ASPECTOS GENERALES DEL CONOCIMIENTO QUIMICO Se habla de la transformación de las sustancias, NO de la materia. DESARROLLO HISTORICO DE LA QUIMICA INTRODUCCION.

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1 ASPECTOS GENERALES DEL CONOCIMIENTO QUIMICO Se habla de la transformación de las sustancias, NO de la materia. DESARROLLO HISTORICO DE LA QUIMICA INTRODUCCION JOHN JAIRO PARRA BOHORQUEZ INSTITUTO DE QUIMICA 2009

2 ASPECTOS GENERALES DEL CONOCIMIENTO QUIMICO 1.¿Qué es Química? La Química es el estudio de la composición, estructura y propiedades de las sustancias materiales, de sus interacciones y de los efectos producidos sobre ellas al añadir o extraer energía en cualquiera de sus formas. 2. ¿Cuál es el orden del descubrimiento de los metales? Se habla de la transformación de las sustancias, NO de la materia. Edad de Piedra ------>Primeros procesos químicos : FUEGO. Se descubre el COBRE (Dos piedras en contacto con el fuego, luego lo vierte en moldes de arcilla). Alguien arroja al cobre caliente y fundido un misterioso polvo gris : Bronce (+ resistente). Luego viene el HIERRO. (Alguien fortituamente calienta ciertas piedras rojizas sobre carbón de leña) : Edad del Hierro. 900 a 500 a.c.

3 3. ¿Cuál fue el primer proceso químico donde se aplica magia, mística y técnica? Es la metalurgia. 4. ¿Qué culturas habían alrededor de los 1500 a.c.? Artesanos de Mesopotamia, Egipto y China. 5. En resumen ¿Cómo define la época entre el 2500 al 600 a.c? Las explicaciones se basaban principalmente en la magia, pero también iban elaborando ideas acerca de la astronomía, las matemáticas y la cosmología. 6. ¿Qué caracterizó a los filósofos Griegos? Empezaron a hacer especulaciones lógicas sobre el mundo físico, en lugar de coger los mitos para explicar los fenómenos. 7. ¿Cuáles eran los elementos en la concepción de los filósofos griegos? Tierra – Agua – Aire – Fuego.

4 8. ¿Cuál fue el planteamiento de Demócrito y cuál el de Aristóteles? Demócrito consideró que esos elementos estaban compuestos por ÁTOMOS, partículas diminutas que se movían en el VACÍO. Aristóteles, creyó que los elementos formaban un medio continuo de materia y por tanto, el VACÍO NO existía. 9.¿Cómo concibe Aristóteles los cuatro elementos? Creía que la materia poseía cuatro cualidades: CALOR – FRÍO – HUMEDAD – SEQUEDAD y que éstas conformaban los elementos, así: Fuego: Caliente y seco Agua: Frío – húmedo Aire: Caliente – Húmedo Tierra: Fría – Seca 10.¿Cómo surge la Alquimia? Aristóteles postuló: * Tanto los elementos como sus cualidades se combinaban en diferentes proporciones para formar los componentes del planeta terrestre. Como era posible lo anterior, entonces se podía transformar un elemento en otro, lo que conllevaría a cambiar las sustancias materiales formadas por los elementos. Ej. El Plomo en Oro

5 11.¿Qué beneficio dejan los principios de buscar la transmutación química? En las búsqueda de la perfección de los metales (lo que no se consiguió) se descubrieron muchos procesos químicos. 12. ¿En que siglo surge la Alquimia? ¿Cuáles? Surge en el siglo I d.c. paralelamente en Egipto y China. Ambas consideraban el Oro como el metal perfecto, pero los chinos también lo consideraron como medicina. EDAD MEDIA. Siglos V a XIV d.c. 13.¿Qué pasó en el siglo VI d.c.? Cae el imperio romano en Occidente. Un grupo de cristianos, los Nestorianos, cuyo idioma era el Sirio, expandieron la cultura griega por el Asia Menor, estableciendo una Universidad en Edessa, Mesopotamia, traduciendo al sirio gran cantidad de escritos filosóficos y médicos, griegos, los cuales eran utilizados por los estudiantes 14. ¿Qué pasó en los siglos VII y VIII? Los árabes expanden la cultura islámica por Asia menor, Norte de África y España. La traducción siria de los textos griegos fue traducida de nuevo, esta vez al Árabe. Vuelve a florecer la Alquimia (Ya la árabe). Los árabes conciben la alquimia; con el Oro como metal perfecto y como medicina. Se concibe un agente específico para estimular la transmutación y es la Piedra filosofal, esto no solo los lleva a la riqueza, sino también a la salud.

