Història de la química

Història de la química

La història de la química comprén un periodo de temps molt ampli, que va des de la prehistòria fins al present, i està lligada al desenroll cultural de la humanitat i el seu coneiximent de la naturalea. Les civilisacions antigues ya usaven tecnologies que demostraven el seu coneiximent de les transformacions de la matèria, i algunes servirien de base als primers estudis de la química. Entre elles es conten l'extracció dels metalés dels seus mines, l'elaboració d'aleacions com el bronze, la fabricació de ceràmica, esmalts i vidre, les #fermentació de la cervesa i del vi, l'extracció de substàncies de les plantes per a usar-les com a medicines o perfums i la transformació dels greixos en sabó.

Ni la filosofia ni l'alquímia, la protociencia química, varen ser capaces d'explicar verazmente la naturalea de la matèria i les seues transformacions. No obstant, a pur de realisar experiments i registrar els seus resultats els alquimistes varen establir els fonaments per a la química moderna. El punt d'inflexió cap a la química moderna es va produir en 1661 en l'obra de Robert Boyle, The Sceptical Chymist: or Chymico-Physical Doubts & Paradoxes (El químic escèptic: o els dubtes i paradoxes quimio-físiques), a on se separa clarament la química de l'alquímia, advocant per l'introducció del método científic en els experiments químics. Es considera que la química va alcançar el ranc de ciència de ple dret en les investigacions d'Antoine Lavoisier i la seua esposa Marie Anne Pierrette Paulze, en les que va basar la seua llei de conservació de la matèria, entre atres descobriments que varen assentar els pilars fonamentals de la química. A partir de el XVIII la química adquirix definitivament les característiques d'una ciència experimental moderna. Es varen desenrollar métodos de medició més precisos que varen permetre un millor coneiximent dels fenomens i es varen desterrar creències no demostrades.

L'història de la química s'entrellaça en la història de la física, com en la teoria atòmica i en particular en la termodinàmica, des dels seus inicis en el propi Lavoisier, i especialment a través de l'obra de Willard Gibbs.

Antecedents

La humanitat va deprendre a transformar la matèria en benefici de la seua supervivència i una millora de les seues condicions de vida, en els periodos prehistòrics en ple paleolític i abans de l'últim periodo glacial la humanitat descobrix la primera reacció química d'importància que varen controlar els sers humans va ser el fòc. Hi ha restants datats fa al voltant d'1,600 000 anys que atesten el domini del fòc, a lo manco des dels temps del Homo erectus. Este guany es considera una de les tecnologies més importants de l'història. No solament proporcionava calor i llum per a allumenar-se, servia de protecció contra els animals salvages i despuix per a rebujar els boscs per a caçar o cultivar, i ademés seria la base per al control d'atres reaccions químiques, com les derivades de la cocció dels aliments (que varen facilitar la seua digestió i disminuïen la cantitat de microorganismes patógenos en ells) i més tart de tecnologies més complexes com la ceràmica, la fabricació de rajoles, la metalúrgia, el vidre o la destilació de perfums, medicines i atres substàncies contingudes en les plantes. Encara que el fòc fora la primera reacció química usada de manera controlada, les cultures antigues desconeixien la seua etiologia. Durant milenis es va considerar una força misteriosa i mística capaç de transformar unes substàncies en unes atres produint llum i calor. De la mateixa manera que es desconeixien les causes del restant de transformacions químiques, com les relacionades en la metalúrgia, encara que es dominaren les seues tècniques.

Les primeres civilisacions, com els sumerio, egipcíacs i els babilònics, varen concentrar un coneiximent pràctic en lo que concernix a les arts relacionades en la metalúrgia, ceràmica i tenyides, no obstant, no varen desenrollar teories complexes sobre les seues observacions.

Metalúrgia

Artícul principal → Metalúrgia.

El primer metal amprat pels sers humans va ser l'or, que pot trobar-se en forma nativa, per lo que no necessitava transformacions químiques per al seu us. l'argent i el coure també es poden trobar en forma nativa en menudes cantitats (ademés del estany i el ferro meteòric que apareixen en cantitats exigües) permetent un us llimitat d'objectes metalísticos en les cultures antigues. Les tècniques d'esta metalúrgia inicial es llimitaven a fondre els metals en l'ajuda del fòc per a purificar-los i donar forma als adorns o ferramentes per mig de mòles o cincelado. Pero els metals natius són escassos, i fins que es va deprendre a extraure els metals a partir dels seus mineralés no es va poder generalisar l'us dels objectes metàlics, lo que sí va implicar el control de reaccions químiques.

Metalúrgia del bronze

Artícul principal → Fundició (metalúrgia).

Alguns metals poden obtindre's dels seus menas simplement calfant els mineralés en una pira, principalment l'estany i el plom, i a majors temperatures, en un forn, el coure; en un procés de reducció conegut com fundició. Les primeres proves d'extracció metalúrgica procedixen del jaciment de Çatalhöyük en Anatolia (Turquia), al voltant de l'any 6400 a. C., i els jaciments arqueològics de Majdanpek, Yarmovac i Plocnik, els tres en Sèrbia, datats en els milenis V i VI a. C. També són notables les #fundició de coure trobades en el jaciment de Belovode, en objectes com un astral de coure del 5500 a. C. pertanyent a la cultura de Vinča. S'han trobat més vestigis dels primers usos dels metals, datats en l'III mileni a. C., en atres llocs com Palmela (Portugal), Els Millers (Espanya) i Stonehenge (Regne Unit).

