{"id":1813,"date":"2009-03-20T08:08:54","date_gmt":"2009-03-20T07:08:54","guid":{"rendered":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/?p=1813"},"modified":"2009-03-20T10:23:05","modified_gmt":"2009-03-20T09:23:05","slug":"quimica-alquimia-y-todavia-mas","status":"publish","type":"post","link":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/2009\/03\/20\/quimica-alquimia-y-todavia-mas\/","title":{"rendered":"QU\u00cdMICA: Alquimia y todav\u00eda m\u00e1s"},"content":{"rendered":"

Antoine-Laurent Lavoisier (1743-1794) fue un financiero. Estableci\u00f3 un sistema de pesos y medidas que condujo al sistema m\u00e9trico, vivi\u00f3 los primeros momentos turbulentos de la Revoluci\u00f3n Francesa y fue pionero en la agricultura cient\u00edfica. Se cas\u00f3 con una jovencita de catorce a\u00f1os y fue decapitado durante el Terror. Se le ha llamado padre de la qu\u00edmica moderna y, a lo largo de su atareada vida, sac\u00f3 a Europa de las \u00e9pocas oscuras de esta ciencia.<\/p>\n

Una de las primeras aportaciones de Lavoisier surgi\u00f3 cuando \u00e9ste hizo el experimento de hervir agua durante largos per\u00edodos de tiempo. En la Europa del siglo XVIII muchos cient\u00edficos cre\u00edan en la transmutaci\u00f3n. Pensaban, por ejemplo, que el agua pod\u00eda transmutarse en tierra, entre otras cosas. Entre las pruebas, la principal consist\u00eda en hervir agua en una cazuela: en la superficie interior se formaban residuos s\u00f3lidos. Algunos cient\u00edficos proclamaron que esto se deb\u00eda a que el agua se convert\u00eda en un nuevo elemento. Robert Boyle, el gran f\u00edsico y qu\u00edmico brit\u00e1nico del siglo XVII\u00a0 que lleg\u00f3 al apogeo de su actividad cient\u00edfica cien a\u00f1os antes que Lavoisier, cre\u00eda en la transmutaci\u00f3n. Despu\u00e9s de observar c\u00f3mo crec\u00edan las plantas absorbiendo agua, lleg\u00f3 a la conclusi\u00f3n—al igual que muchos antes que \u00e9l—de que el agua pod\u00eda transformarse en hojas, flores y bayas. Seg\u00fan dice el qu\u00edmico Harold Goldwhite, de la State University de California, en Los \u00c1ngeles, ” Boyle fue un activo alquimista “.<\/p>\n

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Lavoisier observ\u00f3 que el peso era la clave y que las mediciones eran fundamentales. Puso agua destilada en un hervidor especial en forma de tetera llamado pel\u00edcano, un recipiente cerrado con una tapa esf\u00e9rica que tomaba el vapor del agua y lo devolv\u00eda a la base del recipiente por dos tubos parecidos a unas asas. Hirvi\u00f3 el agua durante 101 d\u00edas y encontr\u00f3 un residuo considerable. Pes\u00f3 l agua, el residuo y el pel\u00edcano. El agua pesaba exactamente lo mismo. El pel\u00edcano pesaba algo menos, una cantidad exactamente igual al peso del residuo. Por lo tanto, el residuo no era producto de una transmutaci\u00f3n, sino parte del recipiente: vidrio disuelto, s\u00edlice y otras sustancias.<\/p>\n

Como los cient\u00edficos segu\u00edan creyendo que el agua era un elemento b\u00e1sico, Lavoisier realiz\u00f3 otro experimento crucial. Invent\u00f3 un aparato con dos boquillas e hizo pasar distintos gases de la una a la otra, para ver que suced\u00eda. Un d\u00eda mezcl\u00f3 ox\u00edgeno con hidr\u00f3geno, esperando conseguir alg\u00fan \u00e1cido. Lo que obtuvo fue agua. Filtr\u00f3 el agua a trav\u00e9s de un ca\u00f1\u00f3n de escopeta lleno de anillos de hierro calientes, para hacer que \u00e9sta se descompusiera de nuevo en hidr\u00f3geno y ox\u00edgeno, confirmando as\u00ed que \u00e9sta no era un elemento.<\/p>\n

Lavoisier hizo mediciones de todo y observ\u00f3 que, cada vez que hac\u00eda este experimento, obten\u00eda los mismos n\u00fameros. El agua siempre produc\u00eda ox\u00edgeno e hidr\u00f3geno en una proporci\u00f3n de 8 a 1 en sus pesos. Lo que Lavoisier\u00a0 vio fue que la naturaleza era estricta en cuanto al peso y la proporci\u00f3n. Los gramos o los kilos de materia no desparec\u00edan o aparec\u00edan de forma aleatoria: tomando las mismas proporciones de gases, \u00e9stos produc\u00edan los mismos compuestos. La naturaleza era predecible…y, por consiguiente, maleable.<\/p>\n

