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Química moderna

La química moderna se inicia con el químico francés Antoine Laurent Lavoisier (1743 – 1794). Él derrumba creencias como la transmutación y determina que las reacciones químicas conservaban la masa tanto al principio como al final. Así, se denomina que la masa no se crea ni se destruye, solo se transforma. Luego pasaría a llamarse la ley de la conservación de la masa.

Antoine Lavoisier el padre de la química moderna

Lavoisier realizo diversas pruebas con gases, donde daría por nombre oxígeno a un nuevo gas descubierto. Observó que el aire contiene un gas donde la combustión (gas flogisticado) no ocurre. Este gas lo llamo ázoe (Del griego “sin vida”), el cual termino llamando nitrógeno, que significa “que forma salitre”.

En 1783, Cavendish descubrió que los gases producto de la combustión se hallaba agua, al lograr condensar los gases resultantes. Con esto, se demostró que los griegos se equivocaron al creer que el agua era un elemento. Lavoisier, llamó a este gas hidrógeno (“productor de agua”) y finalmente dedujo que el agua era una combinación de hidrógeno y oxígeno.

Antoine Laurent Lavoisier
Antoine Laurent Lavoisier

Nomenclatura química

Entre 1780 y 1789, Lavoisier con otros tres químicos franceses, Louis Bernard Guyton de Morveau (1737-1816), Claude Louis Berthollet (1748-1822) y Antoine Francois de Fourcroy (1755-1808), confeccionaron una nomenclatura química que se publicó en 1787.

Esta nomenclatura tenia por objetivo facilitar el trabajo de futuras investigaciones y evitar que cada químico invente su propio sistema. Por ejemplo, el óxido de calcio estaba hecho de calcio y oxígeno; el cloruro sódico, de sodio y cloro; el sulfuro de hidrógeno, de azufre e hidrógeno; etc. También tenía un sistema de prefijos y sufijos que podían indicar acerca de las proporciones de los elementos presentes. Así, existía el dióxido de carbono y el monóxido de carbono como ejemplo.

En 1789, Lavoisier publicó su Tratado elemental de Química donde coloca sus nuevas teorías y nomenclatura. Con esto unifica los conocimientos de química y es considerado el primer texto moderno de química.

Lamentablemente el mismo año que Lavoisier público su libro, ocurre la Revolución Francesa, y el al ser también parte de una organización de recaudadores de impuestos, fue considerado parte del aparato de la monarquía, por lo que fue perseguido. Finalmente termino en la guillotina como muchos otros funcionarios en el año de 1794. De esta manera termino sus días uno de los mas grandes químicos de la historia. Un final injusto por los problemas sociales de la época. Pero quedo su trabajo con lo que le valió para ser nombrado el padre de la química moderna.

La ley de Proust

Joseph Louis Proust (1754-1826) demostró en 1799 que el carbonato de cobre, por ejemplo, contenía cobre, carbono y oxígeno en cantidades proporcionales muy bien definidas en peso. La proporción obtenida era siempre la misma, de 5,3 partes de cobre por 4 de oxígeno y 1 de carbono.

Proust observó esto y se cumplía en muchos otros compuestos, por lo que era posible hacer una generalización de que todos los compuestos tenían proporciones fijas de los elementos que lo componían. Esto se llamó la ley de las proporciones definidas o ley de Proust. Después de muchas comprobaciones de otros químicos, esta ley se convirtió en una de las importantes de la química moderna.

Esta combinación de átomos termino llamándose molécula, que proviene del latín “pequeña masa”. Hasta ese entonces se confirmo que el átomo pudiera ser la forma mas pequeña de la materia y que esta era indudablemente indivisible.

La teoría de Dalton

El químico inglés John Dalton (1766-1844) descubrió que dos elementos pueden combinarse en varias proporciones, formando con esto sustancias diferentes. Por ejemplo, el dióxido de carbono y el monóxido de carbono comparten los mismos elementos, pero en cantidades diferentes. A esto se le llamo la ley de las proporciones múltiples y fue publicado por Dalton en 1803.