6 15. Aportes en tecnologia quimica En ese proceso alquímico, se descubren sustancias nuevas como los ALCALIS CAUSTICOS y las SALES DE AMONIO y se manejan los aparatos de DESTILACIÓN. Empieza la aplicación de métodos cuantitativos, para las fórmulas médicas árabes. 16. ¿Qué pasó en el siglo XI? –Con los intercambios culturales de los estudiantes árabes y cristianos en Sicilia y España, hay un resurgimiento intelectual en Europa Occidental. –Se crean escuelas de traductores, así el saber de la ciencia griega pasa por las lenguas sirias, árabes y al latín. –Se desarrollan bastante bien los aparatos de destilación para condensar los productos más volátiles de la destilación,. Es así, como se obtienen: El alcohol, los ácidos minerales: Nítrico, Sulfúrico, Clorhídrico y el agua regia (mezcla de ácido nítrico y ácido clorhídrico), esto conlleva a más reacciones químicas. –Llega la pólvora de china (la traen los árabes) la utilizaban para sus fuegos artificiales, acá ya la utilizan para la guerra.

7 17. ¿Qué pasó a finales del siglo XIII? Los árabes seguían con la teoría Aristotélica para explicar la materia, pero iban un poco más allá, en lo referente a la composición de los metales, ellos creían que los metales consistían de Mercurio y Azufre, no como sustancias físicas en sí, sino como principios; el principio del Mercurio, le confería la propiedad de fluidez a los metales y el principio del Azufre, convertía en combustible a las sustancias y corroía a los metales. Las reacciones químicas las explicaban en los términos anteriores (cantidades de esos principios). EL RENACIMIENTO Siglos XIV a segunda mitad del siglo XVII En los siglos XIII y XIV la influencia Aristotélica empieza a debilitarse. Con los trabajos académicos que se hacían sobre el comportamiento de la materia, surgían dudas acerca de las explicaciones SIMPLISTAS dadas por Aristóteles. Ya en el siglo XVI hay un gran avance en los trabajos de minería y metalurgia y por lo tanto se requiere el uso de balanzas y el desarrollo de métodos cuantitativos. Los médicos empezaron a reconocer la necesidad de una mayor precisión en el peso o volumen de las dosis que administraban

8 18. ¿Qué caracterizó a Paracelso? Como había nacido en una región minera se había familiarizado con las propiedades de los metales y sus compuestos. Estos eran para él, superiores en el efecto a los remedios de hierbas utilizados, por los médicos ortodoxos. Funda la IATROQUÍMICA (uso de medicinas químicas). 19. ¿Qué modificó Paracelso acerca de la composición de los metales? Recordemos que los Árabes creían que los metales consistían de Azufre y Mercurio (sus principios). Este señor añade un tercer componente, LA SAL, como la parte terrestre de todas las sustancias. (También como principio). Dijo que cuando la MADERA arde: lo que se quema es AZUFRE, lo que se evapora es el MERCURIO y lo que se convierte en cenizas es la SAL. Sus seguidores (de la iatroquímica) abandonan un poco esas ideas y empiezan a preparar sus propios remedios químicos. 20. ¿Cuál fue el aporte de Andreas Libavius? A finales del siglo XVI publica un libro, Alchemia considerado como el primer libro de química, donde organizó el saber de los Iatroquimicos.

