Motivado por sus extensas determinaciones de peso atómico y en un deseo de ayudar a sus experimentos, introdujo el sistema clásico de símbolos químicos y notación con su publicación de 1808 Lärbok i Kemien , en la que los elementos se abrevian a una o dos letras para formar un símbolo distinto de su nombre en latín. Este sistema de notación química, en el que los elementos recibían etiquetas escritas simples, como O para el oxígeno o Fe para el hierro, con proporciones denotadas por números, es el mismo sistema básico que se usa hoy. La única diferencia es que en lugar del número subíndice que se usa hoy (por ejemplo, H 2 O), Berzelius usó un superíndice (H 2 O). A Berzelius se le atribuye la identificación de los elementos químicos silicio , selenio , torio y cerio . Los estudiantes que trabajaban en el laboratorio de Berzelius también descubrieron el litio y el vanadio .
Berzelius desarrolló la teoría radical de la combinación química, que sostiene que las reacciones ocurren cuando grupos estables de átomos llamados radicales se intercambian entre moléculas. Creía que las sales son compuestos formados por ácidos y bases , y descubrió que los aniones de los ácidos eran atraídos por un electrodo positivo (el ánodo ), mientras que los cationes de una base eran atraídos por un electrodo negativo (el cátodo ). Berzelius no creía en la teoría del vitalismo , sino en una fuerza reguladora que producía la organización de los tejidos de un organismo. A Berzelius también se le atribuye el origen de los términos químicos " catálisis ", " polímero ", " isómero " y " alótropo ", aunque sus definiciones originales difieren drásticamente del uso moderno. Por ejemplo, acuñó el término "polímero" en 1833 para describir compuestos orgánicos que compartían fórmulas empíricas idénticas pero que diferían en el peso molecular general, describiéndose los compuestos más grandes como "polímeros" de los más pequeños. Según esta definición preestructural, hace tiempo superada, la glucosa (C 6 H 12 O 6 ) era considerada un polímero de formaldehído (CH 2 O).
El químico inglés Humphry Davy fue un pionero en el campo de la electrólisis , utilizando la pila voltaica de Alessandro Volta para dividir compuestos comunes y así aislar una serie de nuevos elementos. Continuó electrolizando sales fundidas y descubrió varios metales nuevos, especialmente sodio y potasio , elementos altamente reactivos conocidos como metales alcalinos . El potasio, el primer metal que se aisló por electrólisis, fue descubierto en 1807 por Davy, quien lo derivó de la potasa cáustica (KOH). Antes del siglo XIX, no se hacía distinción entre potasio y sodio. El sodio fue aislado por primera vez por Davy en el mismo año al pasar una corriente eléctrica a través de hidróxido de sodio fundido (NaOH). Cuando Davy escuchó que Berzelius y Pontin preparaban amalgama de calcio mediante la electrolisis de cal en mercurio, lo intentó él mismo. Davy tuvo éxito y descubrió el calcio en 1808 al electrolizar una mezcla de cal y óxido mercúrico . [68] [69] Trabajó con electrólisis durante toda su vida y, en 1808, aisló magnesio , estroncio [70] y bario . [71]
Davy también experimentó con gases inhalándolos. Este procedimiento experimental casi resultó fatal en varias ocasiones, pero condujo al descubrimiento de los efectos inusuales del óxido nitroso , que llegó a ser conocido como gas de la risa. El cloro fue descubierto en 1774 por el químico sueco Carl Wilhelm Scheele , quien lo llamó "ácido marino desflogistizado" (ver teoría del flogisto ) y pensó erróneamente que contenía oxígeno . Scheele observó varias propiedades del gas cloro, como su efecto blanqueador sobre el tornasol, su efecto mortal sobre los insectos, su color amarillo verdoso y la similitud de su olor con el del agua regia . Sin embargo, Scheele no pudo publicar sus hallazgos en ese momento. En 1810, el cloro recibió su nombre actual por Humphry Davy (derivado de la palabra griega para verde), quien insistió en que el cloro era de hecho un elemento . [72] También demostró que el oxígeno no se podía obtener de la sustancia conocida como ácido oximuriático (solución de HCl). Este descubrimiento anuló la definición de Lavoisier de los ácidos como compuestos de oxígeno. Davy era un conferenciante popular y un experimentador hábil.
El químico francés Joseph Louis Gay-Lussac compartió el interés de Lavoisier y otros en el estudio cuantitativo de las propiedades de los gases. A partir de su primer gran programa de investigación en 1801-1802, concluyó que volúmenes iguales de todos los gases se expanden igualmente con el mismo aumento de temperatura: esta conclusión suele llamarse " ley de Charles ", ya que Gay-Lussac dio crédito a Jacques Charles , quien había llegado a casi la misma conclusión en la década de 1780 pero no la había publicado. [73] La ley fue descubierta independientemente por el filósofo natural británico John Dalton en 1801, aunque la descripción de Dalton fue menos exhaustiva que la de Gay-Lussac. [74] [75] En 1804 Gay-Lussac realizó varias ascensiones audaces de más de 7000 metros sobre el nivel del mar en globos llenos de hidrógeno, una hazaña que no se igualó durante otros 50 años, lo que le permitió investigar otros aspectos de los gases. No sólo recopiló medidas magnéticas a distintas altitudes, sino que también tomó medidas de presión, temperatura y humedad y muestras de aire, que luego analizó químicamente.
En 1808 Gay-Lussac anunció lo que probablemente fue su mayor logro: a partir de sus propios experimentos y de los de otros, dedujo que los gases a temperatura y presión constantes se combinan en proporciones numéricas simples por volumen, y el producto o productos resultantes (si son gases) también guardan una proporción simple por volumen con los volúmenes de los reactivos. En otras palabras, los gases en igualdad de condiciones de temperatura y presión reaccionan entre sí en proporciones de volumen de números enteros pequeños. Esta conclusión posteriormente se conoció como " ley de Gay-Lussac " o " ley de los volúmenes de combinación ". Con su compañero profesor en la École Polytechnique , Louis Jacques Thénard , Gay-Lussac también participó en la investigación electroquímica temprana, investigando los elementos descubiertos por medio de ella. Entre otros logros, descompusieron el ácido bórico utilizando potasio fundido, descubriendo así el elemento boro . Los dos también participaron en debates contemporáneos que modificaron la definición de ácidos de Lavoisier y avanzaron su programa de análisis de compuestos orgánicos para su contenido de oxígeno e hidrógeno.
El elemento yodo fue descubierto por el químico francés Bernard Courtois en 1811. [76] [77] Courtois dio muestras a sus amigos, Charles Bernard Desormes (1777-1862) y Nicolas Clément (1779-1841), para continuar la investigación. También dio algo de la sustancia a Gay-Lussac y al físico André-Marie Ampère . El 6 de diciembre de 1813, Gay-Lussac anunció que la nueva sustancia era un elemento o un compuesto de oxígeno. [78] [79] [80] Fue Gay-Lussac quien sugirió el nombre "yodo" , de la palabra griega ιώδες (iodes) para violeta (debido al color del vapor de yodo). [76] [78] Ampère había dado parte de su muestra a Humphry Davy. Davy realizó algunos experimentos con la sustancia y notó su similitud con el cloro. [81] Davy envió una carta fechada el 10 de diciembre a la Royal Society de Londres indicando que había identificado un nuevo elemento. [82] Surgieron discusiones entre Davy y Gay-Lussac sobre quién identificó primero el yodo, pero ambos científicos reconocieron a Courtois como el primero en aislar el elemento.