Dalton propuso en 1803 su nueva teoría atómica basada en las leyes de las proporciones definidas y de las proporciones múltiples, también mantuvo el termino átomo como reconocimiento al griego filosofo Demócrito. Con esta nueva teoría atómica, ideas como la transmutación ya no tenia cabida en la química.

Existieron diversos estudios sobre la electricidad desde hace muchos años, pero Benjamín Franklin (1706 – 1790), que fue el primer gran científico norteamericano, que sugirió en 1740 la existencia de un único fluido eléctrico. También definió conceptos como carga positiva y negativa que actualmente usamos, aunque de una manera diferente a la que originalmente se pensó.

El físico italiano Alessandro Volta (1745-1827) en 1800 determinó que dos metales sumergidos en soluciones eran capaces de generar una carga. De esta manera se creó la primera batería eléctrica, produciendo corriente eléctrica. Esto determinaría que las reacciones químicas y la electricidad estaban muy relacionadas. Unos meses después, dos químicos ingleses, William Nicholson (1753-1815) y Anthony Carlisle (1768-1840), pudieron descomponer agua en hidrógeno y oxígeno al someterlos a una corriente eléctrica en unas varillas metálicas. Esta experiencia inversa se denomina electrolisis.

Dalton
John Dalton

Hipótesis de Avogadro

Joseph Louis Gay-Lussac (1778-1850), realizo investigaciones en los gases como el hidrógeno y oxígeno. Publicó en 1808 la ley de los volúmenes de combinación, donde determino que el agua estaba conformada de dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno. Lo mismo puedo realizar con la experimentación de otros gases para obtener resultados que explicaban como estaban conformado algunos compuestos.

Avogadro relaciona directamente los volúmenes de gases y el número de moléculas que contienen. A esta suposición, en 1811, se le llamo hipótesis de Avogadro.
En 1818, el químico francés, Pierre Louis Dulong (1785-1839), y un físico francés, Alexis Thérése Petit (1791-1820), descubrieron que el calor específico de los elementos (cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura en un rango definido) tenía una relación inversa al peso atómico. Se le conoce como la ley del calor atómico, con el cual se podía estimar el peso atómico de una sustancia con solo calcular experimentalmente su calor especifico. Una ley muy limitada a ciertos elementos sólidos.

Pesos atómicos y símbolos químicos

el químico sueco Jons Jakob Berzelius en 1807 comenzó a determinar pesos atómicos sin usar los métodos de Dalton. Berzelius utilizo los hallazgos de Dulong, Petit y de Mitscherlich, así como de la ley de los volúmenes de combinación de Gay-Lussac. La primera tabla de pesos atómicos de Berzelius, publicada en 1828, obtuvo valores cercanos a los hoy, excepto en dos o tres elementos. La gran diferencia con Dalton es que sus pesos atómicos no era generalmente números enteros.

Pesos atómicos

Las tablas de pesos atómicos fueron mejoradas durante todo ese siglo, luego que Berzelius demostró que los pesos atómicos de los elementos no son múltiplos enteros del peso atómico del hidrógeno.

Ya en los años de 1860, el químico belga Jean Servais Stas (1813- 1891) logro determinar los pesos atómicos con más exactitud que Berzelius. Muchos después, en los comienzos del siglo XX, el químico americano Theodore William Richards (1869-1928), logro valores más exactos debido a sus refinados métodos.

Símbolos químicos

Entonces surgió la necesidad de darles símbolos a los elementos, por lo que Dalton representó al átomo de oxígeno mediante un círculo simple, para el hidrógeno era un círculo con un punto central, el nitrógeno con una línea vertical, un círculo negro al átomo de carbono, y así sucesivamente. Pero este método podía complicarse cada vez más, así que Dalton represento círculos con una letra dentro. Así, el azufre era una S dentro de un circulo, los mismo para el fósforo, con la letra P. Berzelius observo que era suficiente representarlos solo con unas simples iniciales, que sería el inicial del nombre latino del elemento. De esta manera nacieron los símbolos químicos de los elementos que hoy se conocen.

Así, el mercurio es Hg que viene de hidrargirium, la plata que es Ag viene de la palabra argentum o el sodio que se simboliza como Na, viene de la palabra natrium. Existen otros elementos con símbolos químicos mucho más obvios y fáciles de identificar como el hidrogeno (H), oxigeno (O), nitrógeno (N), Carbono (C), Cloro (Cl).