9 21. ¿Cuál fue el aporte de de Jan Baptista Van Helmont? Médico, deja la medicina para dedicarse al estudio de la química Hace un experimento, dá los fundamentos de la ley de la conservación de la masa Demostró que había un tipo de sustancia con propiedades físicas particulares y las llamó gases. 22.¿Cuál fue el experimento que dió fundamento a la primera ley de la estequiometría? Se utiliza la balanza Cantidad de arena definida Balanza Se pesa Muestra Δ Exceso alcali Vidrio Soluble + Ácido Cantidad de arena definida

10 23. Un acontecimiento de suma importancia en el siglo XVI Con varios experimentos, se descubre cómo crear un vació, algo que Aristóteles había declarado imposible, (ver pregunta 8), con lo cual se vuelve a la antigua teoría de Demócrito que había impuesto que los átomos se movían en el vacío. 24. ¿Cuál fue el aporte del filósofo y matemático Francés René Descartes? El y sus seguidores desarrollaron una visión mecánica de la materia en la que el tamaño, la forma y el movimiento de las partículas diminutas explicaban todos los fenómenos observados. 25.¿Cuál fue el origen del desarrollo de la teoría cinético-molecular de los gases? A raíz de la concepción mecanicista de la materia concebida por Descartes, la mayoría de los Iatroquímicos y filósofos naturales de la época suponían que los gases no tenían propiedades químicas, con lo cual su atención se centra en su comportamiento físico. 26. ¿Cuál fue el aporte del químico físico británico Robert Boyle? Con lo anterior, Boyle inicia estudios sobre el “muelle de aire” (elasticidad) que lo condujeron a establecer su ley, como una generalización de la relación inversa entre la presión y el volumen de los gases.

11 27. ¿Cuál fue el aporte de Johann Joachin Becher? En la segunda mitad del siglo XVII, el médico, economista y químico Alemán, Becher, anotó que cuando la materia orgánica ardía, parecía que un material volátil salía de la misma sustancia. ¿Qué planteó el alumno de Becher acerca de ese material volátil? Georg Ernst Stahl, lanzó su teoría, la cual dura casi un siglo. Supuso que cuando algo ardía, su parte combustible era expulsada al aire, a esta parte la llamó FLOGISTO que quiere decir, inflamable. Algunos casos que tuvieran que ver con el flogisto La oxidación de los metales era análoga a la combustión, y por tanto, suponía perdida de flogisto Las plantas absorbían el flogisto del aire, por lo que eran ricos en él. Al calentar las escorias (u óxidos) de los metales con carbón de leña, se les restituía el flogisto 28.¿En que momento nace la concepción de AFINIDAD y en que consistió? En el siglo XVIII, al estudiarse más productos químicos, los químicos observaron que ciertas sustancias se combinaban más fácilmente o tenían más afinidad por un determinado producto químico que otras. 29. ¿A qué conllevó el hecho de la afinidad química de unas sustancias para otras? Se prepararon tablas que mostraban las afinidades relativas al mezclar diferentes productos. El uso de estas tablas hizo posible predecir muchas reacciones químicas antes de experimentarlas en el laboratorio

12 30.¿Cómo surge la Química Analítica? Los avances en las afinidades químicas conllevaron al descubrimiento de nuevos materiales y se empezaron a desarrollar métodos cualitativos y cuantitativos, dando origen a la química analítica. 31.¿Qué obstáculo se presentaba en estos momentos en el desarrollo de la Química? Existía la creencia que los gases sólo desempeñaban un papel físico, lo cual atrasó mucho el desarrollo de la química. 32.¿En qué momento empieza a adquirir importancia el estudio químico de los gases? Cuando el fisiólogo británico Stephen Hales desarrolla la cubeta o cuba neumática para recoger y medir el volumen de los gases liberados en un sistema cerrado, los gases eran recogidos sobre el agua tras ser emitidos al calentar diversos sólidos. 33. ¿Cuál fue el aporte de Joseph Black en 1756? Publicó sus estudios sobre las reacciones de los carbonatos de magnesio y de calcio. Carbonatos Δ Gas + Dióxido de Carbono “Aire fijo”

