UN POCO DE HISTORIA
La cuestión de la divisibilidad de la materia ocupó el
pensamiento del hombre ya desde la antigüedad. Es evidente que cualquier cuerpo
material puede dividirse en partes cada vez más pequeñas que tienen las mismas
propiedades que el todo. Sin embargo ¿hasta cuando puede seguirse esa
división?. ¿Podrá seguir dividiéndose más allá de lo que perciben nuestros
sentidos?.
Hacia el siglo V antes de Cristo, durante el período clásico
griego, se desarrollaron dos corrientes de pensamiento: Algunos pensadores como
Sócrates y Platón, de gran renombre, proponían la divisibilidad infinita, es
decir que siempre podía encontrarse una partícula más chica que tuviera las
mismas propiedades que el conjunto. Otros menos conocidos como Leucipo y
Demócrito, pensaban que la divisibilidad tenía un límite, sostenía que la
materia era discontinua, porque existían partículas mínimas que no podían ser
divididas. De esta época viene el nombre de átomo con que Demócrito denominó a
esta partícula “sin partes” que es lo que significa “átomo”.
La supremacía del pensamiento de Aristóteles, quien se
inclinó por las ideas de Sócrates y Platón, hizo que el concepto de
divisibilidad infinita predominara sobre el de discontinuidad y atomicidad, por
lo que durante muchísimo tiempo esta idea fue ignorada. Luego, en el Medioevo,
estas cuestiones directamente perdieron interés y no se pensó en ellas.
Durante el período del Renacimiento, ya en el siglo XV de
nuestra era, comenzó por un lado la revaloración del pensamiento clásico grecorromano
y por otro, algunos científicos se animaron a discutir las ideas de Aristóteles.
La Química aún no se había desarrollado como ciencia, pero existían los
alquimistas, que realizaron numerosos experimentos y descubrieron
procedimientos y sustancias químicas pero sin una metodología que los llevara a
discutir el concepto de la divisibilidad infinita. Debería pasar aún mucho
tiempo hasta que a finales del siglo XVIII, Antoine Lavoisier comenzara a usar
la balanza en sus experimentos y descubriera las primeras leyes ponderales
(obtenidas con mediciones experimentales) que dieron nacimiento a la ciencia Química:
la Ley de Conservación de las Masas y la ley de la Conservación de los Elementos.
Esto dio lugar a un nuevo período de descubrimientos científicos que fueron
desterrando viejas ideas acerca de los fenómenos, como la teoría del flogisto,
el elixir de la larga vida, la piedra filosofal, etc. y Definieron con mayor
precisión los conceptos de sustancia química, elemento químico y fenómeno
químico.
TEORÍA ATÓMICA
A las leyes de Lavoisier, de Conservación de las Masas y Conservación
de los Elementos, se sumarían rápidamente la de las Proporciones Definidas o Constantes
de José Luis Proust, la de las Proporciones Múltiples de John Dalton, la de los
Equivalentes Químicos de Jeremías Benjamín Richter, todas estas conocidas como
leyes gravimétricas, debido a que se basan en la medición de masas. A estas se
agregará luego una ley volumétrica (basada en la medición de volúmenes), la Ley
de las Combinaciones Gaseosas de Joseph-Louis Gay-Lussac.
Basados en estas leyes, los científicos comenzarán a pensar
de nuevo en la discontinuidad de la materia hasta que en 1803 John Dalton formula
su Teoría Atómica, publicada en 1808 en el “Nuevo
Sistema de Filosofía Química”. Los postulados básicos de esta Teoría sostienen
que:
-
La materia es discontinua, porque está formada
por pequeñísimas partículas indivisibles: los átomos.
-
Todos los átomos de un mismo elemento
son iguales entre sí en masa y demás propiedades.
-
Los átomos de diferentes elementos se
distinguen en su masa y demás propiedades.
-
Las sustancias simples tienen átomos
sencillos mientras que las sustancias compuestas tienen átomos compuestos por la
unión de átomos sencillos de los elementos.
-
Los átomos no se pueden crear ni
destruir, en las reacciones químicas estos solamente cambian sus uniones y
distribución pero no sus características individuales.
-
Los átomos se agregan de diferentes
maneras dejando espacio vacío entre ellos.
-
Volúmenes iguales de gases diferentes,
medidos en las mismas condiciones de temperatura y presión tienen el mismo
número de átomos.