Esta simbología ayudaría a representar a los elementos y también las moléculas, ya que ayudaría a entender su composición de una manera mas sencilla. Así, el agua es representado por H2O, que es dos moléculas de hidrógeno y una molécula de oxígeno. Finalmente, al representar las moléculas también se puede lograr que estas formulas químicas nos describan una reacción como también su balance de moléculas (ley de la conservación de masas de Lavoisier).
2 H2 + O2 -> 2 H2O

Electrolisis

Muchos químicos encontraron que no podían separar todos los compuestos que encontraban en la naturaleza mediante sus métodos. Llegaron a la conclusión que había elementos desconocidos que no se podían aislar.

El químico inglés, Humphry Davy (1778-1829), tuvo la idea de separar elementos de una manera diferente. Usaría una corriente eléctrica, la cual debería romper esas moléculas que aún no se podía determinar su composición real. Así, con una batería eléctrica con más de 250 placas metálicas, utilizo una corriente eléctrica para encontrar la manera de separar elementos. Entre las varias pruebas realizadas, determina el hallazgo de cloro en forma de gas. También determino que los ácidos no tienen una obligada relación con el oxígeno.

Posteriormente, su ayudante Michael Faraday (1791-1867), logró superarlo en sus investigaciones y fue dio el nombre de electrolisis a este proceso que consiste en la ruptura de moléculas mediante el uso de corriente eléctrica. También llamo electrolitos a los compuestos capaces de transportar corriente eléctrica, hizo lo mismo con el termino electrodo, cátodo y ánodo.

Así, en 1832 propuso su primera ley de la electrolisis donde la masa de una sustancia liberada por un electrodo en una electrolisis es proporcional a la cantidad de electricidad en dicha solución. También estableció la segunda ley de la electrolisis donde el peso del metal liberado por una cantidad de electricidad establecida es proporcional al peso equivalente del metal. Luego de esto, se pensó que posiblemente la electricidad también era posible de cuantificar de manera similar a los átomos, llamado también átomo de electricidad. Faraday finalmente nunca apoyo esta idea.

ELectrolisis
Electrolisis

Química orgánica

Durante el siglo XVII ya se observaba la diferencia de compuestos provenientes de materia viva y compuestos de origen inanimado. En 1807, Berzelius sugirió que las sustancias como el aceite de oliva o el azúcar, productos característicos de los organismos, se llamasen orgánicas. Las sustancias como el agua o la sal, características del medio no-viviente, eran inorgánicas.

Las sustancias orgánicas eran relacionadas a la vida, aunque hubo un creciente interés por identificar claramente los compuestos orgánicos y entender como obtenían esa conexión con la vida. Finalmente se entiende que la diferencia entre la química orgánica y la inorgánica no era tan drástica desde que lograron convertir compuestos inorgánicos en orgánicos.

Algunos hallazgos en química orgánica

En 1845, Adolph Wilhelm Hermann Kolbe (1818-84), un alumno de Wóhler, produjo ácido acético, sustancia orgánica, partiendo de elementos básicos como carbono, hidrógeno y oxígeno. Esto sumado a una similar experiencia de producción de urea por Wóhler dejo claro que el concepto de fuerza vital, que asociaron a los compuestos orgánicos, era absolutamente innecesario.

Finalmente, el químico francés Pierre Eugéne Marcelin Berthelot (1827-1907), alrededor de 1850 efectuó la síntesis de diversos compuestos orgánicos y los clasifico en tablas donde se incluían alcoholes, benceno, acetileno y otros.

El químico ruso, Gottlieb Sigismund Kirchhoff (1764-1833). En 1812 logró convertir almidón (calentándolo con ácido) en un azúcar simple que llamó finalmente glucosa. En 1820, el químico francés Henri Braconnot obtuvo glicina a partir de gelatina. Este sería el precursor de unos veinte aminoácidos que fueron aislados el siglo siguiente.

El químico francés Michel Eugéne Chevreul (1786-1889) pasó gran parte de su vida investigando las grasas. En 1809 trató jabón con ácido, y aisló lo que ahora se llaman ácidos grasos.