13 33.Trabajo del físico británico Henry Cavendish. Aisló el Hidrógeno (aire inflamable) Introdujo el uso del Mercurio en lugar del Agua como líquido sobre el que se recogían los gases, que eran solubles en aquella. 34.Aporte del Químico y teólogo británico Joseph Priestley. Su descubrimiento más importante fue el Oxígeno, el cual hacia posible la respiración animal. Llamó al Oxígeno “aire deflogistizado”. 35. ¿Qué pasó en Francia, alrededor del 1774? A Lavoisier le preocupaba el hecho de que los metales ganaban peso al calentarlos en presencia del aire, cuando se suponía que estaban perdiendo flogisto. 36.¿En qué consistió el encuentro entre Priestley y Lavoisier? Priestley viaja a Francia, le comenta a Lavoisier su descubrimiento del aire deflogistizado. Lavoisier entendió rápidamente el significado de esta sustancia y la llamó OXÍGENO. Este hecho abrió camino para la revolución química que estableció la QUÍMICA MODERNA.

14 NACIMIENTO DE LA QUÍMICA MODERNA 37. Los aportes más fundamentales de LAVOISIER fueron: Demostró con una serie de experimentos que el aire contiene 20% de Oxígeno. Que la combustión es debida a la combinación de una sustancia combustible con el oxígeno. Demostró que el flogisto no existe, al quemar Carbono, se producía aire fijo (dióxido de Carbono). Utiliza la balanza en el laboratorio para darle apoyo a sus trabajos cuantitativos. Define los elementos como sustancias que no pueden ser descompuestas por medios químicos, preparando el camino para la aceptación de la ley de la conservación de la masa. Sustituye el sistema antiguo de nombres químicos (basados en la alquimia) por la nomenclatura química racional utilizada hoy. Muere en la guillotina en 1794. 38.¿Cuál fue el aporte del químico sueco Jöns Jakob, barón de Berzelius? Propuso representar los símbolos de los átomos de los elementos por la letra o par de letras de sus nombres. 39. ¿Quién demuestra la ley de las proporciones múltiples? A principios del siglo XIX, un químico-físico francés Joseph Gay-Lussac demostró que los volúmenes de los gases reaccionantes están siempre en la relación de números enteros sencillos.

15 40. ¿Cuáles fueron los aportes del inglés John Dalton en 1803? Supuso que cuando se mezclaban dos elementos, el compuesto resultante contenía un átomo de cada uno. En su sistema, el AGUA, podría tener una fórmula correspondiente a HO. Asignó arbitrariamente al Hidrógeno la masa atómica 1 y luego calculó la masa atómica relativa del Oxígeno y así calculó las masas atómicas de los elementos conocidos hasta entonces. 41. ¿Por qué falla la teoría de Dalton? No explicaba por completo la ley de las proporciones múltiples y no distinguía entre átomos y moléculas, por lo tanto, no podía distinguir entre las posibles fórmulas del agua HO y H2O2. Tampoco explicaba por qué la densidad del vapor de Agua, suponiendo que su fórmula fuera HO, era menor que la del Oxígeno, suponiendo que su fórmula fuera O. 42. Aportes del físico italiano Amadeo Avogadro en 1811. Encontró la solución a los problemas de Dalton. Sugirió que a una temperatura y presión dadas, el número de partículas en volúmenes iguales de gases era el mismo, e introdujo también la distinción entre átomos y moléculas. Cuando el Oxígeno se combina con el Hidrógeno, un átomo doble de Oxígeno (molécula en nuestros términos) se dividía y luego cada átomo de Oxígeno se combinaba con dos átomos de Hidrógeno, dando la fórmula molecular de H2O para el Agua y O2 y H2 para las moléculas de Oxígeno e Hidrógeno, respectivamente.

16 43. ¿Qué pasó con el aporte de Avogadro? Sus ideas fueron ignoradas durante casi 50 años, tiempo en el que prevaleció una gran confusión en los cálculos de los químicos. 44. ¿Qué pasa en 1860? El químico italiano Stanislao Cannizzaro vuelve a introducir la hipótesis de Avogadro. Ya en esta época los químicos habían elegido de patrón para las masas atómicas, el Oxígeno 16, valor de la referencia, en lugar de1.0 del Hidrógeno dado por Dalton. Se empieza a usar la masa molecular del Oxígeno, 32, es decir, 1.0 mol. 45. ¿Consecuencia de lo anterior? Los cálculos químicos se normalizan y empieza a escribirse fórmulas fijas. 46. ¿Qué presentaba inconvenientes en esos momentos? El antiguo problema de la naturaleza de la afinidad química permanecía sin resolver. 47. ¿Qué herramienta se coge para tratar de solucionar el anterior problema? Se piensa que la respuesta puede estar en la Electroquímica, recientemente descubierta.