Al principi els metals s'usaven per separat o mesclats tal com es trobaven. En mesclar-se el coure en estany o arsènic intencionadament es varen conseguir metals de millors qualitats, les aleacions denominades bronzes. En este alvanç tecnològic va sorgir l'Edat del Bronze. La tecnologia relacionada en el bronze va ser desenrollada en l'Oriente Pròxim a finals de l'IV mileni a. C., datant-se en Àsia Menor abans del 3000 a. C.; en l'antiga Grècia es va començar a utilisar a mitan de l'III mileni a. C.; en Àsia Central el bronze es coneixia al voltant del 2000 a. C. (en Afganistan, Turkmenistan i Iran), i poc despuix aplegaria a China, desenrollant-se durant la dinastia Shang. L'Edat del Bronze no solament va ser el periodo de major desenroll de la metalúrgia (en térmens d'expansió i diversitat) sino que va influir en molts atres camps en estendre l'us d'objectes metàlics. La disponibilitat de ferramentes i armes fabricades en un metal més dur i resistent va permetre el desenroll de l'agricultura i els grans eixèrcits, i es varen fomentar les rutes comercials per a l'intercanvi tant dels minerals escassos com de productes terminats. A partir de l'Edat del Bronze els pobles que varen conseguir armes d'aleacions i metals més durs es varen impondre als seus veïns.

Metalúrgia del ferro

Artícul principal → Edat del Ferro.

L'extracció del ferro dels seus menas és molt més difícil que la del coure i l'estany, ya que requerix un procés de fundició més complex, que necessita carbó (una font de carbonoC) com agent reductor i majors temperatures, pero a canvi es conseguix un metal més dur i tenaz que el bronze, i molt més abundant. A diferència de la producció del bronze que es va estendre pel Vell Món a partir d'un foc ubicat en l'Oriente Pròxim les tècniques de fundició del ferro podrien haver-se desenrollat multipolarmente en distintes parts del món. Existixen restants arqueològics en ferramentes fabricades en ferro sense níquel (prova de que no és d'orige meteòric) en Anatolia al voltant del 1800 a. C., pero també s'han trobat ferramentes del periodo comprés entre el 1800 a. C. i 1200 a. C. en la vall del Ganges en l'Índia, i en jaciments en Àfrica datats al voltant de 1200 a. C. Les tecnologies siderúrgicas es varen estendre des del Mediterràneu cap al nort a partir del 1200 a. C., aplegant al nort d'Europa al voltant del 600 a. C., més o menys en les mateixes dates en les que varen aplegar a China.

La majoria dels métodos d'extracció i purificació de metals usats en l'Antiguetat es descriuen en l'obra de Plinio el Vell, Naturalis Història. Ademés de descriure les tècniques intenta explicar els métodos i fa observacions molt precises sobre molts minerals.

La ceràmica i el vidre

Artícul principal → Ceràmica.

Ademés de la metalúrgia l'us del fòc va proporcionar als sers humans atres dos importants tecnologies derivades de transformacions físic-químiques, la ceràmica i el vidre, el desenroll del qual ha acompanyat a la humanitat des de la prehistòria fins al laboratori modern. Els orígens de la ceràmica daten del Neolític quan el ser humà va descobrir que els recipients fets d'argila, canviaven les seues característiques mecàniques i incrementaven la seua resistència front a l'aigua si eren calfats en el fòc. Per a controlar millor el procés es varen desenrollar diferents tipos de forns, i cada cultura va desenrollar les seues pròpies tècniques i formes.

En Egipte es va descobrir que recobrint la superfície en mescles de determinats minerals (sobretot mescles basades en el feldespat i la galena) la ceràmica es cobria en una capa molt dura, menys porosa i lluenta, l'esmalt, el color del qual es podia canviar afegint menudes cantitats d'atres minerals o variant les condicions de aireación del forn. Estes tecnologies es varen difondre ràpidament. En China es varen perfeccionar les tecnologies de fabricació de les ceràmiques fins a donar en la porcelana en el VII. Durant sigles China va mantindre el monopoli en la fabricació de la porcelana, i en Europa es desconeixia com fabricar-la fins a el XVIII gràcies a Johann Friedrich Böttger.

Relacionat en el desenroll de la ceràmica, apareix el desenroll del vidre a partir del cuarzo i carbonat de sodi o carbonat de potassi. El seu desenroll igualment va escomençar en l'Antic Egipte i va ser perfeccionat pels romans. La seua producció massiva a finals de el XVIII va instar al govern francés a premiar per mig de concurs un nou método per a l'obtenció del carbonat sòdic ya que la font habitual (les cendres de fusta) no proporcionava cantitats suficients com per a cobrir la creixent demanda. El guanyador va ser Nicolas Leblanc encara que el seu procés va caure en desús en favor del procés de Solvay, desenrollat mig sigle més tart, que va impulsar enormement el desenroll de l'indústria química.