Finalmente se pudo ver que las sustancias orgánicas contenían uno o más átomos de carbono en su molécula, también podían contener átomos de hidrógeno.
Entonces el químico alemán Friedrich August Kekulé von Stradonitz (1829-86), conocido como Kekulé, en un libro publicado en 1861 definió la química orgánica como la química de los compuestos de carbono. Entonces la química inorgánica eran los compuestos que no contenían carbono, definición que es aceptada hasta hoy. Cabe aclarar que aun así sigue existiendo compuestos de carbono inorgánicos, pero estas presentan otra naturaleza química.

Valencia

el químico inglés Edward Frankland (1825 – 1899) en 1852 propuso lo que después se conocería como teoría de la valencia (del latín que significa «poder») el cual postula que cada átomo tiene un poder de combinación fijo. Por ejemplo, en condiciones normales, un átomo de hidrógeno solamente se combinará con otro átomo. Esto es también cierto para el sodio, cloro, plata, bromo y potasio. Todos ellos tienen una valencia de 1. Esto ocurre igual para otros átomos con valencias mayores.

El concepto de valencia ayudó a clarificar la diferencia entre peso atómico y peso equivalente de un elemento, que aun en el siglo XIX los químicos confundían con facilidad.

Fórmulas estructurales

Kekulé determino que el carbono de las moléculas orgánicas poseía una valencia 4 en el año de 1858. Luego de esto, el químico escocés Archibald Scott Couper (1831-1892), crea la representación de las moléculas orgánicas con líneas para representar los enlaces y ver claramente las complejas estructuras que están tienen, incluso más que las inorgánicas.

De acuerdo con Kekulé, los átomos de carbono podían enlazarse por medio de uno o más de sus cuatro enlaces de valencia. De esta manera, poder formar largas cadenas, lineales o ramificadas. Incluso para representar y diferenciar compuestos de igual composición, pero de estructura diferente como los isómeros.

carbono-tetrahedrico química moderna
Carbono Tetrahedrico

Moléculas tridimensionales

El químico danés Jacobus Hendricus Van’t Hoff (1852 – 1911), en 1874, propuso que los cuatro enlaces del carbono estaban en las tres dimensiones del espacio como un tetraedro. Esto se puede representar como si los tres enlaces de carbono están en la misma posición de las patas de un trípode, y el cuarto enlace apunta hacia arriba. Los enlaces son equidistantes entre ellas y separados por un Angulo de aproximadamente 109°. Estos cuatro enlaces están simétricamente alrededor del átomo, y la asimetría se produce cuando están ligados a otro tipo de átomos o grupo de átomos.
El químico francés Joseph Achille Le Bel (1847-1930) sugirió casi al mismo tiempo lo mismo, por lo que esta propuesta del carbono tetraédrico termino llamándose como teoría de VantHoff-LeBel.

La tabla periódica

El descubrimiento de nuevos elementos, además de los nueve conocidos por los antiguos y los cuatro estudiados por los alquimistas medievales. Los elementos gaseosos, nitrógeno, hidrógeno, oxígeno y cloro, descubiertos en el siglo XVIII. Igualmente, los metales cobalto, platino, níquel, manganeso, tungsteno, molibdeno, uranio, titanio y cromo. Luego en la primera década del siglo XIX se agregaron al menos catorce nuevos elementos.

El químico inglés Smithson Tennant (1761-1815) descubrió también el osmio y el iridio. Otro químico inglés, Charles Hatchett (aproximadamente 1765-1847), detecto el colombio (ahora llamado niobio), mientras que el químico sueco Anders Gustaf Ekeberg (1767- 1813) descubrió el tántalo.

El número de descubrimientos de nuevos elementos fue creciente. Berzelius, también, descubrió el selenio, silicio, circonio y torio. Luis Nicolas Vauquelin, en 1797, descubrió el berilio.

Ordenando los elementos

Ya en 1830 se conocían cincuenta y cinco elementos diferentes. Entonces empezó a inquietar a los químicos la idea de hasta donde llevarían estos hallazgos. No se conocía cuantos elementos más existían y mucho menos estaban claros sobre la naturaleza de las diversas sustancias y así poder clasificarlas.