En 1815, Humphry Davy inventó la lámpara Davy , que permitía a los mineros de las minas de carbón trabajar de forma segura en presencia de gases inflamables. Se habían producido muchas explosiones mineras causadas por grisú o metano, que a menudo se encendían con las llamas abiertas de las lámparas que utilizaban entonces los mineros. Davy ideó utilizar una gasa de hierro para encerrar la llama de una lámpara y así evitar que el metano que ardía en su interior pasara a la atmósfera general. Aunque la idea de la lámpara de seguridad ya había sido demostrada por William Reid Clanny y por el entonces desconocido (pero más tarde muy famoso) ingeniero George Stephenson , el uso de la gasa de alambre por parte de Davy para evitar la propagación de la llama fue utilizado por muchos otros inventores en sus diseños posteriores. Hubo cierta discusión sobre si Davy había descubierto los principios detrás de su lámpara sin la ayuda del trabajo de Smithson Tennant , pero en general se acordó que el trabajo de ambos hombres había sido independiente. Davy se negó a patentar la lámpara, y su invención le valió la medalla Rumford en 1816. [83]
Después de que Dalton publicara su teoría atómica en 1808, la mayoría de los químicos adoptaron algunas de sus ideas centrales. Sin embargo, durante medio siglo persistió la incertidumbre sobre cómo debía configurarse y aplicarse la teoría atómica a situaciones concretas; los químicos de diferentes países desarrollaron varios sistemas atomísticos diferentes e incompatibles. En 1811, el físico italiano Amedeo Avogadro (1776-1856) publicó un artículo que sugería una salida a esta difícil situación: planteó la hipótesis de que volúmenes iguales de gases a la misma temperatura y presión contienen el mismo número de moléculas, de lo que se deducía que los pesos moleculares relativos de dos gases cualesquiera son iguales a la relación de las densidades de los dos gases en las mismas condiciones de temperatura y presión. Avogadro también razonó que los gases simples no estaban formados por átomos solitarios, sino que eran moléculas compuestas de dos o más átomos. De esta manera, Avogadro pudo superar la dificultad que Dalton y otros habían encontrado cuando Gay-Lussac informó que por encima de los 100 °C el volumen de vapor de agua era el doble del volumen del oxígeno utilizado para formarlo. Según Avogadro, la molécula de oxígeno se había dividido en dos átomos durante la formación de vapor de agua.
La hipótesis de Avogadro fue ignorada durante medio siglo después de su primera publicación. Se han citado muchas razones para ello, incluidos algunos problemas teóricos, como el "dualismo" de Jöns Jacob Berzelius, que afirmaba que los compuestos se mantienen unidos por la atracción de cargas eléctricas positivas y negativas, lo que hace inconcebible que pueda existir una molécula compuesta por dos átomos eléctricamente similares (como el oxígeno). Una barrera adicional para su aceptación fue el hecho de que muchos químicos se mostraban reacios a adoptar métodos físicos (como las determinaciones de la densidad del vapor) para resolver sus problemas. Sin embargo, a mediados de siglo, algunas figuras destacadas habían comenzado a considerar intolerable la multiplicidad caótica de sistemas en competencia de pesos atómicos y fórmulas moleculares. Además, comenzaron a acumularse pruebas puramente químicas que sugerían que el enfoque de Avogadro podría ser correcto después de todo. Durante la década de 1850, químicos más jóvenes, como Alexander Williamson en Inglaterra, Charles Gerhardt y Charles-Adolphe Wurtz en Francia, y August Kekulé en Alemania, comenzaron a abogar por la reforma de la química teórica para hacerla coherente con la teoría de Avogadr.
En 1825, Friedrich Wöhler y Justus von Liebig realizaron el primer descubrimiento y explicación confirmados de los isómeros , nombrados anteriormente por Berzelius. Trabajando con ácido cianico y ácido fulmínico , dedujeron correctamente que la isomería era causada por diferentes disposiciones de átomos dentro de una estructura molecular. En 1827, William Prout clasificó las biomoléculas en sus agrupaciones modernas: carbohidratos , proteínas y lípidos . Después de que se resolvió la naturaleza de la combustión, comenzó una disputa sobre el vitalismo y la distinción esencial entre sustancias orgánicas e inorgánicas. La cuestión del vitalismo se revolucionó en 1828 cuando Friedrich Wöhler sintetizó urea , estableciendo así que los compuestos orgánicos podían producirse a partir de materiales de partida inorgánicos y refutando la teoría del vitalismo.
Esto abrió un nuevo campo de investigación en química y, a finales del siglo XIX, los científicos pudieron sintetizar cientos de compuestos orgánicos. Los más importantes entre ellos son el malva , el magenta y otros colorantes sintéticos , así como el fármaco ampliamente utilizado aspirina . El descubrimiento de la síntesis artificial de urea contribuyó en gran medida a la teoría del isomería , ya que las fórmulas químicas empíricas de la urea y el cianato de amonio son idénticas (véase Síntesis de Wöhler ). En 1832, Friedrich Wöhler y Justus von Liebig descubrieron y explicaron los grupos funcionales y los radicales en relación con la química orgánica, así como sintetizaron por primera vez el benzaldehído . Liebig, un químico alemán, hizo importantes contribuciones a la química agrícola y biológica , y trabajó en la organización de la química orgánica , siendo considerado uno de sus principales fundadores. [86] Liebig también es considerado el "padre de la industria de los fertilizantes " por su descubrimiento del nitrógeno como un nutriente esencial para las plantas y su formulación de la Ley del Mínimo que describe el efecto de los nutrientes individuales en los cultivos.
Vladimir Markovnikov, nacido en 1838, fue un científico ruso que realizó la mayor parte de su trabajo en la Universidad de Kazán en Rusia. [87] En Kazán, estudió con Butlerov en un laboratorio mejor conocido como "la cuna de la química orgánica rusa", después de lo cual también estudió química en Alemania durante dos años. [87] Las contribuciones de Markovnikov a los campos de la química orgánica incluyeron el desarrollo de la regla de Markovnikov homónima , que establece que los haluros de hidrógeno cuando se agregan a alquenos y alquinos se agregarían de una manera que los hidrógenos se unirían al lado del carbono con la mayor cantidad de sustituyentes de hidrógeno. [88] Los productos en química que siguen esta regla se consideran productos de Markovnikov y los que no lo hacen se consideran productos anti-Markovnikov. [88] La regla de Markovnikov fue un ejemplo temprano de regioselectividad en la síntesis orgánica y la comprensión moderna de la misma continúa siendo importante en la industria química, donde se han desarrollado catalizadores para producir productos anti-Markovnikov. [88] Un aspecto significativo de la regla de Markovnikov es que explica la reactividad basándose en la disposición estructural de los átomos, ya que muchos químicos de la época no consideraban que las fórmulas químicas representaran la disposición física de los átomos (véase también teoría de radicales ). [89]
En 1840, Germain Hess propuso la ley de Hess , una declaración temprana de la ley de conservación de la energía , que establece que los cambios de energía en un proceso químico dependen solo de los estados de los materiales de partida y del producto y no de la ruta específica tomada entre los dos estados. En 1847, Hermann Kolbe obtuvo ácido acético a partir de fuentes completamente inorgánicas, refutando aún más el vitalismo. En 1848, William Thomson, primer barón Kelvin (comúnmente conocido como Lord Kelvin) estableció el concepto de cero absoluto , la temperatura a la que cesa todo movimiento molecular. En 1849, Louis Pasteur descubrió que la forma racémica del ácido tartárico es una mezcla de las formas levógira y dextrógira, aclarando así la naturaleza de la rotación óptica y avanzando en el campo de la estereoquímica . [90] En 1852, August Beer propuso la ley de Beer , que explica la relación entre la composición de una mezcla y la cantidad de luz que absorberá. Basado en parte en trabajos anteriores de Pierre Bouguer y Johann Heinrich Lambert , estableció la técnica analítica conocida como espectrofotometría . [91] En 1855, Benjamin Silliman, Jr. fue pionero en los métodos de craqueo de petróleo , lo que hizo posible toda la industria petroquímica moderna . [92]
La hipótesis de Avogadro comenzó a ganar un amplio atractivo entre los químicos sólo después de que su compatriota y colega científico Stanislao Cannizzaro demostrara su valor en 1858, dos años después de la muerte de Avogadro. Los intereses químicos de Cannizzaro se habían centrado originalmente en productos naturales y en reacciones de compuestos aromáticos ; en 1853 descubrió que cuando el benzaldehído se trata con una base concentrada, se producen tanto ácido benzoico como alcohol bencílico , un fenómeno conocido hoy como la reacción de Cannizzaro . En su panfleto de 1858, Cannizzaro demostró que un retorno completo a las ideas de Avogadro podría utilizarse para construir una estructura teórica consistente y robusta que se ajustara a casi toda la evidencia empírica disponible. Por ejemplo, señaló la evidencia que sugería que no todos los gases elementales constan de dos átomos por molécula: algunos eran monoatómicos , la mayoría eran diatómicos y algunos eran incluso más complejos.
