¿Qué es la Química?
¿Qué es la Química?

La Química es la ciencia que estudia la composición, estructura y propiedades de la materia, como los cambios que ésta experimenta durante las reacciones químicas y su relación con la energía.
Existe una gran variedad de ramas de la química, las principales divisiones son
A. La química inorganica, que estudia la materia inorganica.
B. La química organica, que trata con la materia organica.
C. La bioquímica, el estudio de substancias en organismos biológicos.
D. La físico-química, comprende los aspectos energéticos de sistemas químicos a escalas macroscópicas, moleculares y atómicas.

E. La química analítica, que analiza muestras de materia tratando de entender su composición y estructura.
Otras ramas de la química han emergido en tiempos recientes, por ejemplo, la neuroquímica que estudia los aspectos químicos del cerebro.
La química es de gran importancia en muchos campos del conocimiento, como la ciencia de materiales, la biología, la farmacia, la medicina, la geología, la ingeniería y la astronomía, entre otros.
Los procesos naturales estudiados por la química involucran partículas fundamentales (electrones, protones y neutrones), partículas compuestas (núcleos atómicos, atomos y moléculas) o estructuras microscópicas como cristales y superficies. La química es una ciencia empírica, ya que estudia las cosas por medio del método científico, es decir, por medio de la observación, la cuantificación y, sobre todo, la experimentación. En susentido mas amplio, la química evalúa las diversas sustancias que existen en nuestro planeta así como las reacciones que las transforman en otras sustancias. Por otra parte, también estudia la estructura de las sustancias a su nivel molecular sus propiedades.
DESDE LA PREHISTORIA AL SIGLO I D.C

Los primeros conocimientos practicos sobre las transformaciones químicas aparecen en la prehistoria.

Estos conocimientos que se ponen de manifiesto en este periodo, van ligados al trabajo de metales, a la fabricación de vidrios y ceramica, al curtido de la piel y al tintando de tejidos.

Sobre la base de la filosofía de la naturaleza elaborada por los griegos, eran 2 las escuelas de pensamiento:
* Demócrito: sostenía que la materia estaba compuesta por corpúsculos indivisibles (atomos) que se unían y separaban en un espacio vacío.
* Aristóteles: hipotetizó que la materia tenía una estructura continua, como resultado de la combinación de 4 elementos, agua, aire, tierra y fuego.
SIGLO II-V

La alquimia empieza a desarrollarse en la ciudad helenística de Alejandría en Egipto.

El término proviene del derivado del arabe 'alkimiya', y otros dan una diferente definición, la cual se remonta a la raiz egipcia 'kmm' que significa 'negro'; alquimia viene a ser pues 'Arte Negro'.

La base de la practica alquimista era la convicción de poder transformar, cualquier metal en oro, a partir de encontrar la sustancia que permitieratal transformación (según ellos este proceso se conocía como 'transmutar'); esta sustancia, en la Edad Media, pasaría a llamarse piedra filosofal.
Las reacciones y los procesos reproducidos, con la esperanza de descubrir la piedra filosofal constituyen el punto de partida para toda una serie de investigaciones de laboratorio, que conllevaron una contribución importantísima al nacimiento de la química como ciencia.
SIGLO VI-XI

Gracias a los estudiosos arabes, la alquimia conoce una época de grandes frutos, alcanzando mejoras científicas en la metodología practica y en la interpretación de Fenómenos.

Los alquimistas griegos, se dedicaron principalmente a dar realce teórico a estos principios alquímicos.

La alquimia aún muy estéril en su parte practica, obtuvo nuevos impulsos después de la conquista de Egipto por Arabes

Los arabes se interesaron especialmente por la parte útil de la alquimia, mejorando las técnicas de laboratorio, como por ejemplo el proceso de destilación, inventando entonces el alambique, que era un medio de destilación precursor de la retorta, usando esta técnica  para fabricar aceites esenciales.
Los conocimientos teóricos de los arabes sobre alquimia, se han transmitido en un compendio de obras que se remonta a 'Jabir Ibn Hayyan ' que en latín vendría a decir 'Dador o Transmisor'.
Este hombre vivió en el siglo VIII y se le considera miembro de una secta mística islamica. Posteriormente la alquimia se extendió a Europa a través de España.
SIGLO XII-XV

Desde el mundo arabe,las doctrinas alquimistas se transmitieron a Europa donde suscitaron el interés de varios filósofos, de entre los cuales destacan el aleman Alberto Magno, el inglés Roger Bacon y el español Raimon Llull.