El primero en intentar ordenar los elementos fue el químico alemán Johann Wolfgang Dóbereiner (1780-1849). En 1829 comenzó a observar que ciertos elementos como el bromo, indicaba tener propiedades progresivas entre el cloro y el yodo. Encontró que el color y reactividad, como también el peso atómico del bromo estaban en el mismo orden.

Dóbereiner encontró lo mismo entre el calcio, estroncio y bario; y azufre, selenio y teluro. A estos grupos los llamo triadas. Luego de eso ya no pudo hallar más elementos con las mismas relaciones por lo que otros químicos consideraron esto como una coincidencia irrelevante.

Para abordar esta problemática se creó la primera reunión científica internacional de la historia. Se llamó Primer Congreso Internacional de Química y se realizó en 1860 en Karlsruhe, en Alemania. Este congreso tuvo la presencia de cuarenta delegados y gracias a químico italiano Stanislao Cannizzaro (1826-1910) propuso la importancia de diferenciar claramente el peso atómico del peso equivalente. Esto tuvo mucha aceptación por lo que fue un gran paso para establecer un estándar que ayudara al trabajo de los químicos. En química orgánica, lograron esclarecer como entender las fórmulas empíricas y los detalles de la fórmula estructural. Para la química inorgánica ya vio un paso importante al intentar ordenar los elementos según su peso atómico de modo creciente.

La organización de los elementos

En 1864, el químico inglés John Alexander Reina Newlands (1837 – 1898) ordenó los elementos conocidos según sus pesos atómicos observando algunas semejanzas. Tal como sucede con el calcio y magnesio. A esto se le llamo ley de octavas, Aunque esto no se cumplió con muchos otros elementos y fue considerado entonces solo como una coincidencia. Igual suerte tuvo el geólogo francés Alexandre Emile Beguyer de Chancourtois (1820 – 1886) dos años después, en un intento de ordenar nuevamente mediante un gráfico cilíndrico.

El químico alemán Julius Lothar Meyer (1830 – 1895) estudio mas profundamente la correlación de loe elementos y como agruparlos, el cual no era usando simplemente la ley de las octavas. Lamentablemente, cuando publico su trabajo en 1870, otro químico se le había adelantado.

La tabla periódica de Mendeleiev

Tabla periodica de Mendeleiev
Tabla periódica de Mendeleiev

El químico ruso Dimitri Ivanovich Mendeleiev (1834 – 1907) también había descubierto la longitud de los períodos de los elementos. Observó que los primeros elementos de la lista mostraban un cambio progresivo en sus valencias. Creo una tabla como la de Newlands, pero sin repeticiones en periodos iguales. Mendeleiev publicó su tabla en 1869, un año antes de que Meyer. Su mayor mérito es como distribuyo los elementos para que mantengan la misma valencia. Además, su propuesta de tabla tenía huecos como indicación a elementos aun no descubiertos.

En 1871 se observó tres huecos especialmente: los que estaban junto a los elementos boro, aluminio y silicio en la tabla. Estos elementos desconocidos los llamo eka-boro, eka-aluminio, eka-silicio («eka» del sánscrito “uno”). Con esto pudo hacer incluso una predicción de las posibles propiedades de estos elementos. Su publicación genero un impacto entre los químicos, pero finalmente fue aceptado luego de que fueran comprobados con el uso de un nuevo instrumento llamado espectroscopio.

Espectroscopía

A finales de la década de 1850, el físico alemán Gustav Robert Kirchhoff (1824- 87) y el químico alemán Robert Wilhelms Bunsen (1811 -99), realizaron experimentos usando un mechero Bunsen donde se colocaban diversos compuestos en la llama, obteniendo patrones de luz de diferentes colores y luego pasar la luz por el prisma se separaba en líneas luminosas. Con esto demostraron que cada elemento podía generar sus propias líneas luminosas como una firma que los identifica. Así se creo un método para detectar elementos llamado espectroscopio.

Química física

Este estudio del flujo de calor se denominó termodinámica (de las palabras griegas que significan «movimiento de calor»). El físico inglés James Prescott Joule (1818- 89) y los físicos alemanes Julius Robert von Mayer (1814-78) y Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz (1821-94). En la década de 1840 establecieron que el calor u otras formas de energía, no se destruye ni se crea. Este principio se llamó la ley de conservación de le energía, o primer principio de la termodinámica.

