SEGUNDA REVOLUCIÓN DE LA QUÍMICA: EL ORDEN EN LA DIVERSIDAD DE LAS SUSTANCIAS: APORTACIONES DEL TRABAJO DE CANNIZZARO Y MENDELEIEV
PDA:
o Identificarás el análisis y la sistematización de resultados como
características del trabajo científico realizado por Cannizzaro, al establecer
la distinción entre masa molecular y masa atómica.
o
Identificarás la importancia de la organización y
sistematización de elementos con base en su masa atómica en la tabla periódica
de Mendeléiev, que lo llevó a la predicción de algunos elementos aún
desconocidos.
o Argumentarás la importancia y los mecanismos de la comunicación de ideas
y productos de la ciencia como una forma de socializar el conocimiento.
Principales características
- Se
desarrolló la química orgánica
- Se
consolidaron los conceptos de molécula, isomería y valencia
- Se
organizó la tabla periódica de los elementos
Principales descubrimientos
- La tabla
periódica, propuesta por Dmitri Mendeleiev en 1869
- La ley
periódica de los elementos, que establece que las propiedades de los
elementos son función periódica de sus masas atómicas
- La
reducción-oxidación de aldehídos, descubierta por Stanislao
Cannizzaro
Antecedentes
- La teoría
atómica de Dalton
- Las leyes
de los gases de Gay-Lussac y Cavendish
- La
hipótesis de Avogadro sobre el número de partículas en volúmenes iguales
de gases distintos
Un hecho trascendental e importante fue el
concepto de peso atómico y se relaciona
con el peso molecular, esto sentó las bases de la teoría atómica, y despejó
las dudas de la época pues se usó un lenguaje sencillo.
Cannizzaro
aplicó la ley de Gay-Lussac para calcular los pesos atómicos y relacionarlos
con los pesos moleculares. También supo la hipótesis de Avogadro y Ampere así
como el método de Dumas para determinar los pesos moleculares de los líquidos.
Para el cálculo del peso atómico empleó la ley de
Dulong y Petit. Con todos esos antecedentes pudo construir una tabla con 33
sustancias que es lo que permitió el desarrollo de la tabla periódica de los
elementos químicos.
Cannizzaro formuló una ley
para determinar los pesos atómicos de los elementos: las distintas
cantidades del mismo elemento contenido en distintas moléculas son todas
múltiplos enteros del peso atómico. Y que representaban el átomo como la
porción más pequeña de un elemento que entra en la molécula de sus compuestos.
Los pesos
atómicos propuestos por Cannizaro
fueron la clave para elaborar la Tabla periódica de los elementos químicos.
Las ventajas del sistema de Cannizzaro eran las
siguientes:
1.- Se establecía un único peso atómico para cada
elemento químico.
2.- Las fórmulas de las sustancias simples tienen sentido y se pueden
determinar con exactitud al dividir su peso molecular por el peso atómico del
elemento.
3.- Los pesos atómicos y sus fórmulas derivadas están de acuerdo con la ley de
Dulon y Petit y el isomorfismo.
La tabla periódica en la segunda revolución de la
química
A mediados del siglo XIX comenzaron los primeros
intentos por encontrar una clasificación razonable que permitiera ordenar los
elementos químicos. Algunos Científicos se guiaban por los pesos atómicos,
otros por los equivalentes y otros por las valencias.
Mendeleiev fue el único en tomar en cuenta los
pesos atómicos corregidos por Cannizzaro y las propiedades de los elementos.
Meyer
también descubrió la correlación entre los elementos químicos y los pesos
atómicos, pero -a diferencia de Mendeleiev- tenía anomalías en su tabla pues
los elementos no encajaban en el grupo que les correspondía y había huecos en
el orden establecido.
En
1869, Mendeleiev presentó la primera versión de su tabla periódica con 63
elementos.
La
importancia de la periodicidad
Las propiedades de los
elementos químicos siguen la ley periódica en orden creciente del número
atómico, que coincide con el número total de protones en el núcleo atómico.
Además
de los trabajos de Lavoisier, Dalton
conocía los trabajos sobre la combinación química de Proust y Richter y al intentar explicar la solubilidad
de distintos gases en agua, propuso su teoría
atómica,
construyendo modelos atómicos de madera, esto permitió observar cómo se
intercambian los átomos entre las moléculas, permitiendo primero modelar y
luego intentar sintetizar nuevas sustancias.
Las
leyes de los gases
Gay-Lussac y Cavendish observaron
que el hidrógeno y el oxígeno formaban agua en una relación volumétrica de 2:1,
concluyendo que todos los gases siempre se combinaban en la relación más simple
cuando interactuaban entre sí. Posteriormente el químico italiano Avogadro pudo
diferenciar entre moléculas y átomos considerando que dos átomos iguales se
pueden combinar para formar una molécula, a su vez, propuso la hipótesis de que
volúmenes iguales de gases distintos deben tener el mismo número de partículas
Ideas
electroquímicas del enlace
Tabla
que representa la escala de electronegatividad propuesta por Berzelius en el
siglo XIX
Las
primeras nociones de que el enlace químico era de naturaleza eléctrica se
obtuvieron de los resultados de los experimentos de los científicos
ingleses Nicholson y Carlisle quiénes
lograron descomponer el agua en hidrógeno y oxígeno mediante el paso de
corriente eléctrica.4
Por
otro lado, Berzelius desde
1802 descubrió que las sales alcalinas se descomponían en ácidos y bases
utilizando este proceso conocido como electrólisis. Berzelius
consideraba que los átomos de los diversos elementos eran dipolos eléctricos
con una carga predominantemente positiva o negativa, de ahí surgió un sistema
dualístico que permitía entender las diversas combinaciones químicas
1. 1900: Teoría cuántica de Max Planck
o Max Planck
propone la teoría cuántica, que sentó las bases para comprender el
comportamiento de las partículas subatómicas y la relación entre energía y
frecuencia.