17 En 1860 se descubre la pila voltaica, la primera pila eléctrica real, proporcionándole a los químicos una nueva herramienta, con la cual se descubre el Sodio y el Potasio. 48.¿Cuál fue el aporte de Berzelius al anterior problema (afinidad química)? Opinó que las fuerzas electrostáticas positivas y negativas podían mantener unidos a los elementos. Al principio sus teorías fueron aceptadas. 49.¿Qué problema se presenta con el aporte que había hecho Berzelius? Cuando los químicos empezaron a preparar y estudiar nuevos compuestos y reacciones en las que las fuerzas eléctricas parecían no estar implicadas (compuestos no polares) el problema de la afinidad vuelve y se posterga un tiempo. 50. ¿Y de la Química Orgánica qué? También en el siglo XIX la química orgánica da un avance muy importante. Se desarrolla la teoría estructural, que proporcionaba una imagen de cómo se mantenían unidos los átomos. Ella hizo posible la predicción y preparación de muchos compuestos nuevos.

18 51. ¿Cómo surge la Termodinámica? El reconocimiento de que el calor era debido al movimiento a escala atómica (fenómeno cinético) hizo abandonar la idea de que el calor era una sustancia específica (denominada calórico) e inició el estudio de la TERMODINÁMICA QUÍMICA. 52. ¿Qué es la Química-Física y en que año surge? A finales del siglo XIX se tenían los siguientes estudios, los cuales se engloban en un campo llamado Química-Física. Se abandona la idea de que el calor era una sustancia. El químico sueco Svante August Arrhenius con experimentos de electroquímica postula la disociación de las sales en disolución para formar iones portadores de cargas eléctricas. Los estudios de los espectros de emisión y absorción de los elementos y compuestos conllevan al campo de la espectroscopia. Se empieza una investigación fundamental sobre los coloides y la fotoquímica. 53. ¿Y de la Química Inorgánica qué? Seguían descubriéndose más elementos y no se tenía una organización para ellos. El químico ruso Mendeleiev (1869) y el químico alemán Meyer (1870) elaboraron independientemente la ley periódica.

19 A finales del siglo XIX, cuando se creía todo casi resuelto, se presenta un hecho sorprendente, ¿cuál es? Se descubre la radiactividad y con ella: Los métodos químicos se utilizan para aislar nuevos elementos (Radio). Se separan nuevos tipos de sustancias como los isótopos. Se sintetizan y aislan nuevos elementos transuránicos. 54. ¿Cuál fue otro de los aportes más importantes de la Radioactividad? Los físicos consiguieron dibujar la estructura real de los átomos, que resolvía el antiguo problema de la afinidad Química y explicaba la relación entre los compuestos polares y no polares. 55. Un hecho importante en el siglo XX. Se desarrolla la bioquímica, la cual empezó simplemente con el análisis de los fluidos corporales. Hacia la mitad del siglo los bioquímicos habían aclarado el código genético y explicado la función de los genes, base de toda la vida. El campo creció tanto que culminó en una nueva ciencia, la biología molecular.

20 56. Aportes recientes en Química. Tenemos entre otros los dos siguientes: La biotecnología, con la cual se ha iniciado un esfuerzo internacional para ordenar en serie el genoma humano. El éxito de este proyecto cambiará la naturaleza de campos como la biología molecular y la medicina. La ciencia de los materiales, combinación interdisciplinaria de Física, Química e Ingeniería, dirige el diseño de los materiales y mecanismos avanzados. Ejemplos: El descubrimiento de ciertos compuestos cerámicos que mantienen su superconductividad a temperaturas por debajo de -196oC. El desarrollo de polímeros emisores de luz.