Calor

Luego, se publicaron otras investigaciones del físico francés Nicolás Léonard Sadi Carnot (1796-1832), el físico inglés William Thomson, Lord Kelvin (1824- 1907), y del físico alemán Rudolf Julius Emanuel Clausius (1822-88). Con esto se demostró que el calor fluye de un punto de mayor temperatura a otro de menor temperatura, del cual es posible obtener un trabajo por diferencia de temperaturas. Clausius nombro en 1850 el término entropía para la relación del calor de un sistema y su temperatura absoluta. Con esto se denomina que cualquier cambio de energía provoca que la entropía del sistema se incrementa. A esto se le llama como el segundo principio de la termodinámica.

En 1840, los mundos de la química y de la física se unieron gracias un químico ruso-suizo, Germain Henri Hess (1802- 1850). Realizo experiencias de la cantidad de calor en las reacciones químicas, logrando comprobar que la cantidad de calor producida (o absorbida) en dichas reacciones era siempre la misma, sin importar la dirección ni las etapas. A esto se le llamo ley de Hess.

Termodinámica química

El físico estadounidense Josiah Willard Gibbs (1839-1903) aplico las leyes de la termodinámica a las reacciones químicas y publicó sus resultados entre los años 1876 y 1878. Gibbs sugirió el concepto de energía libre, una medida que relaciona el calor y la entropía. De tal manera que cuando la energía libre descendía, la entropía aumentaba y la reacción era espontánea. Gibbs también demostró que la energía libre en un sistema podía cambiar si la concentración de las sustancias se modificaba. También demostró la existencia del potencial químico el cual era la fuerza de dirección de una reacción química. De esta manera, Gibbs creo la ley de acción de masas, que significa que en el equilibrio la suma de los potenciales químicos de los participantes de una reacción química era mínima.

Medicamentos

El químico inglés Robert Robinson (1886-1975) se dedicó sistemáticamente a los alcaloides. Descubrió la estructura de la morfina en 1925, y la estructura de la estricnina en 1946. Posteriormente, el trabajo de Robinson fue confirmado por el químico americano Robert Burns Woodward (1917-1979), que sintetizó la estricnina en 1954. Woodward comenzó a cosechar triunfos en la síntesis cuando él y su colega americano William von Eggers Doering (n. 1917) sintetizaron la quinina en 1944.

En 1908 fue sintetizado un compuesto denominado sulfanilamida, pero en 1932, el químico alemán Gerhard Domagk (1895-1964), descubrió que la sulfanilamida y algunos compuestos derivados podían utilizarse para combatir enfermedades infecciosas. Otro caso importantes es la penicilina, que se descubrió accidentalmente en 1928 por el bacteriólogo escocés Alexander Fleming (1881-1955). Bajo la dirección del patólogo anglo-australiano Howard Walter Florey (1898-1968) y el bioquímico angloalemán Ernst Bo-ris Chain (1906 – 1979), se aisló la penicilina y se determinó su estructura. Siendo así el primer antibiótico descubierto.

Explosivos

El químico germano- suizo Christian Friedrich Schónbein (1799-1868), derramó una mezcla de ácido nítrico y sulfúrico y utilizó el delantal de algodón de su mujer para secarlo. Colgó el delantal a secar en la estufa, pero una vez seco detonó y desapareció. Había convertido la celulosa del delantal en nitrocelulosa.

La nitroglicerina, descubierta en 1847 por el químico italiano Ascanio Sobrero (1812-88), era un explosivo muy potente y demasiado delicado para la guerra. Su empleo en tiempo de paz para abrir carreteras a través de las montañas y para mover toneladas de tierra con diversos propósitos era también peligroso.