La antigua alquimia china, aproximadamente entre los a\u00f1os 300 y 200 a.C., giraba en torno al concepto de dos principios opuestos. Estos principios pod\u00edan ser, por ejemplo, uno activo y otro pasivo, masculino y femenino, o Luna y Sol. Los alquimistas consideraban que la naturaleza ten\u00eda un equilibrio circular. Las sustancias pod\u00edan transformarse de un principio en el otro y luego volver a su estado inicial.<\/p>\n

Un ejemplo excelente es el del cinabrio, conocido actualmente en general como sulfuro de mercurio, un pesado mineral rojo que constituye la principal mena de mercurio. Utilizando el fuego, estos primeros alquimistas descompon\u00edan el cinabrio en mercurio y di\u00f3xido de azufre. Luego descubrieron que el mercurio se combinaba con azufre para formar una sustancia negra llamada metacinabrio, “que despu\u00e9s, si se calienta una vez m\u00e1s, puede sublimarse volviendo a su estado original, el brillante cinabrio rojo”, seg\u00fan el historiador de la ciencia Wang Kuike. Tanto la calidad l\u00edquida del mercurio, como la transformaci\u00f3n c\u00edclica de cinabrio a mercurio y viceversa, daban a este elemento unas cualidades m\u00e1gicas. Kuike llamaba al mercurio “huandan, un elixir regenerador transformado c\u00edclicamente” asociado con la longevidad. Estos primitivos profesionales se familiarizaron con la idea de que era posible transformar las sustancias y luego cerrar el c\u00edrculo haciendo que volvieran a su estado original. Llegaron a conocer las proporciones exactas de las cantidades de mercurio y azufre, as\u00ed como las recetas para la duraci\u00f3n e intensidad exactas del calentamiento requerido. Lo m\u00e1s importante, seg\u00fan Kuike, es que estas operaciones pod\u00edan realizarse “sin la m\u00e1s m\u00ednima p\u00e9rdida de peso total”.<\/p>\n

Parece ser que los antiguos alquimistas chinos conoc\u00edan de forma emp\u00edrica la conservaci\u00f3n de la masa mil quinientos a\u00f1os antes de los experimentos de Lavoisier. Este qu\u00edmico y sus precursores alquimistas descubrieron que en una reacci\u00f3n qu\u00edmica el peso de los productos es igual al peso de los reactantes.<\/p>\n

El texto alquimista m\u00e1s antiguo es el Ts\u00b4an T\u00b4ung Ch\u00b4i (Unificaci\u00f3n de los tres principios) de Wei Po-Yang, escrito alrededor del a\u00f1o 140 d. C. Esta obra describe un experimento que muy probablemente es la reacci\u00f3n cinabrio-mercurio-azufre. Es dif\u00edcil saberlo con seguridad porque los productos qu\u00edmicos que se echan al fuego reciben nombres metaf\u00f3ricos: Tigre Blanco (probablemente mercurio), Drag\u00f3n Azul y Drag\u00f3n Gris\u00a0 (\u00bfazufre?). M\u00e1s importante es el recipiente que utilizaron:<\/p>\n

A los lados [del aparato] est\u00e1 el recinto cerrado, que tiene la forma de un recipiente peng-hu. Est\u00e1 cerrado por todos los lados y su interior consta de una serie de laberintos que comunican unos con otros. La protecci\u00f3n es tan completa que hacer retroceder todo esto es diab\u00f3lico e indeseable…Como la Luna yaciendo sobre su espalda, as\u00ed es la forma del horno y el recipiente. En el se calienta el Tigre Blanco. El Sol Mercurio es la perla que fluye, y con el, el Drag\u00f3n Azul. El este y el oeste se fusionan, y el huen y el po [dos tipos de almas] se consuelan mutuamente…El p\u00e1jaro Rojo es el esp\u00edritu de fuego y dispensa con justicia una victoria o una derrota. Al ascender el agua, se produce la victoria sobre el fuego.<\/p>\n

Este recipiente se utiliza para fundir y sublimar varios y distintos metales. Aun siendo m\u00e1s complejo, es un instrumento similar al aplicado por Lavoisier, dise\u00f1ado para “devolver” todos los productos con el fin de garantizar la conservaci\u00f3n de la masa.<\/p>\n