Otro punto de discordia habían sido las fórmulas de los compuestos de los metales alcalinos (como el sodio ) y los metales alcalinotérreos (como el calcio ), que, en vista de sus sorprendentes analogías químicas, la mayoría de los químicos habían querido asignar al mismo tipo de fórmula. Cannizzaro argumentó que colocar estos metales en diferentes categorías tenía el resultado beneficioso de eliminar ciertas anomalías al usar sus propiedades físicas para deducir pesos atómicos. Desafortunadamente, el panfleto de Cannizzaro se publicó inicialmente solo en italiano y tuvo poco impacto inmediato. El verdadero avance llegó con un congreso químico internacional celebrado en la ciudad alemana de Karlsruhe en septiembre de 1860, en el que estuvieron presentes la mayoría de los principales químicos europeos. El Congreso de Karlsruhe había sido organizado por Kekulé, Wurtz y algunos otros que compartían el sentido de Cannizzaro sobre la dirección que debía tomar la química. Hablando en francés (como todos los allí presentes), la elocuencia y la lógica de Cannizzaro dejaron una impresión indeleble en el cuerpo reunido. Además, su amigo Angelo Pavesi distribuyó el panfleto de Cannizzaro a los asistentes al final de la reunión; más de un químico escribió más tarde sobre la impresión decisiva que causó la lectura de este documento. Por ejemplo, Lothar Meyer escribió más tarde que al leer el documento de Cannizzaro, "parecía que se me caían las escamas de los ojos". [93] De este modo, Cannizzaro desempeñó un papel crucial en la victoria en la batalla por la reforma. El sistema que él defendía, y que poco después adoptaron la mayoría de los químicos más destacados, es sustancialmente idéntico al que todavía se utiliza hoy en día.
En 1856, Sir William Henry Perkin , de 18 años, desafiado por su profesor, August Wilhelm von Hofmann , intentó sintetizar quinina , el fármaco contra la malaria , a partir de alquitrán de hulla . En un intento, Perkin oxidó la anilina utilizando dicromato de potasio , cuyas impurezas de toluidina reaccionaron con la anilina y produjeron un sólido negro, lo que sugiere una síntesis orgánica "fallida". Al limpiar el matraz con alcohol, Perkin notó partes púrpuras de la solución: un subproducto del intento fue el primer tinte sintético, conocido como malva o malva de Perkin. El descubrimiento de Perkin es la base de la industria de síntesis de tintes, una de las primeras industrias químicas exitosas.
La contribución más importante del químico alemán August Kekulé von Stradonitz fue su teoría estructural de la composición orgánica, esbozada en dos artículos publicados en 1857 y 1858 y tratada con gran detalle en las páginas de su extraordinariamente popular Lehrbuch der organischen Chemie ("Libro de texto de química orgánica"), cuya primera entrega apareció en 1859 y se amplió gradualmente a cuatro volúmenes. Kekulé sostenía que los átomos de carbono tetravalentes (es decir, el carbono que forma exactamente cuatro enlaces químicos ) podían unirse para formar lo que él llamaba una "cadena de carbono" o un "esqueleto de carbono", al que podían unirse otros átomos con otras valencias (como hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y cloro). Estaba convencido de que era posible para el químico especificar esta arquitectura molecular detallada al menos para los compuestos orgánicos más simples conocidos en su época. Kekulé no fue el único químico que hizo tales afirmaciones en esta época. El químico escocés Archibald Scott Couper publicó una teoría sustancialmente similar casi simultáneamente, y el químico ruso Aleksandr Butlerov hizo mucho por aclarar y ampliar la teoría de la estructura. Sin embargo, fueron predominantemente las ideas de Kekulé las que prevalecieron en la comunidad química.
El químico y físico británico William Crookes es conocido por sus estudios sobre rayos catódicos , fundamentales en el desarrollo de la física atómica . Sus investigaciones sobre las descargas eléctricas a través de un gas enrarecido le llevaron a observar el espacio oscuro alrededor del cátodo, hoy llamado espacio oscuro de Crookes. Demostró que los rayos catódicos viajan en línea recta y producen fosforescencia y calor cuando inciden sobre ciertos materiales. Pionero de los tubos de vacío, Crookes inventó el tubo de Crookes –un tubo de descarga experimental temprano, con vacío parcial con el que estudió el comportamiento de los rayos catódicos. Con la introducción del análisis espectral por Robert Bunsen y Gustav Kirchhoff (1859-1860), Crookes aplicó la nueva técnica al estudio de los compuestos de selenio . Bunsen y Kirchhoff habían utilizado previamente la espectroscopia como medio de análisis químico para descubrir el cesio y el rubidio . En 1861, Crookes utilizó este proceso para descubrir el talio en algunos depósitos seleníferos. Continuó trabajando en ese nuevo elemento, lo aisló, estudió sus propiedades y en 1873 determinó su peso atómico. Durante sus estudios sobre el talio, Crookes descubrió el principio del radiómetro de Crookes , un dispositivo que convierte la radiación luminosa en movimiento rotatorio. El principio de este radiómetro ha encontrado numerosas aplicaciones en el desarrollo de instrumentos de medición sensibles.
En 1862, Alexander Parkes exhibió la parkesina , uno de los primeros polímeros sintéticos , en la Exposición Internacional de Londres. Este descubrimiento sentó las bases de la industria moderna del plástico . En 1864, Cato Maximilian Guldberg y Peter Waage , basándose en las ideas de Claude Louis Berthollet, propusieron la ley de acción de masas . En 1865, Johann Josef Loschmidt determinó el número de moléculas en un mol , más tarde llamado número de Avogadro .
En 1865, August Kekulé, basándose parcialmente en el trabajo de Loschmidt y otros, estableció la estructura del benceno como un anillo de seis carbonos con enlaces simples y dobles alternados . La novedosa propuesta de Kekulé para la estructura cíclica del benceno fue muy discutida, pero nunca fue reemplazada por una teoría superior. Esta teoría proporcionó la base científica para la espectacular expansión de la industria química alemana en el último tercio del siglo XIX. Kekulé también es famoso por haber aclarado la naturaleza de los compuestos aromáticos, que son compuestos basados en la molécula de benceno. En 1865, Adolf von Baeyer comenzó a trabajar en el tinte índigo , un hito en la química orgánica industrial moderna que revolucionó la industria de los tintes.
El químico e inventor sueco Alfred Nobel descubrió que cuando la nitroglicerina se incorporaba a una sustancia inerte absorbente como la kieselguhr ( tierra de diatomeas ) se volvía más segura y cómoda de manejar, y patentó esta mezcla en 1867 como dinamita . Nobel más tarde combinó la nitroglicerina con varios compuestos de nitrocelulosa, similares al colodión , pero se decidió por una receta más eficiente combinando otro explosivo de nitrato, y obtuvo una sustancia transparente y gelatinosa, que era un explosivo más poderoso que la dinamita. La gelignita , o gelatina explosiva, como se la denominó, fue patentada en 1876; y fue seguida por una serie de combinaciones similares, modificadas por la adición de nitrato de potasio y varias otras sustancias.
Un avance importante en la comprensión de la lista de elementos químicos conocidos (así como en la comprensión de la estructura interna de los átomos) fue el desarrollo de la primera tabla periódica moderna, o la clasificación periódica de los elementos, por parte de Dmitri Mendeleev . Mendeleev, un químico ruso, sintió que había algún tipo de orden en los elementos y pasó más de trece años de su vida recopilando datos y ensamblando el concepto, inicialmente con la idea de resolver parte del desorden en el campo para sus estudiantes. Mendeleev descubrió que, cuando todos los elementos químicos conocidos se organizaban en orden creciente de peso atómico, la tabla resultante mostraba un patrón recurrente, o periodicidad, de propiedades dentro de los grupos de elementos. La ley de Mendeleev le permitió construir una tabla periódica sistemática de todos los 66 elementos conocidos entonces en función de la masa atómica, que publicó en Principles of Chemistry en 1869. Su primera tabla periódica se compiló sobre la base de organizar los elementos en orden ascendente de peso atómico y agruparlos por similitud de propiedades.
Mendeleev tenía tanta fe en la validez de la ley periódica que propuso cambios en los valores generalmente aceptados para el peso atómico de unos pocos elementos y, en su versión de la tabla periódica de 1871, predijo las ubicaciones dentro de la tabla de elementos desconocidos junto con sus propiedades. Incluso predijo las posibles propiedades de tres elementos aún por descubrir, a los que llamó ekaboron (Eb), ekaaluminium (Ea) y ekasilicon (Es) , que resultaron ser buenos predictores de las propiedades del escandio , el galio y el germanio , respectivamente, que llenan cada uno el lugar en la tabla periódica asignado por Mendeleev.