Transformacions orgàniques de l'Antiguetat

Les societats antigues usaven un reduït número de transformacions químiques naturals com les #fermentació del vi, la cervesa o la llet. També coneixien la transformació del alcohol en vinagre, que usaven com a conservant i condiment. Les pells es curtían i blanquejaven sumergint-les en orina añeja (que la seua urea es transforma en amoniaco quan s'almagasena llarc temps) o solucions de palomina (que conté àcit úrico); i també s'usava la seua capacitat blanqueante en les taques persistents dels teixits. Ademés tenien coneiximent del procés de saponificación; els primers registres de fabricació de sabons daten de Babilonia al voltant del 2800 a. C.

Teories filosòfiques de l'Antiguetat Clàssica

Els filòsofs varen intentar racionalisar per qué les diferents substàncies tenien diferents propietats (color, durea, olor...), estaven en diferents estats (decorreguts o sòlits) i reaccionaven de diferent manera davant els canvis del mig, per eixemple front a l'aigua, el fòc o en posar-se en contacte en atres substàncies. Estes observacions els varen impulsar a postular les primeres teories sobre la química i la naturalea de la matèria. Estes teories filosòfiques relatives a la química poden trobar-se en totes les civilisacions antigues. Un aspecte comú de totes elles era l'intent de trobar un número reduït d'elements primaris que es combinarien entre sí per a formar totes les demés substàncies de la naturalea. Solien tractar-se de substàncies conegudes com l'aigua, la terra, la fusta o l'aire/vent, i formes d'energia com el fòc o la llum, ademés de conceptes abstractes com l'éter o el cel. Vàries civilisacions diferents varen coincidir en molts d'estos conceptes, inclús entre cultures sense contacte, per eixemple els filòsofs grecs, indis, chinencs i mayas consideraven que l'aigua, la terra i el fòc eren elements primaris, encara que cada una d'estes cultures incloïa un o dos elements diferents més en el seu propi llistat.

En la Grècia Clàssica al voltant del 450 a. C. Empédocles va afirmar que tota la matèria estava formada per quatre substàncies elementals: terra, fòc, aire i aigua. En sintonia en esta creència l'escola hipocrática sostenia que el cos humà estava format per quatre #humor. Posteriorment Aristóteles va afegir als quatre elements clàssics l'éter, la quintaesencia, raonant que el fòc, la terra, l'aire i l'aigua eren substàncies terrenals i corruptibles, i que com no es percebien canvis en les regions celestials, les estreles i planetes no devien estar formats per ells sino per una substància celestial i immutable. En les seues obres Física i Metafísica Aristóteles desenrolla els seus conceptes duals de «substància i accident», «essència i forma», «acte i potència» per a explicar els canvis de la naturalea, incloses les transformacions de la matèria. Les seues idees sobre la composició i transformacions de la matèria, i el restant del funcionament de la naturalea, es varen convertir en les predominants tant en Occident com en Orient Mig, influint en les seues cultures durant dos milenis.

Filòsofs jónicos o milesios

Els filòsofs jónicos o milesios sorgixen en una visió naturalista que consideren la base del món perceptual es troba un principi material a on les explicacions devien fer referència a aspectes constants de la naturalea i dels seus processos de transformació. Per este motiu es pensa que la pregunta dels primers filòsofs pot haver-se referit a l'orde de sorgiment dels elements naturals, més que a l'element últim a partir de la qual cosa tot està constituït.

Tals de Mileto (624-547 a. C.), tingut per pare de la filosofia grega, intenta buscar l'explicació causal dels fenomens naturals, va considerar l'aigua com l'element primordial d'a on es generen les entitats individuals idea que apareix en el llibre bíblic de Génesis. La substància material persistix, pero canvien les seues qualitats: lo humit, lo sec, lo fret i lo calent. Ya que la substància fonamental en sí mateixa no canvia, solament hi ha transformació i no canvi en un sentit absolut.

Anaximandro de Mileto va desenrollar l'idea del '[Ápeiron]'(lo illimitat) és allò a partir de la qual cosa tot s'origina carix de les característiques de qualsevol de les coses individuals que d'allí sorgixen pero és al mateix temps el fonament comú per a tots. El ápeiron es troben entremesclats lo calent, lo fret i lo sec, i en separar-se, donen lloc al fòc, aire, aigua i terra els quals, a la seua volta, generen la naturalea. Desenrolle el primer model astronòmic mecànic que basa la seua explicació en anells de fòc del sol, lluna i les estreles, ademés plantege una teoria sobre l'orige de la vida la generació espontànea basat en el sorgiment de lo humit per l'acció del Sol

Anaxímenes de Mileto va considerar a l'aire com a element fonamental com a principi viu, dinàmic i infinit dels cossos simples

Pitágoras de Samos, a partir de l'observació de la relació existent entre l'altura dels sons i les llongituts de les cordes de la lira, va deduir la proporcionalitat numèrica que rig l'harmonia tonal. L'idea d'harmonia musical, aplicat a la salut és el restabliment de l'harmonia, En medicina, lo calenta i lo fret, lo humit i lo sec serien considerats oposts harmònics. Les propietats dels números, especialment en combinar-los, varen resultar tan sorprenents que els pitagórico varen buscar constantment #analogia entre els números i les coses, i varen aplegar a fundar una espècie de mística numèrica. Ademés alguns varen afirmar l'existència de 10 principis o posicions fonamentals, entre lo perfecte i imperfecte. La cosmologia pitagórico és la primera coneguda que desplaça a la Terra del centre i la concep com girant entorn a un núcleu ardent. Tractant de solucionar un dels tres problemes de la matemàtica antiga, Pitágoras va trobar la demostració de la teorema del quadrat de l'hipotenusa.