La Historia de la qu\u00edmica, tanto occidental como no occidental, se desarrolla de forma contraria a la historia de la f\u00edsica. Esta \u00faltima contiene gran abundancia de teor\u00eda, quedando la actividad experimental muy por detr\u00e1s. En la qu\u00edmica observamos una fascinaci\u00f3n por el conocimiento emp\u00edrico, por la experimentaci\u00f3n con toda una variedad de sustancias (l\u00edquidos, s\u00f3lidos, gases), utilizando todo tipo de m\u00e9todos (el fuego, la ebullici\u00f3n, la destilaci\u00f3n), pero sin un marco te\u00f3rico s\u00f3lido que gu\u00ede la experimentaci\u00f3n. La imagen de pel\u00edcula del cient\u00edfico de cabellera hirsuta metido en su laboratorio y mezclando el contenido de probetas llenas de productos qu\u00edmicos de colores brillantes no est\u00e1 muy lejos de la realidad. La qu\u00edmica ha sido una ciencia de pruebas y tanteos. La teor\u00eda no siempre ha sido de m\u00e1xima calidad.<\/p>\n

El mundo occidental desarroll\u00f3 una teor\u00eda coherente que predice qu\u00e9 elementos se combinan entre s\u00ed y cu\u00e1les no, y tambi\u00e9n por qu\u00e9 algunos compuestos son imposibles y otros no lo son y qu\u00e9 es exactamente lo que va a suceder cuando una sustancia qu\u00edmica se combina con otra. Adem\u00e1s de Lavoisier, hubo dos grandes pioneros en esta materia.<\/p>\n

En 1869, en la Universidad de San Petersburgo, el cient\u00edfico nacido e Liberia Dimitri Mendeleiev no pudo encontrar un buen libro de texto de qu\u00edmica para asignarlo a sus clases. Por consiguiente, se puso a escribir su propio libro. Como Lavoisier y los antiguos chinos, consider\u00f3 la qu\u00edmica como la “ciencia de la masa”. Era aficionado a hacer solitarios, por lo que escribi\u00f3 los s\u00edmbolos de los elementos con sus pesos at\u00f3micos en unas fichas de cartulina, una para cada elemento, con la lista de sus diversas propiedades (por ejemplo, sodio: metal activo; cloro: gas reactivo).<\/p>\n

Mendeleiev orden\u00f3 estas fichas en orden ascendente seg\u00fan el peso at\u00f3mico de los elementos. Observ\u00f3 una periodicidad evidente (de aqu\u00ed que se diga “tabla peri\u00f3dica de los elementos”, que es como lleg\u00f3 a llamarse este ordenamiento). Los elementos que ten\u00edan propiedades qu\u00edmicas similares estaban a una distancia de ocho fichas. El litio, el sodio y el potasio, por ejemplo, son todos aquellos metales activos (se combinan fuertemente con otros elementos, tales como el ox\u00edgeno y el cloro) y sus posiciones son 3, 11 y 19. El hidr\u00f3geno, el fl\u00faor y el cloro son gases activos y ocupan las posiciones 1, 9 y 17. Mendeleiev reorganiz\u00f3 las fichas en una tabla de ocho columnas verticales. Leyendo la tabla horizontalmente, los elementos que aparec\u00edan eran cada vez m\u00e1s pesados. Ley\u00e9ndola verticalmente hacia abajo, los elementos de cada columna mostraban unas propiedades similares.<\/p>\n

Mendeleiev no se sinti\u00f3 obligado a rellenar todas las casillas de la tabla, sabiendo que, como un solitario, algunas de las cartas estaban a\u00fan ocultas en el mazo. Si una casilla de la tabla ped\u00eda un elemento con unas propiedades especiales y tal elemento no exist\u00eda, lo dejaba en blanco. Muchos ridiculizaron a Mendeleiev por dejar esos huecos en la tabla peri\u00f3dica. Sin embargo, pocos a\u00f1os m\u00e1s tarde, en 1875, se descubri\u00f3 el galio y este encaj\u00f3 en el hueco situado bajo el aluminio., con todas las propiedades que su lugar en la tabla predec\u00eda. En 1886 se descubri\u00f3 el germanio y \u00e9ste encaj\u00f3 en el espacio situado bajo el silicio. Nadie se ha re\u00eddo desde entonces. Mendeleiev nunca gan\u00f3 el premio Nobel de qu\u00edmica, aunque segu\u00eda vivo y elegible durante los primeros a\u00f1os de este premio. No obstante, tres qu\u00edmicos que descubrieron nuevos elementos para “llenar” los huecos si lo ganaron: William Ramsay, que descubri\u00f3 el arg\u00f3n, el cript\u00f3n, el ne\u00f3n y el xen\u00f3n; Henri Moissan, por el descubrimiento del fluor, y Marie Curie por descubrir el radio y el polonio.<\/p>\n

No podr\u00eda explicar el motivo real de que ocurra as\u00ed pero, cuando veo una Tabla Peri\u00f3dica, me quedo mir\u00e1ndola como fascinado de lo que all\u00ed est\u00e1 encerrado y del mensaje que nos comunica: Todos los elementos naturales del Universo est\u00e1n all\u00ed.<\/p>\n

