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El regreso al atomismo y el surgimiento de la química moderna
En 1808, Juan Dalton (1766-1844) publicó su libro titulado «Un nuevo sistema de filosofía química» – una obra que marcó el nacimiento de la química moderna. En sus teorías, Dalton retomó la concepción del atomismo de Demócrito. Postuló que los átomos eran los constituyentes más pequeños de la materia, y que no podían dividirse más, ni crearse ni destruirse en reacciones químicas. Según Dalton, todos los átomos de un mismo elemento son idénticos, pero difieren de los átomos de otros elementos. En las reacciones químicas, los átomos se combinan para formar compuestos, se separan unos de otros o se reorganizan en relación con otros átomos. Debido a que los átomos son indivisibles de acuerdo con este modelo y, por lo tanto, solo los átomos completos pueden reaccionar entre sí, Dalton concluyó que los elementos en un compuesto siempre están presentes en proporciones de números enteros.
En su teoría atómica, Dalton hizo muchas hipótesis que han sido fundamentales para nuestra comprensión de la química incluso hasta el día de hoy. Algunas de las premisas de su teoría aún no son concluyentes. Por ejemplo, Dalton creía que un átomo de un elemento solo reacciona exactamente con un átomo de otro elemento. Solo se desvió de esta hipótesis en los casos en que las observaciones experimentales lo hicieron absolutamente necesario. Por ejemplo, por lo tanto, teorizó que la composición del agua era HO, lo que significa que cometió errores posteriores, particularmente al determinar las masas atómicas relativas.
Sin embargo, su teoría atómica puso a la química firmemente en el camino correcto. A partir de este momento, los descubrimientos científicos en química se hicieron mucho más frecuentes.
Del volumen de los gases a las masas atómicas y moleculares
En el mismo año, Joseph Louis Gay-Lussac (1778–1850) Estableció que la relación de volumen de los gases que reaccionan entre sí y sus productos de reacción es siempre un número entero. Por ejemplo, Gay-Lussac descubrió que dos volúmenes de hidrógeno y un volumen de oxígeno reaccionarían para formar agua (H2O), y que esta agua gaseosa ocuparía a su vez dos volúmenes.
En 1811, amedeo avogadro (1776-1856) luego formuló la hipótesis de que volúmenes iguales de gas contendrían igual número de partículas, independientemente de la sustancia en cuestión. La hipótesis de Avogadro, sin embargo, aún no era ampliamente aceptada.
Recién en 1860 su alumno Estanislao Cannizzaro (1826-1910) logró convencer a la comunidad científica de su validez, tras lo cual la hipótesis pasó a ser conocida como « ley de avogadro ». Esto hizo posible determinar las masas molares de numerosos átomos y moléculas, allanando así el camino para el progreso de la química.
Gay-Lussac fue testigo no solo de la revolución química, sino también de la Revolución Francesa, que se desató durante su juventud en su país de origen. Su padre, un rico abogado y fiscal, fue encarcelado y su tutor huyó. El químico francés Antoine Laurent de Lavoisier (1743-1794), quien a fines del siglo XVIII desarrolló la primera nomenclatura sistemática y una terminología estandarizada para la química, fue guillotinado.
Gay-Lussac, sin embargo, se benefició del nuevo orden cuando fue seleccionado para asistir a la École Polytechnique, una institución de la Revolución. Allí, sus mentores incluyeron científicos de alto calibre como el matemático Pierre Simon de Laplace.
La industria química es anterior a la revolución química.
El desarrollo tardío de la teoría atómica por parte de Dalton podría sugerir que una industria química solo podría llegar a buen término en los siglos XIX y XX. Por el contrario, los procesos químicos ya se utilizaban a escala industrial desde mediados del siglo XVIII. A pesar de que no había mucho en términos de comprensión teórica de la química en ese momento, los hallazgos experimentales de los alquimistas hicieron posibles numerosas aplicaciones prácticas, tanto en la producción como en el análisis de productos químicos. Sin embargo, el desarrollo sistemático y la optimización de procesos, especialmente para la industria, era imposible debido a esta falta de conocimiento básico. Como resultado, las fábricas de productos químicos del siglo XVIII se parecían más a laboratorios ampliados que a las fábricas que conocemos hoy.
El primer proceso químico que se aplicó a escala industrial fue la proceso de cámara principal para la producción de ácido sulfúrico. El proceso se conocía desde la Edad Media y se aplicaba a gran escala en Inglaterra desde 1746. Otro proceso importante desde finales del siglo XVIII en adelante fue el proceso Leblanc para la producción de ceniza de sosa (carbonato de sodio), que se requería en la industria textil para blanquear la ropa y también se usaba en las industrias de producción de jabón, vidrio y papel. Nicolás Leblanc (1742-1806) desarrolló el proceso en 1791 en un concurso organizado por la Academia de Ciencias de Francia, que estaba desesperada por encontrar este tipo de proceso para independizarse de las costosas importaciones de soda natural. El proceso Leblanc se convirtió en el método elegido para producir carbonato de sodio, hasta que el proceso Solvay estaba listo para la producción en masa en 1880. Sin embargo, Leblanc nunca recibió el dinero del premio. Cuando llegó el vencimiento, la nación estaba en medio de la Revolución y la Academia fue abolida por la Convención Nacional Francesa.
La sosa y el ácido sulfúrico siguen estando entre los productos más importantes de la industria química.
Análisis en la floreciente industria química
Además de la sosa y el ácido sulfúrico, los productos más importantes de la industria química en el siglo XVIII fueron el ácido clorhídrico para la producción de cloro y el agua clorada. Todos estos productos eran necesarios para otras industrias. Por ejemplo, una de las aplicaciones de la sosa fue en la producción de jabón, mientras que el cloro se utilizó para blanquear textiles. Dado que la pureza de los productos químicos era crucial en las industrias de procesamiento, pronto desarrollaron métodos para el control de calidad. Se desarrollaron métodos volumétricos para permitir pruebas rápidas y cualitativas de las materias primas: se agrega al producto químico un reactivo que se sabe que reacciona con la sustancia que se está determinando. El punto final de la reacción se hace visible usando un método adecuado. En el paso final, se determina la cantidad de reactivo consumido. Si se consumía una cantidad empíricamente confirmada de reactivo, el producto químico se consideraba adecuado. Sin embargo, las determinaciones cuantitativas aún no eran posibles con este precursor rudimentario de la titulación.
A finales del siglo XVIII, las titulaciones ácido-base, las titulaciones por precipitación y las titulaciones redox se describían en la literatura. A principios del siglo XIX, Joseph Louis Gay-Lussac, quien a menudo se considera que inventó la titulación, desarrolló nuevos métodos de análisis titrimétricos e hizo que la titulación fuera más fácil, rápida y precisa. Los avances logrados en el campo de la titulación casi invariablemente se realizaron en Francia, donde la mayoría de los científicos fueron empleados por el estado después de la Revolución y se encargaron de resolver problemas industriales que eran relevantes para la nación. Una síntesis de ciencia e industria, como había demostrado Francia, pronto se produciría en el resto de Europa.
El rápido desarrollo de la química moderna continuó en el siglo XIX: nació la química orgánica y abrió la puerta a la química no solo para la emulación, sino también para la manipulación directa de la naturaleza, por ejemplo, mediante el uso de medicamentos y fertilizantes.
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