En un principio, el sistema periódico no despertó interés entre los químicos. Sin embargo, con el descubrimiento de los elementos predichos, en particular el galio en 1875, el escandio en 1879 y el germanio en 1886, comenzó a ganar una amplia aceptación. La posterior comprobación de muchas de sus predicciones durante su vida trajo fama a Mendeléyev como el fundador de la ley periódica. Esta organización superó los intentos anteriores de clasificación de Alexandre-Émile Béguyer de Chancourtois , quien publicó la hélice telúrica, una versión tridimensional temprana de la tabla periódica de los elementos en 1862, John Newlands , quien propuso la ley de octavas (un precursor de la ley periódica) en 1864, y Lothar Meyer , quien desarrolló una versión temprana de la tabla periódica con 28 elementos organizados por valencia en 1864. Sin embargo, la tabla de Mendeléyev no incluía ninguno de los gases nobles , que aún no habían sido descubiertos. Poco a poco, la ley y la tabla periódicas se convirtieron en el marco de gran parte de la teoría química. Cuando Mendeléyev murió en 1907, ya gozaba de reconocimiento internacional y había recibido distinciones y premios de muchos países.
En 1873, Jacobus Henricus van 't Hoff y Joseph Achille Le Bel , trabajando independientemente, desarrollaron un modelo de enlace químico que explicaba los experimentos de quiralidad de Pasteur y proporcionaba una causa física para la actividad óptica en compuestos quirales. [94] La publicación de van 't Hoff, llamada Voorstel tot Uitbreiding der Tegenwoordige in de Scheikunde gebruikte Structuurformules in de Ruimte , etc. (Propuesta para el desarrollo de fórmulas estructurales químicas tridimensionales) y que consta de doce páginas de texto y una página de diagramas, dio el impulso al desarrollo de la estereoquímica . El concepto de "átomo de carbono asimétrico", tratado en esta publicación, proporcionó una explicación de la aparición de numerosos isómeros, inexplicables por medio de las fórmulas estructurales entonces vigentes. Al mismo tiempo, señaló la existencia de una relación entre la actividad óptica y la presencia de un átomo de carbono asimétrico.
El trabajo del físico matemático estadounidense J. Willard Gibbs sobre las aplicaciones de la termodinámica fue fundamental para transformar la química física en una ciencia deductiva rigurosa. Durante los años de 1876 a 1878, Gibbs trabajó en los principios de la termodinámica, aplicándolos a los complejos procesos involucrados en las reacciones químicas. Descubrió el concepto de potencial químico , o el "combustible" que hace que las reacciones químicas funcionen. En 1876 publicó su contribución más famosa, " Sobre el equilibrio de sustancias heterogéneas ", una compilación de su trabajo sobre termodinámica y química física que expuso el concepto de energía libre para explicar la base física de los equilibrios químicos. [95] En estos ensayos se encontraban los comienzos de las teorías de Gibbs sobre las fases de la materia: consideraba cada estado de la materia una fase y cada sustancia un componente. Gibbs tomó todas las variables involucradas en una reacción química (temperatura, presión, energía, volumen y entropía) y las incluyó en una ecuación simple conocida como la regla de fases de Gibbs .
Dentro de este trabajo se encuentra quizás su aportación más destacada, la introducción del concepto de energía libre, hoy universalmente llamada energía libre de Gibbs en su honor. La energía libre de Gibbs relaciona la tendencia de un sistema físico o químico a disminuir simultáneamente su energía y aumentar su desorden, o entropía , en un proceso natural espontáneo. El enfoque de Gibbs permite a un investigador calcular el cambio de energía libre en el proceso, como en una reacción química, y qué tan rápido sucederá. Dado que prácticamente todos los procesos químicos y muchos físicos implican tales cambios, su trabajo ha impactado significativamente tanto los aspectos teóricos como los experienciales de estas ciencias. En 1877, Ludwig Boltzmann estableció derivaciones estadísticas de muchos conceptos físicos y químicos importantes, incluyendo la entropía , y las distribuciones de velocidades moleculares en la fase gaseosa. [96] Junto con Boltzmann y James Clerk Maxwell , Gibbs creó una nueva rama de la física teórica llamada mecánica estadística (un término que él acuñó), explicando las leyes de la termodinámica como consecuencias de las propiedades estadísticas de grandes conjuntos de partículas. Gibbs también trabajó en la aplicación de las ecuaciones de Maxwell a problemas de óptica física. La derivación de Gibbs de las leyes fenomenológicas de la termodinámica a partir de las propiedades estadísticas de sistemas con muchas partículas fue presentada en su muy influyente libro de texto Principios elementales de mecánica estadística , publicado en 1902, un año antes de su muerte. En ese trabajo, Gibbs revisó la relación entre las leyes de la termodinámica y la teoría estadística de los movimientos moleculares. El sobreimpulso de la función original por sumas parciales de series de Fourier en puntos de discontinuidad se conoce como el fenómeno de Gibbs .
La invención del proceso continuo de licuefacción de gases en grandes cantidades por parte del ingeniero alemán Carl von Linde sentó las bases para la tecnología moderna de refrigeración y proporcionó impulso y medios para realizar investigaciones científicas a bajas temperaturas y vacíos muy altos. Desarrolló un refrigerador de dimetiléter (1874) y un refrigerador de amoníaco (1876). Aunque se habían desarrollado otras unidades de refrigeración antes, las de Linde fueron las primeras en diseñarse con el objetivo de realizar cálculos precisos de eficiencia. En 1895 instaló una planta a gran escala para la producción de aire líquido. Seis años más tarde desarrolló un método para separar el oxígeno líquido puro del aire líquido que dio lugar a una conversión industrial generalizada a procesos que utilizaban oxígeno (por ejemplo, en la fabricación de acero ). Fundó Linde plc, la empresa de gases industriales más grande del mundo por participación de mercado e ingresos.
En 1883, Svante Arrhenius desarrolló una teoría iónica para explicar la conductividad en los electrolitos . [98] En 1884, Jacobus Henricus van 't Hoff publicó Études de Dynamique chimique (Estudios de química dinámica), un estudio seminal sobre cinética química . [99] En este trabajo, van 't Hoff entró por primera vez en el campo de la química física. De gran importancia fue su desarrollo de la relación termodinámica general entre el calor de conversión y el desplazamiento del equilibrio como resultado de la variación de temperatura. A volumen constante, el equilibrio en un sistema tenderá a cambiar en una dirección tal que se oponga al cambio de temperatura que se impone sobre el sistema. Por lo tanto, reducir la temperatura da como resultado el desarrollo de calor, mientras que aumentar la temperatura da como resultado la absorción de calor. Este principio de equilibrio móvil fue posteriormente (1885) presentado en una forma general por Henry Louis Le Chatelier , quien extendió el principio para incluir la compensación, por cambio de volumen, para los cambios de presión impuestos. El principio de van 't Hoff-Le Chatelier, o simplemente principio de Le Chatelier , explica la respuesta de los equilibrios químicos dinámicos a las tensiones externas. [100]
En 1884, Hermann Emil Fischer propuso la estructura de la purina , una estructura clave en muchas biomoléculas, que luego sintetizó en 1898. También comenzó a trabajar en la química de la glucosa y azúcares relacionados . [101] En 1885, Eugen Goldstein nombró al rayo catódico , que más tarde se descubrió que estaba compuesto de electrones, y al rayo canal , que más tarde se descubrió que eran iones de hidrógeno positivos que habían sido despojados de sus electrones en un tubo de rayos catódicos ; estos más tarde se llamarían protones . [102] El año 1885 también vio la publicación de L'Équilibre chimique dans les Systèmes gazeux ou dissous à I'État dilué (Equilibrios químicos en sistemas gaseosos o soluciones fuertemente diluidas) de JH van 't Hoff , que trataba esta teoría de soluciones diluidas. En este trabajo demostró que la « presión osmótica » en soluciones suficientemente diluidas es proporcional a la concentración y a la temperatura absoluta, de modo que esta presión puede representarse mediante una fórmula que sólo se desvía de la fórmula de la presión de los gases en un coeficiente i . También determinó el valor de i mediante diversos métodos, por ejemplo mediante la presión de vapor y los resultados de François-Marie Raoult sobre la disminución del punto de congelación. De este modo, van 't Hoff pudo demostrar que las leyes de la termodinámica no sólo son válidas para los gases, sino también para las soluciones diluidas. Sus leyes de presión, a las que se dio validez general gracias a la teoría de la disociación electrolítica de Arrhenius (1884-1887), el primer extranjero que vino a trabajar con él en Ámsterdam (1888), se consideran las más completas e importantes en el ámbito de las ciencias naturales. En 1893, Alfred Werner descubrió la estructura octaédrica de los complejos de cobalto, estableciendo así el campo de la química de coordinación . [103]
Los descubrimientos más célebres del químico escocés William Ramsay se realizaron en el campo de la química inorgánica. Ramsay se sintió intrigado por el descubrimiento que en 1892 hizo el físico británico John Strutt, tercer barón Rayleigh, de que el peso atómico del nitrógeno presente en los compuestos químicos era menor que el del nitrógeno presente en la atmósfera. Ramsay atribuyó esta discrepancia a un gas ligero incluido en los compuestos químicos del nitrógeno, mientras que Ramsay sospechó que había un gas pesado hasta entonces desconocido en el nitrógeno atmosférico. Utilizando dos métodos diferentes para eliminar todos los gases conocidos del aire, Ramsay y Lord Rayleigh pudieron anunciar en 1894 que habían encontrado un elemento gaseoso monoatómico, químicamente inerte, que constituía casi el 1 por ciento de la atmósfera; lo llamaron argón .