Si por mi fuese, la Tabla Peri\u00f3dica se expondr\u00eda por todas partes, para que la gente se familiarizara con ella y con lo que nos dice. Es una desgracia que no sea as\u00ed, ya que el verla de manera constante inculca, hasta en la mente m\u00e1s lenta, la importancia del n\u00famero at\u00f3mico, que coincide con el lugar que ocupa el elemento en la Tabla Peri\u00f3dica. Las impactantes diferencias cualitativas entre elementos -el carbono se parece poco al hidr\u00f3geno, lo mismo que el plomo al helio- son, a un\u00a0 nivel b\u00e1sico, diferencias entre sus n\u00fameros at\u00f3micos, que actualmente equiparamos con la carga del n\u00facleo.<\/p>\n

El significado de la Tabla Peri\u00f3dica\u00a0 y sus regularidades y pautas repetitivas sigui\u00f3 estando oculto hasta principios del siglo XX, cuando se hizo la disecci\u00f3n del \u00e1tomo y los f\u00edsicos encontraron dentro electrones<\/a> y un n\u00facleo que conten\u00eda protones<\/a> y neutrones<\/a> que tienen en su n\u00facleo y al n\u00famero de electrones<\/a> que zumban en torno a estos n\u00facleos. A partir de todo esto comenz\u00f3 a surgir lo que hoy se llama teor\u00eda cu\u00e1ntica.<\/p>\n

Ya he dicho muchas veces en mis escritos que, en un art\u00edculo de ocho p\u00e1ginas que Max Planck escribi\u00f3 en 1.900, qued\u00f3 sembrada la semilla para la teor\u00eda cu\u00e1ntica, all\u00ed naci\u00f3 el cuanto de acci\u00f3n de Planck que denominamos h. Sin embargo, no ser\u00eda justo dar todo el m\u00e9rito a Planck, otros tambi\u00e9n pusieron su empe\u00f1o y su genio en llegar a conclusiones valiosas en ese universo de lo microsc\u00f3pico en lo m\u00e1s profundo de la materia.<\/p>\n

Uno de los pioneros del apogeo cu\u00e1ntico (de 1900 a 1930) fue Wolfgang Pauli. Pauli no intentaba resolver el misterio de la Tabla Peri\u00f3dica; simplemente trataba de comprender el \u00e1tomo. Este personaje era famoso por su cruel sentido del humor. Nadie se libraba. Cuando el famoso f\u00edsico Victor Weisskopf, que entonces era ayudante de Pauli, le present\u00f3 los resultados de sus esfuerzos por desarrollar cierta teor\u00eda, Pauli dijo: “\u00a1Bah!, esto ni siquiera es err\u00f3neo”. Pauli tambi\u00e9n envi\u00f3 una carta a Albert Einstein<\/a>, dec\u00eda Pauli, “este estudiante es bueno, pero no entiende claramente la diferencia entre las matem\u00e1ticas y la f\u00edsica. Por otra parte, usted, querido maestro, hace tiempo que perdi\u00f3 la noci\u00f3n de estas diferencias.”<\/p>\n

Aparte de que era un aut\u00e9ntico imb\u00e9cil, tambi\u00e9n era un aut\u00e9ntico gran f\u00edsico, y, en 1924, Pauli anunci\u00f3 el principio de exclusi\u00f3n<\/a>: no hay dos electrones<\/a> que puedan ocupar el mismo estado cu\u00e1ntico. Este principio explicaba el orden de los elementos de la Tabla de Mendeleiev y, adem\u00e1s, por qu\u00e9 podemos utilizarla para predecir que elementos pueden combinarse con cu\u00e1les y c\u00f3mo. No entrar\u00e9 aqu\u00ed en detalle de lo que es un estado cu\u00e1ntico. Baste decir que el principio de exclusi\u00f3n<\/a> de Pauli limita el n\u00famero de electrones<\/a> en lo que actualmente llamamos las “capas” [o niveles de energ\u00eda] de cada \u00e1tomo: dos electrones<\/a> en el primer nivel, ocho en el segundo, dieciocho en el tercero, y as\u00ed sucesivamente. El \u00e1tomo de hidr\u00f3geno, por ejemplo, no tiene m\u00e1s que un prot\u00f3n<\/a> en su n\u00facleo. Para equilibrar esta carga positiva \u00fanica necesitamos un electr\u00f3n<\/a> (carga negativa), que ocupa en su \u00f3rbita el nivel m\u00e1s bajo de energ\u00eda. El siguiente en la Tabla es el helio. Su n\u00facleo tiene dos cargas positivas, por lo que necesitamos dos electrones<\/a>, que, seg\u00fan el principio de Pauli, encajan ambos en el primer nivel…<\/p>\n

emilio silvera<\/em><\/p>\n

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