El pensament d'Heraclito de Éfeso mostra una evolució con relación a el dels filòsofs jónicos, sostenia que el fòc era l'element primordial que simbolisa la constant evolució, incorpora la noció de devindre o fluix (teoria del fluir universal), al que va considerar una realitat bàsica subjacent a totes les coses, utilisant el terme logos en una dimensió metafísica entenent-se com a proporcions immutables que regulen totes les tensions entre els elements que generen el canvi.

L'idea de que tot canvi està regulat per proporcions subjacents és d'orige pitagórico, segons Heraclito, el logos implica proporcions immutables, de caràcter matemàtic, que regulen totes les tensions entre els elements que generen el canvi

Les concepcions més conegudes d'Empédocles d'Agrigent va ser la seua "teoria dels quatre elements" (aigua, aire, terra i fòc). A diferència de l'escola de milesia, no tractarà de reduir a un element originari únic, sino que afirma l'eternitat dels quatre elements fonamentals. Combinant el monisme estructural i el pluralisme estructural. Per influència de Pitágoras, la combinació d'elements per a donar lloc a les entitats materials seguix una determinada proporció, considerada com la seua essència. Per influència de Heráclito, postula una teoria del canvi basada en contraris. Els elements (aigua, aire, terra i fòc) es modifiquen per l'acció de les qualitats (calor, fret, humit i sec).

Anaxágoras de Clazomene profundise les idees de Empédocles plantejant la "Teoria del tot en tot". D'acort en esta teoria en lloc dels quatre elements fonamentals i eterns existixen infinits elements originaris, o llavors que es diferencien uns d'atres cualitativamente, esta teoria supon la divisibilidad infinita de la matèria. Per a evitar la confusió entre "qualitat" i "element" pas del model de la mescla basat en les proporcions (Empédocles) al de yuxtaposició (de parts idèntiques) baix proporcions.  Per a explicar descriu el Nous o inteligència com alguna cosa infinit, autònom i autorregulado i separat de les llavors o elements originaris.

Platón (427-347 a. C.) i despuix Aristóteles (384-322 a. C.) varen afirmar la teoria dels elements peripatéticos desenrollada per un coneiximent intuïtiu i no per experimentació: la matèria no presenta cap atribut, pero si se li podia infundir les qualitats o propietats de calor, fret, sequetat i humitat. Assumint que els elements en realitat eren propietats per les quals els objectes eren reconeguts i diferenciats. Per lo que va adoptar el doble dualisme és dir per la combinació de dos d'estes quatre propietats es podrien obtindre distints tipos d'objectes:

1. Aigua = fret + humit
2. Aire = humit + calent
3. Terra = fret + sec
4. Fòc = sec + calent

Primers atomista

Les teories inicials sobre l'atomisme es remonten a l'Antiga Grècia i l'Antiga Índia. L'atomisme grec es va iniciar en els filòsofs Leucipo de Mileto i el seu discípul Demócrito al voltant del 380 a. C., que varen propondre que la matèria estava composta per diminutes partícules indivisibles i indestructibles, denominades per això àtoms (del grec ἄτομος «sense parts», «que no es dividixen»). Afirmacions similars varen ser realisades pel filòsof indi Kanada en els seus texts de l'escola Vaisesika en un periodo propenc. També els jainistas de l'época tenien creències atomista.

Al voltant del 300 a. C. Epicuro va postular un univers format per àtoms indestructibles en el qual el ser humà devia alcançar l'equilibri. El filòsof Lucrecio va tractar d'explicar la filosofia epicúrea al públic romà en la seua obra del 50 a. C., De rerum natura (Sobre la naturalea de les coses). En esta obra Lucrecio presenta els principis de l'atomisme, les teories sobre la naturalea de la ment i l'ànima, i explicacions per als sentits i el pensament, el desenroll del món i els fenomens naturals.

Al contrari del concepte modern de atomicismo, esta teoria primitiva estava enfocada més en la naturalea filosòfica de la naturalea, en un interés menor per les observacions empíriques i sense interés pels experiments químics.

Tant els atomista grecs i romans com els de l'Índia carien de senyes empírics que respalaren les seues creències. Sense estes proves, als seus adversaris els va resultar fàcil negar les seues tesis. En Occident l'atomisme mai va conseguir formar part de l'opinió majoritària de l'época. Aristóteles es va opondre a l'existència dels àtoms en el 330 a. C. i la seua autoritat en el pensament occidental va fer que les idees atomista quedaren postergades durant sigles, fins a ben entrada l'Edat Moderna.