Al año siguiente, Ramsay liberó otro gas inerte de un mineral llamado cleveíta ; resultó ser helio , previamente conocido sólo en el espectro solar. En su libro Los gases de la atmósfera (1896), Ramsay demostró que las posiciones del helio y el argón en la tabla periódica de los elementos indicaban que podrían existir al menos tres gases nobles más. En 1898, Ramsay y el químico británico Morris W. Travers aislaron estos elementos —llamados neón , criptón y xenón— del aire y los llevaron a un estado líquido a baja temperatura y alta presión. Sir William Ramsay trabajó con Frederick Soddy para demostrar, en 1903, que las partículas alfa (núcleos de helio) se producían continuamente durante la desintegración radiactiva de una muestra de radio. Ramsay recibió el Premio Nobel de Química de 1904 en reconocimiento a "sus servicios en el descubrimiento de los elementos gaseosos inertes en el aire y su determinación de su lugar en el sistema periódico".
En 1897, J. J. Thomson descubrió el electrón utilizando el tubo de rayos catódicos . En 1898, Wilhelm Wien demostró que los rayos canal (corrientes de iones positivos) pueden ser desviados por campos magnéticos y que la cantidad de desviación es proporcional a la relación masa-carga . Este descubrimiento conduciría a la técnica analítica conocida como espectrometría de masas en 1912. [104]
Marie Skłodowska-Curie fue una física y química francesa nacida en Polonia, famosa por su investigación pionera sobre la radiactividad . Se considera que ella y su marido pusieron la piedra angular de la era nuclear con su investigación sobre la radiactividad. Marie estaba fascinada con el trabajo de Henri Becquerel , un físico francés que descubrió en 1896 que el uranio emite rayos similares a los rayos X descubiertos por Wilhelm Röntgen . Marie Curie comenzó a estudiar el uranio a finales de 1897 y teorizó, según un artículo de 1904 que escribió para la revista Century , "que la emisión de rayos por los compuestos de uranio es una propiedad del metal en sí, que es una propiedad atómica del elemento uranio independiente de su estado químico o físico". Curie llevó el trabajo de Becquerel unos pasos más allá, realizando sus propios experimentos sobre los rayos de uranio. Descubrió que los rayos permanecían constantes, sin importar la condición o la forma del uranio. Los rayos, teorizó, provenían de la estructura atómica del elemento. Esta idea revolucionaria creó el campo de la física atómica y los Curie acuñaron la palabra radiactividad para describir el fenómeno.
Pierre y Marie exploraron más a fondo la radiactividad trabajando para separar las sustancias en los minerales de uranio y luego usando el electrómetro para hacer mediciones de radiación para "rastrear" la cantidad minúscula de elemento radiactivo desconocido entre las fracciones resultantes. Trabajando con el mineral pechblenda , la pareja descubrió un nuevo elemento radiactivo en 1898. Llamaron al elemento polonio , en honor al país natal de Marie, Polonia. El 21 de diciembre de 1898, los Curie detectaron la presencia de otro material radiactivo en la pechblenda. Presentaron este hallazgo a la Academia Francesa de Ciencias el 26 de diciembre, proponiendo que el nuevo elemento se llamara radio . Luego, los Curie se pusieron a trabajar para aislar el polonio y el radio de compuestos naturales para demostrar que eran elementos nuevos. En 1902, los Curie anunciaron que habían producido un decigramo de radio puro, demostrando su existencia como un elemento químico único. Si bien les llevó tres años aislar el radio, nunca pudieron aislar el polonio. Además de descubrir dos nuevos elementos y encontrar técnicas para aislar isótopos radiactivos, Curie supervisó los primeros estudios del mundo sobre el tratamiento de neoplasias , utilizando isótopos radiactivos. Junto con Henri Becquerel y su esposo, Pierre Curie, recibió el Premio Nobel de Física en 1903. Fue la única ganadora del Premio Nobel de Química en 1911. Fue la primera mujer en ganar un Premio Nobel, y es la única mujer en ganar el premio en dos campos diferentes.
Mientras trabajaba con Marie en la extracción de sustancias puras de los minerales, una tarea que requería recursos industriales pero que se llevaba a cabo en condiciones relativamente primitivas, Pierre se concentró en el estudio físico (incluidos los efectos luminosos y químicos) de las nuevas radiaciones. Mediante la acción de los campos magnéticos sobre los rayos emitidos por el radio, demostró la existencia de partículas que eran eléctricamente positivas, negativas y neutras; a las que Ernest Rutherford llamaría más tarde rayos alfa, beta y gamma. Pierre estudió luego estas radiaciones por calorimetría y también observó los efectos fisiológicos del radio, abriendo así el camino a la radioterapia. Entre los descubrimientos de Pierre Curie se encuentra el de que las sustancias ferromagnéticas exhibían una transición de temperatura crítica, por encima de la cual las sustancias perdían su comportamiento ferromagnético; esto se conoce como el " punto Curie ". Fue elegido miembro de la Academia de Ciencias (1905), habiendo recibido en 1903 junto con Marie la prestigiosa Medalla Davy de la Royal Society y junto con ella y Becquerel el Premio Nobel de Física. En 1906, fue atropellado por un carruaje en la calle Dauphine de París y murió en el acto. Sus obras completas se publicaron en 1908.
El químico y físico nacido en Nueva Zelanda Ernest Rutherford es considerado "el padre de la física nuclear ". Rutherford es más conocido por idear los nombres alfa , beta y gamma para clasificar varias formas de "rayos" radiactivos que eran poco comprendidos en su época (los rayos alfa y beta son haces de partículas, mientras que los rayos gamma son una forma de radiación electromagnética de alta energía ). Rutherford desvió los rayos alfa con campos eléctricos y magnéticos en 1903. Trabajando con Frederick Soddy , Rutherford explicó que la radiactividad se debe a la transmutación de elementos, que ahora se sabe que implica reacciones nucleares .
También observó que la intensidad de la radiactividad de un elemento radiactivo disminuye a lo largo de un tiempo único y regular hasta un punto de estabilidad, y denominó al tiempo de reducción a la mitad " vida media ". En 1901 y 1902 trabajó con Frederick Soddy para demostrar que los átomos de un elemento radiactivo se convertirían espontáneamente en otro, al expulsar un trozo del átomo a alta velocidad. En 1906, en la Universidad de Manchester, Rutherford supervisó un experimento realizado por sus estudiantes Hans Geiger (conocido por el contador Geiger ) y Ernest Marsden . En el experimento Geiger-Marsden , un haz de partículas alfa, generadas por la desintegración radiactiva del radón , se dirigió de forma normal sobre una lámina de oro muy fina en una cámara de vacío. Según el modelo de pudín de pasas predominante , todas las partículas alfa deberían haber atravesado la lámina y haber golpeado la pantalla del detector, o haberse desviado, como máximo, unos pocos grados.
Sin embargo, los resultados reales sorprendieron a Rutherford. Aunque muchas de las partículas alfa pasaron como se esperaba, muchas otras fueron desviadas en ángulos pequeños, mientras que otras se reflejaron de nuevo hacia la fuente alfa. Observaron que un porcentaje muy pequeño de partículas se desviaron a través de ángulos mucho mayores que 90 grados. El experimento de la lámina de oro mostró grandes desviaciones para una pequeña fracción de partículas incidentes. Rutherford se dio cuenta de que, debido a que algunas de las partículas alfa fueron desviadas o reflejadas, el átomo tenía un centro concentrado de carga positiva y de masa relativamente grande; Rutherford más tarde denominó a este centro positivo " núcleo atómico ". Las partículas alfa habían golpeado directamente el centro positivo o habían pasado lo suficientemente cerca como para ser afectadas por su carga positiva. Dado que muchas otras partículas pasaron a través de la lámina de oro, el centro positivo tendría que ser de un tamaño relativamente pequeño en comparación con el resto del átomo, lo que significa que el átomo es principalmente espacio abierto. A partir de sus resultados, Rutherford desarrolló un modelo del átomo que era similar al sistema solar, conocido como el modelo de Rutherford . Al igual que los planetas, los electrones orbitaban alrededor de un núcleo central similar al Sol. Por su trabajo con la radiación y el núcleo atómico, Rutherford recibió el Premio Nobel de Química en 1908.