Durante este período se introdujeron nuevos procedimientos como la destilación del alcohol del vino, la cual era una técnica utilizada anteriormente para la síntesis de aceites esenciales.

Ademas se desarrollaron los procesos de fermentación y técnicas de preparación de esencias y Medicamentos.
Todas estas mejoras en la alquimia pusieron de manifiesto su continuo y próspero desarrollo, dando lugar a una mayor credibilidad de sus principios y creencias, que hasta estos momentos habían sonado a 'pura magia'.
SIGLO XVI-PRIMERA MITAD DEL SIGLO XVII

La química comienza a liberarse de la visión alquimista, que asumía fuertes connotaciones esotéricas, para ir adquiriendo gradualmente una base experimental mas acentuada.

Se registran importantes progresos técnicos, sobre todo en el campo metalúrgico Minero

Se interesan por la alquimia numerosos estudiosos de medicina, que desarrollan la hiatroquímica (o química médica). Contribuyó especialmente Paracelso, nombre español de Theophrast Bombast Von Hohenheim y el flamenco Jan Baptist Van Helmont que fue el primero en utilizar la palabra gas (del griego 'chaos', caos) para designar los fluidos aeriformes.
SEGUNDA MITAD DEL SIGLO XVII               

El irlandés Robert Boyle, considerado el padre de la química moderna, en la queintroduce el método experimental, sostiene la teoría atómica corpuscular.
Ademas es el primero en dar una definición de elemento química, la cual es aceptada mayoritariamente.

En 1662 formula la primera ley de los gases que lleva su nombre (Ley de Boyle).

SIGLO XVIII

El irlandés Joseph Black aísla y estudia el anhídrido carbónico y demuestra que puede combinarse con sustancias sólidas y extraerse de nuevo.

El inglés Henry Cavendish aísla el hidrógeno y consigue sintetizar agua a partir de hidrógeno y oxígeno. Consigue también el primer analisis exacto de la composición del agua y del aire.

El inglés Joseph Priestley y el eslovaco Karl Wilhelm Scheele descubren, casi contemporaneamente (1775) e independientemente, el oxígeno. A Priestley se le debe también el descubrimiento del monóxido de nitrógeno, del dióxido de carbono y del acido clorhídrico. Entre las numerosas contribuciones de Scheele figuran el descubrimiento del cloro y el aislamiento de muchos compuestos organicos, entre los que destacaba la glicerina.

El francés Antoine-Laurent Lavoisier consigue las primeras bases sistematicas sólidas sobre los conocimientos dispersos que caracterizaban la química en la segunda mitad del siglo XVII. Alcanza resultados de fundamental importancia científica, entre los cuales destacan la interpretación del oxígeno en las reacciones de combustión y en la respiración, la ley de la conservación de la masa, y promueve una reforma radical de la nomenclatura química.

En 1789, Lavoisier publica el Tratadoelemental de la química, considerado el primer texto moderno de química.


JOHN DALTON (1766-1844)
En 1808, gracias al trabajo de un profesor llamado John Dalton (1766-1844) fue capaz de proponer la “teoría atómica”, la cual comprende los siguientes postulados:
* La materia esta formada de diminutas partículas indivisibles e indestructibles llamadas atomos.
* Todos los atomos de un mismo elemento son iguales y se caracterizan por tener la misma masa, pero son diferentes a otros atomos de otros elementos.
* Cuando los atomos de distintos elementos se combinan para formar compuestos, no pierden su identidad y se combinan en una razón definida de números enteros pequeños como 1 es a 1 (1:1), 1 es a 2 (1:2), etc.
Para Dalton la teoría atómica se basaba principalmente en dos leyes experimentales: “Ley de conservación de la materia” y “ley de las proporciones definidas”. Ademas, usando su teoría atómica, enuncio y comprobó experimentalmente la “ley de las proporciones múltiples”.

ESTABLECIENDO LOS PESOS ATÓMICOS DE LOS ELEMENTOS
Dalton fue capaz de construir la primera tabla de “pesos atómicos” para probar su teoría. Dalton supuso arbitrariamente que cuando dos elementos formaban un solo compuesto, lo hacían en la razón atómica mas simple 1:1. Así, en el caso de los elementos que conforman el agua: hidrogeno y oxigeno, él los hizo reaccionar para analizar la proporción en que se combinaban. El resultado mostró que 1 gramo de hidrógeno reaccionaba con 7 gramos de oxígeno para producir 8gramos de agua. Dalton suponía que el agua estaba formada por un atomo de hidrogeno y uno de oxígeno, lo cual daba una formula HO.
En base a estos datos, Dalton concluyó que el oxígeno era 7 veces mas pesado que el hidrógeno, y a éste último le asignó un valor de peso arbitrario, igual a 1. Posteriormente, dedujo los pesos atómicos para otros elementos.