Alquímia

Artícul principal → Alquímia.

L'alquímia (del àrap الخيمياء [al-khīmiyā]) és una antiga pràctica protocientífica i una disciplina filosòfica que combinava elements de la química, la metalúrgia, la física i la medicina en l'astrologia, la semiologia, el misticisme i l'espiritualisme. L'alquímia va ser practicada en Mesopotamia, l'Antic Egipte, Pèrsia, l'Antiga Grècia, l'imperi romà, els califatos islàmics medievals i en l'Índia, China i Europa fins a el XVIII, per una complexa diversitat d'escoles i sistemes filosòfics que varen comprendre a lo manco 2500 anys.

La pedra filosofal i l'esoterisme

l'alquímia es definix com la busca hermètica de la pedra filosofal (una substància llegendària capaç de transmutar els metals en or o d'otorgar l'immortalitat i l'omnisciencia), l'estudi de la qual estava impregnat de misticisme simbòlic i era molt diferent de la ciència moderna. Els alquimistes treballaven per a fer transformacions a nivell esotèric (espiritual) i exotérico (pràctic). Estos aspectes exotéricos protocientíficos de l'alquímia varen ser els que varen contribuir a l'evolució de la química en l'Egipte greco-romà, l'Edat d'Or de l'islam i despuix en Europa. L'alquímia i la química compartixen el seu interés per la composició i les propietats de la matèria, i en anterioritat a el XVIII no hi havia distinció entre abdós disciplines.

En el món helènic, l'alquímia en principi va proliferar en combinació en la màgia i l'ocultisme com una forma d'estudi de les substàncies naturals per a transmutarlas en or i descobrir l'elixir de l'eterna joventut. L'alquímia va ser descoberta i practicada àmpliament en el món àrap despuix de la conquista dels musulmans, i des d'ahí, va ser difuminándose cap a tot lo món medieval i l'Europa Renaixentista a través de les traduccions llatines.

L'alquímia va aportar a la química l'invenció i desenroll de gran part de l'instrumental de laboratori. Els primers alquimistes occidentals, que varen viure en els primers sigles de nostra era, ya varen inventar alguns equipaments i processos usats posteriorment per la química. El bany maría, o bany d'aigua per a calfar controladamente, du el nom de María la Judeua considerada una de les fundadores de l'alquímia. En les seues obres també apareixen les primeres descripcions del tribikos (un tipo de alambique de tres braços) i del kerotakis (un dispositiu per a arreplegar vapors). Cleopatra l'Alquimista va descriure els métodos de fundició i destilació de l'época, alguns li atribuïxen l'invenció del primer alambique. Quan la disciplina es va desenrollar en el món islàmic, l'infraestructura experimental que va establir Jabir ibn Hayyan influiria en els procediments dels demés alquimistes islàmics, i posteriorment en Europa quan es varen traduir al llatí els seus texts.

En la seua busca de la pedra filosofal els alquimistes varen descobrir i varen deprendre a purificar moltes substàncies químiques com l'alcohol, l'amoníac, la moixa càustica, el vitriolo, l'àcit muriático (clorhídric), l'àcit nítric, l'àcit cítric, l'àcit acètic, l'àcit fórmico, l'arsènic, l'antimoni, el bismut i el fòsfor, entre unes atres.

Elements i metals de l'alquímia

El sistema d'elements que va usar l'alquímia medieval va ser desenrollat principalment per l'alquimiste persa Jābir ibn Hayyān i s'arrelava en la tradició dels elements grecs de l'antiguetat clàssica. El seu sistema constava dels quatre elements de Empédocles i Aristóteles: aire, terra, fòc i aigua als que s'afegien dos elements filosòfics: el sofre, caracterisat pel principi de combustibilidad, «la pedra que ardix»; i el mercuri que representava les propietats metàliques. Estos últims eren considerats pels primers alquimistes com a expressions idealizadas dels components irreductibles del univers, i varen ser la principal contribució de l'alquímia filosòfica.

En l'Edat Mija en Occident existia tradicionalment una relació entre l'alquímia i l'astrologia d'estil greco-babilònic. En eixa época es coneixien sèt metals (que llevat el mercuri no es consideraven elements) i també es coneixien sèt astres entorn a la Terra (lloc que imperava el geocentrismo), per lo que es relacionava cada metal i les seues propietats en un astre. L'identificació entre abdós aplegava fins al punt de que el símbol del planeta també s'usava per a representar al metal. Les associacions eren les següents:

Sol — or; Lluna — argent; Mercurio — mercuri;

Venus — coure; Mart — ferro;

Júpiter — estany; Saturn — plom.

En els últims sigles de l'Edat Mija, entorn a 1250, Alberto Magne va conseguir aïllar l'arsènic, encara que els seus composts eren ya coneguts des de l'antiguetat. Posteriorment l'alquimiste suís Paracelso influït per l'alquímia musulmana va ampliar també a sèt els elements en la seua llista alternativa, afegint als quatre tradicionals tres elements alquímicos adicionals, denominats tría prima, tres principis metàlics per a representar les propietats de la matèria: el sofre per a la combustibilidad, el mercuri per a la volatilitat i l'estabilitat, i la sal per a la solidea. Raonava que els quatre elements de la teoria elemental aristotèlica es manifestaven en els cossos com tres principis. Paracelso els considerava principis fonamentals i els explicava recorrent a l'eixemple de la fusta ardint en el fòc. El mercuri que era el principi de la cohesió devia anar-se per a que la fusta es descomponguera, i com era volàtil es desvania en el fum. La calor que es desprenia en les flames provenia del sofre (la combustibilidad) i les cendres que quedaven era la sal que implicava la solidea.