En 1903, Mikhail Tsvet inventó la cromatografía , una importante técnica analítica. En 1904, Hantaro Nagaoka propuso un modelo nuclear temprano del átomo, donde los electrones orbitan un núcleo masivo denso. En 1905, Fritz Haber y Carl Bosch desarrollaron el proceso Haber para producir amoníaco , un hito en la química industrial con profundas consecuencias en la agricultura. El proceso Haber, o proceso Haber-Bosch, combinaba nitrógeno e hidrógeno para formar amoníaco en cantidades industriales para la producción de fertilizantes y municiones. La producción de alimentos para la mitad de la población actual del mundo depende de este método para producir fertilizantes. Haber, junto con Max Born , propuso el ciclo Born-Haber como un método para evaluar la energía reticular de un sólido iónico. Haber también ha sido descrito como el "padre de la guerra química " por su trabajo en el desarrollo y despliegue del cloro y otros gases venenosos durante la Primera Guerra Mundial.
En 1905, Albert Einstein explicó el movimiento browniano de una manera que demostró definitivamente la teoría atómica. Leo Baekeland inventó la baquelita , uno de los primeros plásticos comercialmente exitosos. En 1909, el físico estadounidense Robert Andrews Millikan , que había estudiado en Europa con Walther Nernst y Max Planck , midió la carga de electrones individuales con una precisión sin precedentes mediante el experimento de la gota de aceite , en el que midió las cargas eléctricas en diminutas gotas de agua (y más tarde de aceite) que caían. Su estudio estableció que la carga eléctrica de cualquier gota en particular es un múltiplo de un valor fundamental definido (la carga del electrón) y, por lo tanto, una confirmación de que todos los electrones tienen la misma carga y masa. A partir de 1912, pasó varios años investigando y finalmente demostrando la relación lineal propuesta por Albert Einstein entre energía y frecuencia, y proporcionando el primer respaldo fotoeléctrico directo para la constante de Planck . En 1923, Millikan recibió el Premio Nobel de Física.
En 1909, SPL Sørensen inventó el concepto de pH y desarrolló métodos para medir la acidez. En 1911, Antonius Van den Broek propuso la idea de que los elementos de la tabla periódica están organizados de manera más adecuada por carga nuclear positiva en lugar de peso atómico. En 1911, se celebró la primera Conferencia Solvay en Bruselas, que reunió a la mayoría de los científicos más destacados de la época. En 1912, William Henry Bragg y William Lawrence Bragg propusieron la ley de Bragg y establecieron el campo de la cristalografía de rayos X , una herramienta importante para dilucidar la estructura cristalina de las sustancias. En 1912, Peter Debye utilizó el concepto de dipolo molecular para describir la distribución asimétrica de la carga en algunas moléculas.
Otto Hahn fue un químico alemán y pionero en los campos de la radiactividad y la radioquímica . Desempeñó un papel destacado en el descubrimiento de la fisión nuclear y estableció la química nuclear como campo científico. Hahn, Lise Meitner y Fritz Strassmann descubrieron los isótopos radiactivos del radio , el torio , el protactinio y el uranio . También descubrió los fenómenos del retroceso atómico y la isomería nuclear , y fue pionero en la datación por rubidio-estroncio . En 1938, Hahn, Meitner y Strassmann descubrieron la fisión nuclear . En su segunda publicación sobre la fisión nuclear en febrero de 1939, Hahn y Strassmann predijeron la existencia y liberación de neutrones adicionales durante el proceso de fisión, abriendo la posibilidad de una reacción nuclear en cadena . Hahn recibió el Premio Nobel de Química de 1944 por los descubrimientos. La fisión nuclear fue la base de los reactores nucleares y las armas nucleares .
En 1913, Niels Bohr , un físico danés, introdujo los conceptos de la mecánica cuántica en la estructura atómica al proponer lo que hoy se conoce como el modelo de Bohr del átomo, en el que los electrones existen solo en órbitas circulares estrictamente definidas alrededor del núcleo, similares a los peldaños de una escalera. El modelo de Bohr es un modelo planetario en el que los electrones con carga negativa orbitan alrededor de un núcleo pequeño con carga positiva, similar a los planetas que orbitan alrededor del Sol (excepto que las órbitas no son planas): la fuerza gravitacional del sistema solar es matemáticamente similar a la fuerza de atracción (eléctrica) de Coulomb entre el núcleo con carga positiva y los electrones con carga negativa.
En el modelo de Bohr, sin embargo, los electrones orbitan alrededor del núcleo en órbitas que tienen un tamaño y una energía determinados; se dice que los niveles de energía están cuantizados , lo que significa que solo se permiten ciertas órbitas con ciertos radios; las órbitas intermedias simplemente no existen. La energía de la órbita está relacionada con su tamaño, es decir, la energía más baja se encuentra en la órbita más pequeña. Bohr también postuló que la radiación electromagnética se absorbe o emite cuando un electrón se mueve de una órbita a otra. Debido a que solo se permiten ciertas órbitas de electrones, la emisión de luz que acompaña a un salto de un electrón de un estado de energía excitado a un estado fundamental produce un espectro de emisión único para cada elemento. Bohr recibió más tarde el Premio Nobel de Física por este trabajo.
Niels Bohr también trabajó en el principio de complementariedad , que establece que un electrón puede interpretarse de dos maneras mutuamente excluyentes y válidas. Los electrones pueden interpretarse como modelos de onda o de partícula. Su hipótesis era que una partícula entrante golpearía el núcleo y crearía un núcleo compuesto excitado. Esto formó la base de su modelo de gota líquida y más tarde proporcionó una base teórica para la fisión nuclear después de su descubrimiento por los químicos Otto Hahn y Fritz Strassman , y la explicación y denominación por los físicos Lise Meitner y Otto Frisch .
En 1913, Henry Moseley , trabajando a partir de la idea anterior de Van den Broek, introdujo el concepto de número atómico para corregir algunas deficiencias de la tabla periódica de Mendeleev, que se había basado en el peso atómico. El punto culminante de la carrera de Frederick Soddy en radioquímica fue en 1913 con su formulación del concepto de isótopos , que establecía que ciertos elementos existen en dos o más formas que tienen pesos atómicos diferentes pero que son químicamente indistinguibles. Se le recuerda por demostrar la existencia de isótopos de ciertos elementos radiactivos, y también se le atribuye, junto con otros, el descubrimiento del elemento protactinio en 1917. En 1913, JJ Thomson amplió el trabajo de Wien al demostrar que las partículas subatómicas cargadas pueden separarse por su relación masa-carga, una técnica conocida como espectrometría de masas .
El físico-químico estadounidense Gilbert N. Lewis sentó las bases de la teoría del enlace de valencia ; fue fundamental en el desarrollo de una teoría de enlaces basada en el número de electrones en la capa de "valencia" más externa del átomo. En 1902, mientras Lewis intentaba explicar la valencia a sus estudiantes, describió los átomos como una estructura formada por una serie concéntrica de cubos con electrones en cada esquina. Este "átomo cúbico" explicaba los ocho grupos de la tabla periódica y representaba su idea de que los enlaces químicos se forman por transferencia de electrones para dar a cada átomo un conjunto completo de ocho electrones externos (un "octeto").
La teoría de Lewis sobre el enlace químico continuó evolucionando y, en 1916, publicó su influyente artículo "El átomo de la molécula", en el que sugería que un enlace químico es un par de electrones compartidos por dos átomos. El modelo de Lewis equiparaba el enlace químico clásico con el hecho de compartir un par de electrones entre los dos átomos enlazados. Lewis introdujo los "diagramas de puntos de electrones" en este artículo para simbolizar las estructuras electrónicas de los átomos y las moléculas. Ahora conocidas como estructuras de Lewis , se analizan en prácticamente todos los libros de introducción a la química.
