De la Alquimia a las fórmulas químicas y las masas atómicas.

Muchas veces, tengo la impresión de que los alumnos aceptan "verdades" científicas, como la existencia de los átomos, el valor de sus masas atómicas, las fórmulas químicas de las distintas sustancias... con demasiada facilidad. No sienten la emoción que da el conocer cómo el trabajo, la imaginación y el tiempo que dedicaron muchas personas consiguió hacer comprensible la naturaleza íntima de la materia: ¡es algo bello, es puro arte, es algo que emociona y que no tiene nada que envidiar a la pintura, la música, la literatura...!

Y esto no es algo que solo afecte a esos conceptos. Por ejemplo, es triste que los alumnos acepten que la Tierra es redonda, que tiene movimiento de traslación alrededor del Sol y otro de rotación sobre sí misma y que no sepan dar ni una explicación de cómo los humanos encontraron esas "verdades" tan poco intuitivas.

Pero no nos vayamos por las ramas. Centrémonos en el título del post.

Este año, como todos los años que doy 1º de bachillerato, les he explicado cómo se pasó de las recetas alquímicas a la comprensión estequiométrica de las reacciones químicas. Lo hago explicando las leyes y teorías que tengo que explicar, pero las explico por orden y las voy relacionando con ese proceso. Pero este año, después de explicar las leyes, teorías e hipótesis implicadas, les he preparado un documento que resume la maravillosa historia de cómo el ser humano intenta comprender la "realidad" íntima de la materia (sea lo que sea eso que llamamos realidad).

Y, por si a alguien le interesa, aquí lo adjunto.

Recordar que, como siempre, son bien venidos los comentarios que sirvan para mejorar tanto el post como mi labor docente (posibles errores, cosas que sobran o que faltan, opiniones personales y profesionales...)







Queridos alumnos, nuestro viaje lo podemos empezar en muchos puntos, porque ni mucho menos fue un proceso lineal. Esto es un resumen de lo visto en clase. He añadido enlaces que explican las leyes y teorías, son de otras personas, pero los he visto bastante adecuados para que os sirvan de recordatorio de todo lo explicado en clase.

Empecemos.

En muchísimos textos se puede leer que la Química empezó con Lavoisier al encontrar la Ley de Conservación de la Masa (en la actualidad es un Principio), así que empezaremos por aquí.

Y ¿qué permitió esa ley? Descubrió que la masa ni aparecía ni desaparecía, que de la nada no puede surgir masa, que era algo que siempre estaba ahí, solo había que saber buscar donde estaba.



Pero también, el uso de esa ley, permitió a Proust encontrar una nueva ley: la Ley de las Proporciones Definidas.

De manera chapucera podemos decir que esa ley se resume en: se pueden hacer reglas de tres entre reactivos y productos.



Y llegó Dalton, que dándole vueltas a los resultados que obtenía con la Ley de las Proporciones Definidas encontró la Ley de las Proporciones Múltiples.

Desde el punto de vista de trabajos en el laboratorio, esta ley no tiene mucha utilidad, pero, que aparecieran esas relaciones simples de números enteros entre reactivos, en las condiciones que indica la ley, no podía ser explicado satisfactoriamente con una teoría de materia continua: ¡la única explicación satisfactoria es que la materia era discreta, es decir, estaba formada por átomos!



Y eso hizo Dalton, encontrar una explicación satisfactoria y, retomando una antigua idea formulada unos 2000 años antes por un griego, postuló la Teoría Atómica de la Materia.



Pero no queda así la cosa, porque la combinación de la Teoría Atómica de Dalton y la Ley de las Proporciones Definidas permitía encontrar las masas relativas atómicas de los elementos si se sabía exactamente la fórmula molecular de la sustancia química.

Dalton no conocía la fórmula molecular de las sustancias químicas, hizo hipótesis y dedujo con ellas las masas, pero en esas hipótesis sobre las fórmulas se equivocó. Pero no hay problema, al poco hubo un método para encontrar las verdaderas fórmulas químicas.



Hagamos un inciso.

Desde hacía más de un siglo se estaban estudiando los gases, la primera de todas ellas fue P·V=P’V’ y, por esta época, se estaban encontrando las otras. Es decir, las Leyes de los Gases Ideales se conocían y se usaban (no se conocía el P·V=n·R·T, porque el concepto de mol todavía no había surgido, pero sí las relaciones existentes entre las otras magnitudes asociadas a los gases).

Y la Teoría de Dalton posibilitó la explicación de esas magnitudes (P, V y T) y leyes. La concreción de la Teoría Atómica en gases es la Teoría Cinética de los Gases y de manera general se concreta en la Teoría Cinética de la Materia (que no solo explica los gases, sino también el estado sólido y líquido). En pocas palabras: los corpúsculos (agregados atómicos: moléculas, iones poliatómicos, sustancias monoatómicas…) se mueven y se unen entre ellos y, según los enlaces que se establezcan y el grado de movimiento que tengan los corpúsculos, estaremos en un estado o en otro. NOTA: no confundir los enlaces entre moléculas con los enlaces entre átomos. Ejemplo: la molécula de agua (H2O) se une a otras moléculas de agua con enlaces intermoleculares (puentes de hidrógeno) y tiene dos enlaces entre átomos (H-O-H) de tipo covalente.

Con la Teoría Cinética la presión que ejercen gases (y líquidos) queda justificada como la fuerza con la que golpeaban esos corpúsculos, y con la misma teoría se justificó lo que significaba la temperatura: “una medida del grado medio de la velocidad que tenían los corpúsculos que formaban un sistema”. Unos 50 años llegó la escala Kelvin para la temperatura ya que con las Leyes de los Gases Ideales se deducía que a -273 ºC el volumen del gas se volvía cero y que la presión desaparecía.



Volvamos a nuestra historia.

Así estaban las cosas y, por supuesto, también se investigaban las reacciones químicas en las que intervienen gases. Y se encontró la Ley de los Volúmenes de Combinación (en pocas palabras significa que se pueden hacer reglas de tres entre los volúmenes de gases implicados en las reacciones químicas). Y de esa ley lo que más llamaba la atención era que los volúmenes no se mantuvieran constantes (no existía el principio de conservación de los volúmenes). Había algo nuevo, algo que había que explicar.



Y llegó Avogadro, y formuló la Hipótesis de Avogadro (que, por cierto, ahora es Ley ya que se ha comprobado). Y se hizo completamente la luz, porque, aplicando la idea de que un volumen de gas a una determinada presión y temperatura, tenía siempre la misma cantidad de corpúsculos (fuera de una sustancias química o de otra), a la Ley de los Volúmenes de Combinación se podía deducir la fórmula molecular de las sustancias químicas y de estás fórmulas sacar las masas relativas de los distintos elementos.

Foto de cómo quedó una pizarra, hace años, cuando expliqué lo mismo

ANEXO: Loise Proust

Proust nació en Francia, pero trabajó en el Alcázar de Segovia y fue ahí donde realizó los experimentos que le llevaron a enunciar la Ley de las Proporciones Definidas. Su estancia en España fue debida a uno de los breves periodos de nuestra historia donde la Ciencia es impulsada por sus dirigentes. En el caso que nos ocupa, Carlos III y su gobierno, durante la Ilustración, contrataron a Proust para impulsar la Química en España.