Alquímia en el món islàmic

En el món islàmic es va continuar la tradició clàssica en traduir-se al àrap les obres dels antics grecs i egipcíacs i varen ser la cultura més pròspera en tots els àmbits científics de l'época. El desenroll del método científic modern va ser llent i progressiu, i el principi del método científic en química va començar entre els alquimistes musulmans medievals, iniciat pel persa de el IX, Jābir ibn Hayyān (conegut com "Geber" en Europa), que es considera un dels pares de la química. Ell va introduir un enfocament sistemàtic i experimental a l'investigació científica en el laboratori, a diferència dels antics grecs i egipcíacs les obres dels quals es basaven en elucubraciones principalment alegóricas i a voltes ininteligibles. També va inventar l'alambique tal com ho coneixem i d'ell procedix el seu nom actual (al-anbiq), va descobrir i va analisar moltes substàncies químiques, va establir la distinció entre àcits i álcalis, i va fabricar centenars de medicines. Ademés va redefinir la teoria dels elements clàssics, identificant també com a elements al mercuri i al sofre.

Atres renombrados erudits musulmans de l'época com Abū al-Rayhān al-Bīrūnī, Avicena i al-Kindi varen criticar i varen rebujar les teories de l'alquímia, particularment la transmutació dels metals; i al-Tusi va enunciar una versió de la conservació de la massa, en afirmar que un cos material podia canviar pero no desaparéixer. Al-Razi va ser el primer en rebujar a la teoria aristotèlica dels quatre elements clàssics i va marcar el camí de la química usant el laboratori en el sentit modern, ademés de dissenyar i descriure més de vint instruments, alguns dels quals seguixen usant-se actualment com el cresol o la retorta de destilació.

L'alquímia del món islàmic va influir posteriorment en Europa en ser traduïts al llatí els seus texts, sobretot a partir de el XII, junt als clàssics grecolatinos que havien desaparegut d'Occident. Per eixemple Paracelso (1493-1541), va reformar la teoria dels quatre elements seguint les seues ensenyances, i en solament un vago coneiximent de la química i la medicina oriental va fundar un híbrit entre alquímia i ciència al que va denominar iatroquímica.

Problemes de l'alquímia

Des del punt de vista modern, l'alquímia presentava varis problemes. En primer lloc el seu objectiu no era l'ampliació del coneiximent d'un modo racionaliste com actualment entenem una ciència, sino que el seu fi era trobar matèries mítiques com la pedra filosofal, i els descobriments experimentals es produïen de forma colateral. Ademés caria d'un sistema per a nomenar els nous composts que es descobrien, i el seu llenguage era esotèric i vago fins al punt que els seus térmens significaven coses diferents per a distintes persones. De fet segons The Fontana History of Chemistry (Brock, 1992):

El llenguage de l'alquímia pronte va desenrollar un vocabulari tècnic arcano i reservat dissenyat per a ocultar informació als no iniciats. En gran medida este llenguage és incomprensible per a nosatres hui, encara que aparentment els llectors del conte del criat del canonge de Geoffrey Chaucer i l'audiència de L'alquimiste de Ben Jonson eren capaços d'interpretar lo suficient com per a riure's d'això.

El conte «El criat del canonge» dels Contes de Canterbury (de finals de el XIV) expon el costat més fraudulent de l'alquímia, la pretensió de fabricar or a partir de matèries més barates. També Dante Alighieri, un sigle abans, mostra el seu rebuig a este frau en ficar a tots els alquimistes en l'infern del seu Divina Comèdia.

L'alquímia tampoc disponia d'un método científic llògic i consensuat per a fer els experiments reproduibles. De fet molts alquimistes incloïen entre les anotacions dels seus métodos informació irrellevant com els nivells de la marea o les fases de la Lluna. La naturalea esotèrica i el vocabulari codificat de l'alquímia segons pareix servien sobretot per a ocultar que en realitat no tenien massa certees. Ya en el XIV s'evidenciaven els clavills en la frontera de l'alquímia, i molta gent es mostrava escèptica. Per a haver alvançat hauria necessitat un método normalisat que permetera a uns atres reproduir els experiments, i haver-los registrat d'un modo clar que permetera expondre lo que se sabia i lo que es desconeixia.