Poco después de la publicación de su artículo de 1916, Lewis se involucró en la investigación militar. No volvió al tema del enlace químico hasta 1923, cuando resumió magistralmente su modelo en una breve monografía titulada Valence and the Structure of Atoms and Molecules. Su renovado interés en este tema fue estimulado en gran medida por las actividades del químico estadounidense e investigador de General Electric Irving Langmuir , quien entre 1919 y 1921 popularizó y elaboró el modelo de Lewis. Langmuir posteriormente introdujo el término enlace covalente . En 1921, Otto Stern y Walther Gerlach establecieron el concepto de espín mecánico cuántico en partículas subatómicas.
Para los casos en los que no había compartición, Lewis desarrolló en 1923 la teoría de pares electrónicos de ácidos y bases : Lewis redefinió un ácido como cualquier átomo o molécula con un octeto incompleto que fuera capaz de aceptar electrones de otro átomo; las bases eran, por supuesto, donantes de electrones. Su teoría se conoce como el concepto de ácidos y bases de Lewis . En 1923, GN Lewis y Merle Randall publicaron Thermodynamics and the Free Energy of Chemical Substances , primer tratado moderno sobre termodinámica química .
En la década de 1920 se produjo una rápida adopción y aplicación del modelo de enlace de pares de electrones de Lewis en los campos de la química orgánica y de coordinación. En la química orgánica, esto se debió principalmente a los esfuerzos de los químicos británicos Arthur Lapworth , Robert Robinson , Thomas Lowry y Christopher Ingold ; mientras que en la química de coordinación, el modelo de enlace de Lewis se promovió gracias a los esfuerzos del químico estadounidense Maurice Huggins y el químico británico Nevil Sidgwick .
En 1924, el físico cuántico francés Louis de Broglie publicó su tesis, en la que introdujo una teoría revolucionaria de las ondas electrónicas basada en la dualidad onda-partícula . En su época, las interpretaciones de la luz y la materia como ondas y partículas se consideraban contradictorias entre sí, pero de Broglie sugirió que estas características aparentemente diferentes eran, en realidad, el mismo comportamiento observado desde diferentes perspectivas: que las partículas pueden comportarse como ondas y las ondas (radiación) pueden comportarse como partículas. La propuesta de Broglie ofrecía una explicación del movimiento restringido de los electrones dentro del átomo. Las primeras publicaciones de la idea de Broglie de las "ondas de materia" habían llamado poco la atención de otros físicos, pero Einstein recibió una copia de su tesis doctoral, cuya respuesta fue entusiasta. Einstein destacó la importancia del trabajo de Broglie tanto explícitamente como desarrollándolo más a partir de él.
En 1925, el físico nacido en Austria Wolfgang Pauli desarrolló el principio de exclusión de Pauli , que establece que no pueden existir dos electrones alrededor de un mismo núcleo en un átomo que ocupen el mismo estado cuántico simultáneamente, como lo describen los cuatro números cuánticos . Pauli realizó importantes contribuciones a la mecánica cuántica y a la teoría cuántica de campos (fue galardonado con el Premio Nobel de Física en 1945 por su descubrimiento del principio de exclusión de Pauli), así como a la física del estado sólido, y planteó con éxito la hipótesis de la existencia del neutrino . Además de su obra original, escribió síntesis magistrales de varias áreas de la teoría física que se consideran clásicos de la literatura científica.
En 1926, a la edad de 39 años, el físico teórico austríaco Erwin Schrödinger produjo los artículos que sentaron las bases de la mecánica ondulatoria cuántica. En esos artículos describió su ecuación diferencial parcial, que es la ecuación básica de la mecánica cuántica y tiene la misma relación con la mecánica del átomo que las ecuaciones de movimiento de Newton con la astronomía planetaria. Adoptando una propuesta hecha por Louis de Broglie en 1924 de que las partículas de materia tienen una naturaleza dual y en algunas situaciones actúan como ondas, Schrödinger introdujo una teoría que describe el comportamiento de un sistema de este tipo mediante una ecuación de onda que ahora se conoce como la ecuación de Schrödinger . Las soluciones de la ecuación de Schrödinger, a diferencia de las soluciones de las ecuaciones de Newton, son funciones de onda que solo pueden relacionarse con la ocurrencia probable de eventos físicos. La secuencia de eventos de las órbitas planetarias de Newton, fácilmente visualizable, es reemplazada, en la mecánica cuántica, por la noción más abstracta de probabilidad . (Este aspecto de la teoría cuántica hizo que Schrödinger y otros físicos se sintieran profundamente infelices, y Schrödinger dedicó gran parte de su vida posterior a formular objeciones filosóficas a la interpretación generalmente aceptada de la teoría que él tanto había contribuido a crear.)
El físico teórico alemán Werner Heisenberg fue uno de los creadores clave de la mecánica cuántica. En 1925, Heisenberg descubrió una forma de formular la mecánica cuántica en términos de matrices. Por ese descubrimiento, recibió el Premio Nobel de Física de 1932. En 1927 publicó su principio de incertidumbre , sobre el que construyó su filosofía y por el que es más conocido. Heisenberg pudo demostrar que si estudiáramos un electrón en un átomo podríamos decir dónde estaba (la ubicación del electrón) o hacia dónde iba (la velocidad del electrón), pero era imposible expresar ambas cosas al mismo tiempo. También hizo importantes contribuciones a las teorías de la hidrodinámica de los flujos turbulentos , el núcleo atómico, el ferromagnetismo , los rayos cósmicos y las partículas subatómicas , y fue fundamental en la planificación del primer reactor nuclear de Alemania Occidental en Karlsruhe , junto con un reactor de investigación en Múnich, en 1957. Una considerable controversia rodea su trabajo en la investigación atómica durante la Segunda Guerra Mundial.
Algunos consideran que el nacimiento de la química cuántica se produjo con el descubrimiento de la ecuación de Schrödinger y su aplicación al átomo de hidrógeno en 1926. [ cita requerida ] Sin embargo, el artículo de 1927 de Walter Heitler y Fritz London [105] se reconoce a menudo como el primer hito en la historia de la química cuántica. Se trata de la primera aplicación de la mecánica cuántica a la molécula de hidrógeno diatómico y, por tanto, al fenómeno del enlace químico . En los años siguientes se lograron grandes avances gracias a Edward Teller , Robert S. Mulliken , Max Born , J. Robert Oppenheimer , Linus Pauling , Erich Hückel , Douglas Hartree y Vladimir Aleksandrovich Fock , por citar algunos. [ cita requerida ]
Sin embargo, el escepticismo sobre el poder general de la mecánica cuántica aplicada a sistemas químicos complejos permaneció. [ cita requerida ] La situación alrededor de 1930 es descrita por Paul Dirac : [106]
De este modo, las leyes físicas fundamentales que fundamentan la teoría matemática de gran parte de la física y de toda la química son perfectamente conocidas, y la única dificultad es que la aplicación exacta de estas leyes conduce a ecuaciones demasiado complicadas para ser resueltas. Por tanto, resulta deseable desarrollar métodos prácticos aproximados de aplicación de la mecánica cuántica que permitan explicar las características principales de los sistemas atómicos complejos sin demasiados cálculos.
Por lo tanto, los métodos mecánicos cuánticos desarrollados en los años 1930 y 1940 a menudo se denominan física molecular o atómica teórica para subrayar el hecho de que eran más la aplicación de la mecánica cuántica a la química y la espectroscopia que las respuestas a preguntas químicamente relevantes. En 1951, un artículo fundamental en la química cuántica es el artículo seminal de Clemens CJ Roothaan sobre las ecuaciones de Roothaan . [107] Abrió el camino a la solución de las ecuaciones de campo autoconsistentes para moléculas pequeñas como el hidrógeno o el nitrógeno . Esos cálculos se realizaron con la ayuda de tablas de integrales que se calcularon en las computadoras más avanzadas de la época. [ cita requerida ]
En la década de 1940, muchos físicos pasaron de la física molecular o atómica a la física nuclear (como J. Robert Oppenheimer o Edward Teller ). Glenn T. Seaborg fue un químico nuclear estadounidense conocido por su trabajo en el aislamiento e identificación de elementos transuránicos (aquellos más pesados que el uranio ). Compartió el Premio Nobel de Química de 1951 con Edwin Mattison McMillan por sus descubrimientos independientes de los elementos transuránicos. El seaborgio recibió su nombre en su honor, lo que lo convirtió en la única persona, junto con Albert Einstein y Yuri Oganessian , en cuyo honor se nombró un elemento químico durante su vida.