Alfred Bernhard Nobel (1833-96), inventor sueco, se dedicaba a la manufactura de nitroglicerina. En cierta ocasión, una explosión mató a uno de sus hermanos. Nobel decidió dedicar todos sus esfuerzos a domesticar el explosivo. En 1866 halló que una tierra absorbente llamada «kieselguhr» era capaz de esponjar cantidades enormes de nitroglicerina. El kieselguhr humedecido podía moldearse en barras de manejo perfectamente seguro, pero que conservaban el poder explosivo de la propia nitroglicerina. Nobel llamó a este explosivo de seguridad como dinamita.

dinamita TNT
Dinamita

Polímeros

Una importante fuente de sustancias orgánicas básicas necesarias para producir los nuevos productos sintéticos en las inmensas cantidades requeridas era el petróleo. Este fluido era ya conocido en la antigüedad, pero su empleo en grandes cantidades tuvo que esperar al desarrollo de técnicas de extracción para acceder a las grandes reservas subterráneas. Edwin Laurentine Drake (1819-80), un inventor americano, fue el primero en perforar en busca de petróleo, en 1859.

El químico ruso Vladimir Nikolaevich Ipatieff (1867-1952), en las postrimerías del pasado siglo y comienzos del actual, empezó a investigar las reacciones de los hidrocarburos complejos en el petróleo y en el alquitrán de hulla a elevadas temperaturas. El químico alemán Frie-drich Karl Rudolf Bergius (1884-1949) utilizó los hallazgos de Ipatieff para idear, en 1912, métodos prácticos para el tratamiento del carbón y de los aceites pesados con hidrógeno, con vistas a fabricar gasolina.

Pero las existencias mundiales totales de combustibles fósiles (carbón y petróleo) es limitada y, en muchos aspectos, irremplazable. Según los estudios llevados a cabo hasta el presente, el agotamiento total de las reservas se prevé para un día que se estima no demasiado lejano. Aunque el siglo xx se halla a cubierto de este riesgo, hay razones para suponer que ello afectará al próximo siglo sobre todo a la vista de la rápida expansión de la especie humana y el consiguiente incremento de la demanda.

Radiactividad natural

Marie Sklodowska Curie (1867-1934) investiga la radiactividad de los minerales de uranio, que eran intensamente radiactivas, más que el uranio puro. Concluyendo que el mineral debía contener algún elemento radiactivo distinto del uranio y se encontraba en cantidades muy pequeñas. Durante el año 1898, ella y su esposo trabajaron con grandes cantidades del mineral,y así concentrar este elemento radioactivo desconocido. En julio de ese año descubre al nuevo elemento polonio, en honor al país de origen de Curie. En diciembre hallan un segundo elemento, el radio.

El radio es muy radiactivo, emitiendo radiaciones 300.000 veces mayores el uranio. Además, era muy raro. A partir de toneladas de mineral, los Curie sólo pudieron obtener aproximadamente 1/300 de onza de radio.

Otros elementos fuertemente radiactivos se descubrieron en trazas minúsculas. En 1899, el químico francés André Louis Debierne (1874-1949) descubrió el actinio. En 1900, el físico alemán Friedrich Ernst Dorn (1848-1916) descubrió un gas radiactivo, que posteriormente recibió el nombre de radón. Era uno de los gases nobles y encajaba debajo del xenón en la tabla periódica. Finalmente, en 1917, los químicos alemanes Otto Hahn (1879-1968) y Lise Meitner (1878-1968) descubrieron el protactinio.

Marie y Pierre Curie en Paris
Marie y Pierre Curie en Paris

Reacciones nucleares

Rutherford demostró en 1919 que las partículas alfa podían arrancar protones de los núcleos de nitrógeno, y fusionarse con lo que quedaba. Se deduce entonces que Rutherford llevó triunfalmente a cabo la primera reacción nuclear hecha por el hombre. Esto es un auténtico ejemplo de transmutación, de conversión de un elemento en otro. En cierto modo era la culminación de los viejos anhelos alquimistas, pero, desde luego, implicaba elementos y técnicas con los cuales los alquimistas no habían ni siquiera soñado.

En 1930, el físico inglés Paul Adrien Maurice Dirac (1902) propuso la existencia de las antiparticulas. El antielectrón debía poseer la masa de un electrón, pero estar cargado positivamente, mientras que el antiprotón tendría la masa de un protón, pero estaría cargado negativamente. El anti-electrón fue detectado en 1932 por el físico americano Cari David Anderson (n. 1905) estudiando los rayos cósmicos. Ademas, Anderson detecta el positrón siendo la antiparticula del electrón.