En 1317, el papa Juan XXII d'Aviñón va ordenar l'expulsió de tots els alquimistes de França per falsificar moneda. En 1403 es va aprovar una llei en Anglaterra a on es penava en la mort la «multiplicació de metals». A pesar de tot l'alquímia no va desaparéixer, ya que partix de les classes privilegiades i la realea seguia creent que es podia descobrir la pedra filosofal i l'elixir de la vida en el seu profit. Durant el Renaixença l'alquímia exotérica va seguir sent popular en la forma de l'iatroquímica de Paracelso, mentres que l'alquímia espiritual també floria fidel a les seues raïls platòniques, hermètiques i gnósticas. Aixina que la busca de la pedra filosofal no va ser abandonada a pesar dels escassos alvanços de l'alquímia, i va seguir sent practicada per erudits i meges respectats fins a principis de el XVIII. Alguns practicants de l'alquímia d'inicis de l'era moderna actualment són reconeguts per les seues grans contribucions a la ciència com Jan Baptist van Helmont, Robert Boyle i Isaac Newton.

Sigles XVII i XVIII: inicis de la química

Els intents pràctics de millorar el refinat de les menas minerals i l'extracció dels metals a partir d'elles va ser una important font d'informació per als químics de el XVI. Entre ells destaca Georgius Agrícola (1494-1555), que va publicar la gran obra De re metallica (Sobre els metals) en 1556. En la seua obra es descriuen els processos de l'época en mineria, extracció dels metals i metalúrgia, ya molt complexos i desenrollats. Per eixemple l'obra descriu la diversitat de tipos d'alts forns usats per a la fundició de les menas minerals. Aborda el tema eliminant el misticisme que tenia associat anteriorment, creant una base pràctica que uns atres pogueren desenrollar, i va estimular l'interés pels minerals i la seua composició. No és casual que mencione i use com a referència en numeroses ocasions a l'autor de l'antiguetat Plinio el Vell i la seua obra Naturalis Història. S'ha calificat a Agrícola com el pare de la metalúrgia.

En 1605, Francis Bacon va publicar The Proficience and Advancement of Learning (La capacitat i progrés de l'aprenentage), una obra científic-filosòfica que conté una descripció de cóm deuria ser la pràctica experimental que posteriorment es coneixeria com el método científic. En 1605 Michal Sedziwój va publicar el tractat alquímico Novum Lumen Chymicum (La nova llum de la química), que propon per primera volta l'existència en l'aire d'un «aliment per a la vida», que posteriorment es reconeixerà com l'oxigen (al principi aire desflogistizado). En 1615 Jean Beguin va publicar Tyrocinium Chymicum (La pràctica de la química), el primer llibre de text de química, a on apareix la primera equació química. En 1637 René Descartes va publicar Discours de la méthode (El discurs del método), un ensaig que basa l'investigació científica en els càlculs matemàtics i la desconfiança en els fets no provats.

L'obra del químic neerlandés Jan Baptist van Helmont, Ortus medicinae (L'orige de la medicina) publicada pòstumament en 1648, es considera la principal obra de transició entre l'alquímia i la química, i va influir notablement en Robert Boyle. El llibre conté el resultat de numerosos experiments i enuncia una versió inicial de la llei de conservació de la massa. Baptist van Helmont, que va treballar en el periodo immediatament posterior a Paracelso i el seu iatroquímica, va indicar que existien atres matèries «insubstàncials» ademés de l'aire, i va falcar per a elles el nom de «gas» (del grec cáos). Ademés de per l'introducció de la paraula gas en el vocabulari científic i ser el fundador de la química neumàtica, experimentant en reaccions entre gasos, Jan Baptist van Helmont també és recordat actualment per les seues idees sobre la generació espontànea.

En 1669 l'alquimiste alemà Hennig Brandt va descobrir el fòsfor a partir de l'orina. Per a conseguir-ho va destilar una mescla d'orina i arena (50 gavetes). En evaporar l'urea va obtindre un material blanc que lluïa en l'obscuritat i ardia en una flama lluenta.

Robert Boyle

Es considera que el químic anglés Robert Boyle (1627-1691) va apartar definitivament a la química de l'alquímia en millorar el seu método experimental. Encara que la seua investigació té les seues raïls clarament en la tradició alquímica, actualment es reconeix a Boyle com el primer químic modern, i per això un dels fundadors de la química moderna, i un dels pioners del método científic experimental modern. Se li coneix principalment per la llei de Boyle que va presentar en 1662, encara que Boyle no va ser el seu descobridor original. La llei descriu la relació inversamente proporcional que existix entre la pressió i el volum d'un gas, si es manté constant la temperatura en un sistema tancat.

Es reconeix com una fita científica la publicació de l'obra de Boyle The Sceptical Chymist: or Chymico-Physical Doubts & Paradoxes (El químic escèptic: o els dubtes i paradoxes quimio-físiques) en 1661, que es considera un pilar fonamental del camp de la química. En l'obra Boyle presenta la seua hipòtesis de que tots els fenomens són el resultat de la colisió de les partícules en moviment. Boyle apela als químics per a que experimenten i afirma que els experiments contradiuen que els elements químics es llimiten als quatre elements clàssics. També va declarar que la química deuria deixar d'estar subordinada a la medicina o l'alquímia, i deuria alçar-se a l'estatus de ciència per sí mateixa. Destaca el seu defensa de l'experimentació científica rigorosa. Boyle creïa que totes les teories deurien provar-se experimentalment abans de ser considerades certes. La seua obra ademés conté algunes de les primeres idees modernes sobre àtoms, molèculas i reaccions químiques, per lo que va marcar l'inici de l'història de la química moderna.