LEY DE CONSERVACIÓN DE LA MATERIA
Esta ley propuesta por Lavoisier dice que, independiente del cambio al que sea sometida la materia, su masa se mantiene siempre igual.
Para Dalton, esta ley podra explicarse sobre la base de la teoría atómica: “Si los atomos tienen masas definidas no pueden dividirse, ni destruirse, entonces en un cambio químico, los atomos simplemente se reordenan; así, la masa total debe ser la misma antes y después de la reacción química”.

JOSEPH PROUST (1754-1826)
LEY DE LAS PROPORCIONES DEFINIDAS
En 1799, el francés Joseph Proust (1754-1826), después de un cuidadoso analisis de la composición del carbonato de cobre, un compuesto que obtenía de algunos minerales o por medio de una reacción química, observó que siempre estaba formado por la misma proporción en masa, de cobre, carbono y oxígeno. Hoy sabemos que esta observación llamada “ley de las proporciones definidas”, se aplica a todos los compuestos químicos puros.
Dalton también entrega una explicación para la ley de Proust: “Los elementos se combinaran para formar un compuesto en proporciones definidas, entonces la composición constante en que se combinan loselementos corresponde a una proporción definida de atomos de esos elementos”, Dalton añade: “ Para formar un compuesto químico, los atomos que conforman a los elementos se unen entre sí, siguiendo una razón de números enteros, ya que los atomos no pueden dividirse, por ejemplo un atomo de C mas dos atomos de D producen el compuesto CD2“.

LEY DE LAS PROPORCIONES MÚLTIPLES
Dalton probó que cierto par de elementos solo producía un tipo de compuesto; por ejemplo, el sodio y el cloro producen únicamente la sal de mesa. También comprobó que otros pares de elementos formaban dos o mas compuestos diferentes, como por ejemplo el carbono y el oxígeno que producen el monoxido o el dióxido de carbono.
Las masas de un elemento que se combinan con una masa fija del otro elemento, se encuentran en una razón de números enteros. Esta observación se llama actualmente “ley de las proporciones múltiples”

MAS ALLA DE LA TEORÍA ATÓMICA DE DALTON
Hoy se ha comprobado que los atomos son partículas indivisibles, que se organizan formando una estructura interna. Sin embargo, las ideas esenciales de la teoría atómica de Dalton son aún validas:
* Los elementos se conforman de atomos y los compuestos se forman por la unión de atomos en una razón de números enteros.
* Durante un cambio químico, los atomos no se alteran, sólo se reordenan resultando diferentes combinaciones.

JOSEPH GAY-LUSSAC (1778-1850)
En 1808, el químico francés Joseph Gay-Lussac (1778-1850) comprobó que cuando dos gases reaccionan a una mismapresión y temperatura, lo hacen en forma que los volúmenes de combinación estan en una razón de números enteros como 1:1, 1:2, 1:3, etc.
Los resultados eran inaceptables para Dalton y lo atribuyó a errores de medición, puesto que él consideraba que “volúmenes iguales de gases diferentes, medidos a la misma presión y temperatura contenía igual cantidad de atomos”.

AMADEO AVOGRADO (1776-1856
En 1811, el químico italiano Amadeo Avogrado (1776-1856) formuló una hipótesis para hacer compatibles los resultados de Gay-Lussac con la teoría de Dalton.

* HIPÓTESIS DE AVOGADRO
Avogadro postuló que “volúmenes iguales de gases diferentes, medidos a la misma presión y temperatura contienen igual cantidad de moléculas”.
El concepto de “molécula” aparecía por primera vez en el lenguaje de la química. Según Avogadro, las moléculas podían estar constituidas por uno o mas atomos iguales o distintos.
Dalton y la comunidad científica de la época no aceptaron las ideas de Avogadro (moléculas formadas por atomos iguales) y debió pasar alrededor de medio siglo para que el congreso de químicos de Karlsruke (1860) aceptara definitivamente el concepto de molécula.

DEMETRI MENDELEEV
* LA PRIMER TABLA PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS
En 1869, el químico ruso “Demetri Mendeleev” formuló un principio de clasificación de los elementos químicos (debido a que aumentaba la cantidad de elementos descubiertos) y que fue capaz de construir la primera tabla periódica.
Mendeleev postuló: “Las propiedades de los elementos sonfunciones periódicas
de sus pesos atómicos”, es decir, el ordenamiento de los elementos se basa en el orden creciente de sus pesos atómicos, y este hecho se llama “Ley periódica de los elementos”.