A mediados del siglo XX, en principio, la integración de la física y la química era amplia, y las propiedades químicas se explicaban como resultado de la estructura electrónica del átomo ; el libro de Linus Pauling The Nature of the Chemical Bond utilizó los principios de la mecánica cuántica para deducir los ángulos de enlace en moléculas cada vez más complicadas. Sin embargo, aunque algunos principios deducidos de la mecánica cuántica permitieron predecir cualitativamente algunas características químicas de moléculas biológicamente relevantes, hasta finales del siglo XX eran más una colección de reglas, observaciones y recetas que métodos cuantitativos rigurosos ab initio . [ cita requerida ]
Este enfoque heurístico triunfó en 1953 cuando James Watson y Francis Crick dedujeron la estructura de doble hélice del ADN mediante la construcción de modelos limitados e informados por el conocimiento de la química de las partes constituyentes y los patrones de difracción de rayos X obtenidos por Rosalind Franklin . [108] Este descubrimiento condujo a una explosión de investigación sobre la bioquímica de la vida.
Ese mismo año, el experimento de Miller-Urey demostró que los componentes básicos de las proteínas , los aminoácidos simples , podían construirse a partir de moléculas más simples en una simulación de procesos primordiales en la Tierra. Este primer intento de los químicos de estudiar procesos hipotéticos en el laboratorio bajo condiciones controladas ayudó a impulsar una abundante investigación, dentro de las ciencias naturales , sobre los orígenes de la vida .
En 1983 Kary Mullis ideó un método para la amplificación in vitro del ADN, conocido como reacción en cadena de la polimerasa (PCR), que revolucionó los procesos químicos utilizados en el laboratorio para manipularlo. La PCR podía utilizarse para sintetizar fragmentos específicos de ADN e hizo posible la secuenciación del ADN de organismos, lo que culminó en el enorme proyecto del genoma humano .
Una pieza importante del rompecabezas de la doble hélice fue resuelta por uno de los estudiantes de Pauling, Matthew Meselson y Frank Stahl , y el resultado de su colaboración ( experimento Meselson-Stahl ) ha sido llamado "el experimento más hermoso de la biología".
Utilizaron una técnica de centrifugación que clasificaba las moléculas según las diferencias de peso. Como los átomos de nitrógeno son un componente del ADN, se los marcó y, por lo tanto, se los rastreó durante la replicación en las bacterias.
En 1970, John Pople desarrolló el programa gaussiano facilitando enormemente los cálculos de química computacional . [109] En 1971, Yves Chauvin ofreció una explicación del mecanismo de reacción de las reacciones de metátesis de olefinas . [110] En 1975, Karl Barry Sharpless y su grupo descubrieron reacciones de oxidación estereoselectivas incluyendo la epoxidación de Sharpless , [111] [112] la dihidroxilación asimétrica de Sharpless , [113] [114] [115] y la oxiaminación de Sharpless . [116] [117] [118] En 1985, Harold Kroto , Robert Curl y Richard Smalley descubrieron los fulerenos , una clase de grandes moléculas de carbono que se asemejan superficialmente a la cúpula geodésica diseñada por el arquitecto R. Buckminster Fuller . [119] En 1991, Sumio Iijima utilizó la microscopía electrónica para descubrir un tipo de fulereno cilíndrico conocido como nanotubo de carbono , aunque ya se habían realizado trabajos anteriores en este campo en 1951. Este material es un componente importante en el campo de la nanotecnología . [120] En 1994, KC Nicolaou con su grupo [121] [122] y Robert A. Holton y su grupo, lograron la primera síntesis total de Taxol . [123] [124] [125] En 1995, Eric Cornell y Carl Wieman produjeron el primer condensado de Bose-Einstein , una sustancia que muestra propiedades mecánicas cuánticas a escala macroscópica. [126]
Antes del siglo XX, la química se definía como la ciencia de la naturaleza de la materia y sus transformaciones. Por lo tanto, se diferenciaba de la física, que no se ocupaba de una transformación tan espectacular de la materia. Además, a diferencia de la física, la química siguió siendo predominantemente una ciencia descriptiva y empírica hasta finales del siglo XIX. Aunque desarrollaron una base cuantitativa consistente basada en nociones de pesos atómicos y moleculares, proporciones combinatorias y cantidades termodinámicas, los químicos hicieron un uso menor de las matemáticas avanzadas. [127] Algunos incluso expresaron reticencias sobre el uso de las matemáticas en la química. Por ejemplo, el filósofo Auguste Comte escribió en 1830:
Todo intento de emplear métodos matemáticos en el estudio de cuestiones químicas debe considerarse profundamente irracional y contrario al espíritu de la química... si el análisis matemático llegara a ocupar un lugar destacado en la química –una aberración que afortunadamente es casi imposible–, ocasionaría una degeneración rápida y generalizada de esa ciencia.
Sin embargo, en la segunda parte del siglo XIX, la situación comenzó a cambiar, como escribió August Kekulé en 1867:
Más bien espero que algún día encontremos una explicación matemático-mecánica para lo que hoy llamamos átomos, que dé cuenta de sus propiedades.
A medida que ha evolucionado la comprensión de la naturaleza de la materia, también lo ha hecho la autocomprensión de la ciencia de la química por parte de sus practicantes. Este proceso histórico continuo de evaluación incluye las categorías, los términos, los objetivos y el alcance de la química. Además, el desarrollo de las instituciones y redes sociales que respaldan la investigación química son factores muy importantes que permiten la producción, la difusión y la aplicación del conocimiento químico. (Véase Filosofía de la química )
En la última parte del siglo XIX se produjo un enorme aumento de la explotación del petróleo extraído de la tierra para la producción de una serie de productos químicos y se sustituyó en gran medida el uso de aceite de ballena , alquitrán de hulla y provisiones navales utilizadas anteriormente. La producción y el refinamiento a gran escala del petróleo proporcionaron materias primas para combustibles líquidos como la gasolina y el diésel , disolventes , lubricantes , asfalto , ceras y para la producción de muchos de los materiales comunes del mundo moderno, como fibras sintéticas , plásticos, pinturas , detergentes , productos farmacéuticos , adhesivos y amoníaco como fertilizante y para otros usos. Muchos de estos requirieron nuevos catalizadores y la utilización de la ingeniería química para su producción rentable. [ cita requerida ]
A mediados del siglo XX, el control de la estructura electrónica de los materiales semiconductores se hizo más preciso gracias a la creación de grandes lingotes de monocristales extremadamente puros de silicio y germanio . El control preciso de su composición química mediante el dopaje con otros elementos facilitó la producción del transistor de estado sólido en 1951 y posibilitó la producción de diminutos circuitos integrados para su uso en dispositivos electrónicos, especialmente ordenadores . [ cita requerida ]
enumerados cronológicamente:
{{cite journal}}: CS1 maint: DOI inactive as of September 2024 (link)"Se ha dicho algo sobre la excelencia química del hierro fundido en la antigua India, y sobre el alto desarrollo industrial de la época Gupta , cuando la India era considerada, incluso por la Roma Imperial , como la más hábil de las naciones en industrias químicas como el teñido , el curtido , la fabricación de jabón , el vidrio y el cemento ... En el siglo VI, los hindúes estaban muy por delante de Europa en química industrial; eran maestros de calcinaciones , destilaciones , sublimaciones , vaporización , fijación , producción de luz sin calor, mezcla de polvos anestésicos y soporíferos y preparación de sales metálicas , compuestos y aleaciones . El templado del acero se llevó en la antigua India a una perfección desconocida en Europa hasta nuestros días; se dice que el rey Porus eligió, como un regalo especialmente valioso de Alejandro , no oro ni plata, sino treinta libras de acero. Los musulmanes llevaron gran parte de esta ciencia e industria química hindú a Oriente Próximo y Europa; el secreto de la fabricación de cuchillas "Damasco" , por ejemplo, fue tomado por los árabes de los persas , y por los persas de la India."
"Dos sistemas de pensamiento hindú proponen teorías físicas sugestivamente similares a las de Grecia . Kanada , fundador de la filosofía vaisheshika , sostenía que el mundo estaba compuesto de átomos de tantos tipos como elementos. Los jainistas se aproximaban más a Demócrito al enseñar que todos los átomos eran del mismo tipo y producían diferentes efectos mediante diversos modos de combinación. Kanada creía que la luz y el calor eran variedades de la misma sustancia; Udayana enseñaba que todo el calor proviene del sol; y Vachaspati , como Newton , interpretaba que la luz estaba compuesta de partículas diminutas emitidas por sustancias y que inciden en el ojo".
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