2. 1904: Modelo de Rutherford para la estructura del
átomo
o Ernest
Rutherford propone un modelo atómico en el que los electrones orbitan alrededor
de un núcleo central cargado positivamente, lo que revoluciona la comprensión
de la estructura atómica.
3. 1913: Modelo de Bohr del átomo
o Niels Bohr
desarrolla un modelo del átomo que incorpora niveles de energía cuantizados
para los electrones, lo que ayuda a explicar la emisión y absorción de luz por
los átomos.
4. 1927: Principio
de incertidumbre de Heisenberg
o Werner
Heisenberg formula el principio de incertidumbre, que establece que es
imposible conocer con precisión la posición y la velocidad de una partícula al
mismo tiempo.
5. 1932: Descubrimiento del neutrón
o James Chadwick
descubre el neutrón, una partícula neutra en el núcleo atómico, lo que lleva a
una mejor comprensión de la estructura de los núcleos atómicos.
6. Década de 1930:
Desarrollo de la química orgánica
sintética
o Durante esta
década, se producen avances significativos en la síntesis de compuestos
orgánicos, lo que lleva al desarrollo de nuevos plásticos, fibras sintéticas y
productos químicos farmacéuticos.
7. 1953: Descubrimiento de la estructura del ADN
o James Watson y
Francis Crick proponen una estructura en forma de doble hélice para el ADN, lo
que revoluciona la biología molecular y la genética.
8. 1960: Desarrollo de la teoría de la estructura
electrónica
o La teoría de la
estructura electrónica, que se desarrolla en esta década, proporciona una
comprensión profunda de cómo los electrones ocupan y se mueven en los orbitales
atómicos, lo que es fundamental para la química moderna.
9. 1970: Desarrollo de la química computacional
o Se comienzan a
utilizar métodos computacionales para el estudio de la química teórica, lo que
permite predecir y modelar propiedades químicas y reacciones.
10. 1980-1990:
Avances en la nanotecnología y la química supramolecular
Tercera revolución química
La tercera revolución química fue un periodo
de la historia de la química que comenzó a principios del siglo XX. Se
caracterizó por el descubrimiento de los electrones y la radiactividad, lo que
permitió reconocer que los átomos podían dividirse.
La 3era revolución química fue quizás la
más importante: apareció Bohr con su teoría de que el átomo está compuesto por
capas de energía u orbitales atómicos, y que el salto del electrón de un
orbital a otro liberaba o atrapaba energía, y que se clasificaban según el nº
de electrones de valencia.
Esta revolución dio lugar a modelos atómicos y
moleculares que permiten explicar y predecir la estructura, propiedades y
composición de los materiales.
Entre los aportes de la tercera revolución química
se encuentran:
- El
reconocimiento de que los átomos pueden dividirse
- La
creación de modelos atómicos y moleculares
- La
comprensión de los orbitales atómicos y los electrones
- La
identificación de los cuatro tipos básicos de orbitales (s, p, d, f)
- La
explicación de las uniones químicas, como las covalentes, iónicas y
metálicas
Ideas principales de la tercera revolución de la
química
Sobre la valencia y la estructura de los átomos y
las moléculas, obra de Gilbert N. Lewis, es la fuente de muchas de las ideas
actuales de la teoría electrónica sobre enlaces y reactividad
1. El enlace formado a través de un par de
electrones compartidos
2. La continuidad del enlace y la polarización
3. La relación entre la polaridad del enlace y la
electronegatividad
4. Ácidos y bases
5. La definición de Lewis de ácidos y bases
6. La importancia de los puentes de hidrógeno
7. Los electrones de valencia son los que se
permiten que se dé el enlace químico
8. La regla del octeto
Personajes de la tercera revolución química y sus
aportes
– Gilbert Newton Lewis (1875-1946),
fisicoquímico estadounidense que ideó el concepto de enlace covalente y acuñó
el vocablo “fotón”. Además, estableció la regla del octeto.
– Niels Bohr (1885-1962), físico
danés que ayudó a la comprensión del átomo y la mecánica cuántica.
– Henry Moseley (1887-1915),
fisicoquímico británico que descubrió 5 elementos nuevos y estableció el
concepto de número atómico.
– Erwin Schrödinger (1887-1961),
físico austriaco que estableció la “ecuación de Schrödinger”, que se
convertiría en las bases de la mecánica cuántica.
– Werner Heisenberg (1901-1976),
físico teórico alemán, pionero de la mecánica cuántica.
– Linus Pauling (1901-1994),
ingeniero químico y bioquímico estadounidense. Entre otros aportes, introdujo
la teoría de enlace de valencia. Fue uno de los primeros químicos cuánticos.
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