PROYECCIONES DE LA QUÍMICA HACIA EL FUTURO
La elaboración de nuevos materiales ha reportado grandes beneficios sociales y económicos. Aquí veremos algunas aplicaciones en el campo de los materiales.
* MATERIALES LIVIANOS Y RESISTENTES
Se han desarrollado polímeros resistentes a las altas temperaturas. Resinas llamadas híbridas ofrecen características únicas para la fabricación de automóviles e implementos deportivos: alta resistencia a la corrosión, suavidad y bajo peso. La fibra de carbono se utiliza en la construcción de aviones de avanzada tecnología, como el B-2, por su alta resistencia y bajo peso. Estos y otros materiales fueron ocupados en algún tiempo para los viajes espaciales.
* CERAMICAS PARA MOTORES
Tienen características especiales de resistencia a la temperatura, a las sustancias químicas y al desgaste por fricción. Las propiedades individuales de cada material dependen tanto de su composición química como del proceso de fabricación.
Cualquier motor térmico se hace mas poderoso y eficiente con el aumento de la temperatura de trabajo, por lo que se han empezado a remplazar algunos componentes metalicos de los motores por piezas de ceramicas.
* POLÍMEROS Y CONSERVACIÓN DE LOS ALIMENTOS
Mucha comida se pierde por descomposición, esto es causado por microorganismos y por agentesquímicos, como el oxígeno y la humedad, que combinados provocan la degradación de los alimentos.
Se han utilizado polímeros que impiden que los alimentos entren en contacto con el oxígeno, la humedad y el dióxido de carbono, retardando la descomposición.
* MATERIALES DERIVADOS DEL PETRÓLEO
Aunque los primeros productos organicos procedían del carbón, el avance en la disponibilidad de petróleo y del gas natural, junto con el desarrollo de procesos catalíticos, han permitido casi su conversión completa en otros productos químicos. Los mas importantes son los basicos, bloques de polímeros, productos intermedios para la industria farmacéutica y fertilizantes. También se esta avanzando en los procesos petroquímicos para reducir la contaminación ambiental.
* MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN
Se han sintetizado nuevos materiales a partir de polímeros específicos. Sus características son parecidas a las del cemento y pueden reemplazar la madera por ser mas resistentes, de menor costo y mas funcionales. En el futuro se usaran materiales mas livianos que el concreto, mayor resistencia a la tracción, al fuego y al agua.
* MANIPULACIÓN DE ATOMOS INDIVIDUALES
Scanning tunneling microscope (STM) es un microscopio que hace posible ver atomos individuales, lo que es muy útil en el control de calidad de la microelectrónica, ya que permite detectar defectos en los monocristales o superficies amorfas de silicio usados en estas industrias.
Otro uso del STM es mover atomos individuales hasta un lugar deseado, a travésde precisos cambios de voltaje. Se piensa que permitiría producir nuevos materiales en base a reacciones con atomos individuales.
LA QUÍMICA Y LA ENERGÍA
Hasta la mitad del siglo XIX, la madera fue la principal fuente de energía, luego fue el carbón y a comienzos de siglo apareció el petróleo. Pero la gran demanda de este producto lo esta llevando al agotamiento de las fuentes convencionales y se estima que hara crisis a mediados del próximo siglo. Por esto, se estan investigando nuevos combustibles líquidos a partir del carbón y del gas natural.
* COMBUSTIBLES LÍQUIDOS A PARTIR DEL GAS NATURAL
Para convertir el gas natural en gasolina y en otros combustibles líquidos, se realiza la oxidación parcial. Así, se transforma el gas natural en monóxido de carbono e hidrógeno, los que son recombinados catalíticamente para producir moléculas de hidrocarburos mas grandes, como los que forma la gasolina.
* ENERGÍA ELÉCTRICA
La Química aporta a la energía eléctrica colaborando con nuevos materiales capaces de conducir la energía eléctrica en forma mas eficiente. Las últimas investigaciones se concentran en el desarrollo de baterías que sean mas livianas, de alta duración y facilmente recargables.
* CELDAS DE COMBUSTIÓN
Otra forma de transformar energía química en electricidad, es la oxidación directa del combustible en una celda de combustión. Este dispositivo puede duplicar la eficiencia energética, en comparación con la obtenida por los motores y en las plantas termoeléctricas.
Al realizar esteproceso no genera óxidos de nitrógeno que son contaminantes atmosféricos ya que es un proceso electroquímico.
* ENERGÍA NUCLEAR
Hay dos formas de producir energía a través de las reacciones nucleares: la fisión y la fusión.
La fisión se produce por un proceso inducido por neutrones con ruptura de núcleos pesados, y la fusión implica la unión de núcleos ligeros, principal fuente de la energía solar.
* GENERACIÓN DE CORRIENTE POR ENERGÍA SOLAR
La energía solar puede ser convertida en electricidad, sin el impacto negativo que tiene el uso de los combustibles fósiles sobre el medio ambiente. El uso de celdas fotovoltaicas corrientes, por aplicación del efecto fotoeléctrico, permite convertir la energía solar en electricidad. Pero, su aplicación masiva esta en estudio por su alto costo y baja eficiencia (12%).