Utilizando aceleradores gigantes, el físico italo-americano Emilio Segré (n. 1905-89) y el físico americano Owen Chamberlain (n. 1920) lograron producir y detectar el anti-protón en 1955. El conjunto de estas antiparticulas origina la antimateria, que se aniquilan en energía cuando entra en contacto con la materia. Hasta el día de hoy no se ha comprobado la existencia de grandes masas de antimateria.

Radioactividad

Radiactividad artificial

La Radiactividad artificial se logro en 1934, por los físicos franceses, marido y mujer, Frédéric Joliot-Curie (1900 – 1958) e Irene Joliot-Curie (1897 – 1956). Bombardearon aluminio con partículas alfa y después descubrieron que el aluminio continuaba irradiando partículas por sí mismo. Empezaron con aluminio-27 (13 protones más 14 neutrones), y este termino como fósforo-30 (15 protones más 15 neutrones). El fósforo-30 era el primer isótopo artificial que se generaba. Este no se encuentra en la naturaleza porque su vida media es de catorce días.

El carbono-14, fue descubierto en 1940 por el químico americano-canadiense Martin D. Kamen (n. 1913). Este isótopo existe gracias al bombardeo de los rayos cósmicos sobre el nitrógeno atmosférico. Por lo tanto, el carbono-14 siempre esta ingresando a cualquier organismo vivo formando parte de sus tejidos. Luego, al morir deja de ingresar carbono-14 y este elemento empieza a transmutar.

El químico americano Willard Frank Libby (1908 – 1980) utilizo el carbono-14  para determinar la edad de restos arqueológicos. Esto fue posible basandose en el contenido de este isotopo de carbono. Existe una técnica similar para determinar la edad de la corteza terrestre usando uranio y plomo. El carbono-14 tiene una vida media de cinco mil años. Por lo que es útil para determinar la edad de hallazgos arqueológicos de origen orgánico dentro de ese lapso de tiempo.

Bombas nucleares

Bomba atomica

En 1938, la austriaca Lise Meitner publica la teoría de Hahn, donde al bombardear átomos de uranio, estos sufre fisión. Esto fue el principio de lo que después seria la creación de las armas mas destructivas de la historia.

Fisión nuclear

Bomba nuclear
Bomba Nuclear basada en Plutonio

Si un átomo de uranio, absorbe un neutrón, este se rompe en dos átomos. Esta fractura origina neutrones libres las cuales serian emitidos y absorbidos por otros átomos de uranio. Luego, estos también emitirían mas neutrones, originando una reacción en cadena de liberación de energía.

Fermi, el 2 de diciembre de 1942, provoco una reacción en cadena con una pila atómica de uranio, óxido de uranio y grafito alcanzando el tamaño critico. En julio de 1945 se hizo explotar en Alamogordo, Nuevo Méjico, la primera bomba atómica o bomba de fisión. Un mes después ocurre el bombardeo sobre Hiroshima y Nagasaki, en Japón, marcando el final de la Segunda Guerra Mundial.

La fisión del uranio se usa como fuente de energía mediante el uso de reactores nucleares desde los años 50. También se usa para propulsar submarinos y barcos como para producir electricidad.

Fusión nuclear

Bomba termonuclear bomba de hidrogeno
Bomba de Hidrógeno

Otra forma de obtención de energía es mediante la fusión nuclear. La fusión nuclear ocurre al unir dos átomos ligeros para obtener uno mas pesado. Por ejemplo, se puede obtener mucha energía de la fusión de hidrógeno con helio.

Cuando se unen átomos de hidrógeno también se obtiene cantidades grandes de energía. Así, se crea una bomba de fusión en los años 50, que resulto ser mas destructiva. Se le llama bomba de hidrógeno, bomba H o bomba termonuclear. Estas bombas son miles de veces mas potentes que las usadas en Hiroshima y Nagasaki, una de ellas podría destruir la ciudad mas grande. Debido a la explosión y lluvia radioactiva, si se explotan todas las bombas existentes juntas, la vida en la tierra se extinguiría.