La Teoría Atómica tuvo una enorme repercusión porque
permitía explicar todos los acontecimientos que se estaban estudiando en esa
época. Sin embargo el mismo año de su publicación, Gay-Lussac descubre la ley
de las Combinaciones Gaseosas que pondrá en contradicción a la Teoría de
Dalton.
HIPÓTESIS MOLECULAR
Las medidas experimentales realizadas por Gay-Lussac no podían
explicarse a la luz de la Teoría Atómica. Para solucionar este inconveniente,
en 1811 Amedeo Avogadro propone su Hipótesis Molecular y corrige la Teoría de
Dalton, sosteniendo que:
·
La menor partícula en que puede dividirse una
sustancia es la molécula.
·
Las moléculas de una misma sustancia son iguales
entre sí en sus masa, composición y demás propiedades y las moléculas de
sustancias diferentes son diferentes entre sí.
·
Las moléculas están formadas por átomos: las de
las sustancias simples por átomos iguales y las de las sustancias compuestas
por átomos diferentes.
·
En los fenómenos físicos las moléculas no se
modifican.
·
En los fenómenos químicos cambian las moléculas
pero no los átomos que las componen.
·
Volúmenes iguales de gases diferentes, medidos
en las mismas condiciones de temperatura y presión tienen el mismo número de
moléculas.
Con estas correcciones quedó conformada la Teoría atómico-molecular
que en líneas generales sigue siendo válida en la actualidad para explicar la
estructura interna de la materia.
Con el tiempo se fueron descubriendo otras estructuras, como
moléculas muy complejas que no estaban previstas en la hipótesis original, o
los iones y cristales que tienen una estructura diferente a las de las moléculas.
También que el átomo, como veremos en el próximo capítulo, tiene una estructura
interna con partículas subatómicas como los electrones, protones y neutrones.
NUEVAS MAGNITUDES
La necesidad de medir estas nuevas partículas hizo que se
definieran nuevas magnitudes y conceptos, como los siguientes:
- Masa Atómica Absoluta (M. A. Abs.): la masa real de un
átomo expresada en gramos.
- Masa Atómica Relativa (M. A. R.): la masa de un átomo
comparada con la de otro de referencia.
- Masa Molecular Absoluta (M. A. Abs.) la masa real de una
molécula expresada en gramos.
- Masa Molecular Relativa (M. M. R.): la masa de una
molécula en unidades de masa atómica.
- Unidad de Masa Atómica (uma): la adoptada como referencia
para medir las masas de átomos y moléculas. En un principio fue la del
hidrógeno al que por ser el más liviano se le asignó valor 1, pero luego se
optó por la del isótopo de carbono con valor 12 (12C)
- Cantidad de materia: Magnitud fundamental del S.I. de
unidades que expresa la cantidad de partículas elementales de una muestra.
- Mol: Unidad internacional de cantidad de materia definida
como la cantidad de una sustancia que contiene la misma cantidad de átomos que 12
gramos de carbono.
- Nro. de Avogadro (NA): Nro. que expresa la
cantidad de partículas que hay en un mol, es una constante para todas las
sustancias y equivale a 6,022141x1023.
- Masa molar (m): masa real de un mol de una sustancia
expresada en gramos. Es numéricamente igual a la masa molecular relativa.
- Volumen molar (Vm): Volumen de un mol de una
sustancia. En los sólidos y líquidos este volumen depende de la densidad. En
los gases también, pero esta densidad es muy variable con la temperatura y la
presión. Por esto se definen para los gases la CNTP, Condiciones Normales de
Temperatura y Presión, estableciendo como norma una temperatura de 273 K (0 ºC)
y una presión de 1 atmósfera (101300 Pa). En estas condiciones, un mol de
cualquier gas (sin importar su masa) ocupa un volumen de 22,4 litros (22400 cm3).
Podemos establecer entonces esta importante relación para los gases.
1 mol à 6,022x1023 moléculas à M. M. R. (en g) à 22,4 litros
Para un líquido o un
sólido, su volumen se podrá calcular por la relación V = m/δ
INVESTIGACIÓN
PARA COMPLETAR EL TEMA
1) Breve biografía de los
científicos nombrados: Lavoisier, Dalton, Proust, Gay-Lussac, Richter,
Avogadro.
2) Enunciar las 4 leyes
gravimétricas de: Lavoisier, de Proust y de Dalton
3) Enunciar la ley volumétrica de Las
Combinaciones Gaseosas
4) ¿Cómo se calcula la masa
molecular y la masa molar de una sustancia?