LA QUÍMICA Y SALUD HUMANA
En los últimos 50 años hubo un gran avance en la producción de vacunas, y antibióticos, y otros productos que permiten salvar o prolongar la vida de muchas personas. Actualmente se trabaja en sustancias químicas para remediar algunas enfermedades, entre las mas importantes el SIDA.
* PRÓTESIS Y BIOMATERIALES
Se han logrado ya prótesis sintéticas para ligamentos, dientes, vasos sanguíneos, y hasta se trabaja en pos de corazones artificiales.
También se han diseñados sistemas híbridos, como por ejemplo, el caso de la implantación de electrodos que estimulan electroquímicamente las neuronas de pacientes con daños al oído, a la vista o la médula espinal.
*SÍNTESIS QUÍMICA DE MEDICAMENTOS
Muchos farmacos fueron descubiertos a través del aislamiento de sustancias activas en fuentes como plantas, organismos marinos, etc.
Una vez que se identifica la sustancia, se diseña y se sintetizan nuevas moléculas, con estructuras semejantes, pero mas efectivas y seguras para el paciente. Cada vez esto es mas eficiente gracias al desarrollo de nuevas técnicas.

LA QUÍMICA Y LAS COMUNICACIONES
La investigación química ha sido fundamental para las nuevas tecnologías en el desarrollo de las comunicaciones, es así como hoy en día podemos hablar por teléfono a miles de kilómetros o sólo ver televisión en directo.
* FIBRAS ÓPTICAS
En las empresas de telecomunicaciones han comenzado a remplazar los alambres de cobre por fibras de sílice, capaces de transmitir datos digitales y conversaciones telefónicas a largas distancias. En vez de enviar un pulso de electrones a través de un alambre de metal, ahora se trata de un pulso de luz que viaja por fibras transparentes mucho mas delgadas.
* CONDUCTORES ORGANICOS
En la actualidad se a descubierto que el poliacetileno tiene propiedades eléctricas inusuales. Al exponer este polímero organico al contacto de agentes químicos como bromuros o yoduros, se vuelve brillante similar a los metales, y muestra conductividad eléctrica mas alta que la exhibida por el cobre.

QUÍMICA AMBIENTAL
En los últimos años ha habido un interés por la protección del medio ambiente, a pesar de las distintas legislaciones que han idoapareciendo igual se sigue deteriorando el medio ambiente. El objetivo es un equilibrio entre la actividad humana, la calidad de vida y el medio ambiente.
* QUÍMICA DE LA ATMÓSFERA
A través de instrumentos y técnica se han identificado miles de especies químicas de las cuales 50 de ellas se han detectado en el polo sur. La capa de ozono es de mucha importancia para una vida terrestre, puesto que absorbe las radiaciones ultra violeta, sin embrago, la presencia de compuestos organicos como por ejemplo: el clorofluorocarbono estan deteriorando esta capa, es así como se ha impulsado el desarrollo de nuevos métodos de estudio que se centran en la calidad del agua, aire y suelo, nos referimos a la Química Ambiental.
* CONTROL DE EMISIÓN DE VEHÍCULOS
La combustión dentro del motor de un vehículo es incompleta, produciendo un compuesto muy tóxico llamado monóxido de carbono. Por otra parte las altas temperaturas de la combustión de la gasolina originan que parte del nitrógeno del aire reaccione con el oxígeno, formando gases tóxicos como el óxido de nitrógeno conocido como smog fotoquímico. Se ha encontrado una solución a este problema, incorporando en los automóviles el convertidor catalítico, el cual a través de materiales de metal y ceramica (que contiene una película de aluminio) permite que los gases de salida se pongan en contacto con el catalizador logrando que los hidrocarburos y óxido de nitrógeno se transformen en dióxido de carbono, nitrógeno y agua, los cuales no causan contaminación atmosférica.