Boyle també va tractar de purificar les substàncies químiques per a obtindre reaccions reproduibles. Va ser un defensor de la filosofia mecànica proposta per René Descartes per a explicar i quantificar les propietats i interaccions de les substàncies químiques. Boyle era un atomista, pero preferia la paraula corpúscul a àtom. Va puntualisar que la divisió més menuda de la matèria a la que es mantenien les propietats era a nivell dels corpúsculs. Ademés va realisar numeroses investigacions en una bomba d'aire. Va observar que en traure l'aire les flames s'extinguien i es morien els animals situats dins, i també feya descendir els nivells del barómetro. Boyle va repetir els tres experiments de van Helmont, i va anar el primer en usar indicadors que canviaren de color en l'acidea. Per tot això Boyle va ajudar a assentar els pilars de la revolució química en la seua filosofia corpuscular mecànica.

Teoria del flogisto

A finals de el XVII i principis de XVIII es va propondre la teoria del flogisto per a intentar explicar els processos de combustió i òxit-reducció per mig de la pèrdua o transferència, respectivament, d'un supòsit decorregut denominat flogisto. La teoria va ser proposta inicialment per Johann Becher i desenrollada per Georg Stahl, abdós químics alemans. Becher va postular una atra reforma de la teoria dels quatre elements en la que solament la terra i l'aigua serien components de les matèries, en distintes proporcions, i el fòc i l'aire serien merament agents de les transformacions. A la seua volta existirien tres tipos distints de terres, cada una d'elles portadora d'una propietat: l'aspecte vítreo, la fluïdea o volatilitat, i el caràcter inflamable. Per a esta última Georg Stahl va falcar el terme flogisto en 1702. Tota substància susceptible de sofrir combustió contindria certa cantitat de flogisto, i el procés de combustió consistiria bàsicament en la pèrdua de dita substància.

Es coneixia des de l'antiguetat que algunes sals metàliques podien ser transformades de nou en els metals de partida. Stahl va explicar este procés suponent que els metals estaven formats per una calç i un principi inflamable carent de massa, el flogisto, per lo que el calcinació, és dir, la formació de la calç, es podia explicar, de la mateixa manera que la combustió, com una solsida de flogisto, el qual es lliberava del metal i deixava la calç al descobert en les cendres. El procés invers, la reducció de la calç al metal, podia ser igualment explicada com una adició de flogisto. Si una substància rica en flogisto, com el carbó, era posada en contacte en una calç metàlica, podia transferir-li la seua flogisto i donar lloc a la formació del metal.

Joseph Priestley va usar la teoria del flogisto en els seus experiments de química pneumática per a explicar les transformacions dels gasos. Priestley va denominar al residu d'aire que quedava despuix d'un procés de combustió «aire flogistizado» (en realitat, una mescla de nitrogen i diòxit de carbono), puix pensava que durant la combustió dit aire havia absorbit tot el flogisto que tenia capacitat d'albergar, i per això cessava la combustió. Seguint esta llínea de raonament, quan Priestley va calfar la calç roja de mercuri i va arreplegar un tipo d'aire que podia mantindre més temps la combustió ho va denominar «aire desflogistizado». Posteriorment Lavoisier ho cridaria oxigen.

La teoria del flogisto va ser popular durant el XVIII fins que Antoine Lavoisier la refutó en la seua obra Réflexions sur li phlogistique, pour servir de suite à la théorie de la combustion et de la calcination (Reflexions sobre el flogisto, per a formar part de la teoria de la combustió i el calcinació) publicada en 1777. Segons Stahl qualsevol sòlit lliberava flogisto baix l'acció del fòc, després despuix de la combustió perdria massa o la mantindria (segons el flogisto tinguera massa o no). No obstant, Lavoisier va fer experiments calcinant metals i despuix del calcinació en alguns el pes del residu (els òxits) era major que el cos inicial. En estos casos el flogisto tindria un pes negatiu, lo que resultava absurt, i demostrava la inconsistencia de la teoria del flogisto.

Descobriments de el XVIII

En el XVIII es varen multiplicar els descobriments de nous elements, gràcies al canvi en els métodos d'investigació. Un fet sense precedents des de l'antiguetat, ya que en els dos milenis anteriors s'havien descobert solament cinc (arsènic, antimoni, zinc, bismut i fòsfor). Al voltant de 1735 el químic suec Georg Brandt va analisar un pigment blau obscur trobat en la mena del coure descobrint lo que posteriorment coneixeríem com cobalt. En 1748 l'espanyol Antonio de Ulloa va publicar la descripció d'un nou metal, el platí. En 1751 un discípul de Stahl, Axel Fredrik Cronstedt, va identificar en una impurea del mineral del coure atre nou metal, el níquel. A Cronstedt se li considera un dels fundadors de la mineralogia moderna. En 1766 el químic anglés Henry Cavendish va aïllar el hidrogen, al que va cridar «aire inflamable». En 1773 el suec Carl Wilhelm Scheele va descobrir l'oxigen, al que va cridar «aire de fòc», encara que al no publicar immediatament la seua troballa va donar temps a Joseph Priestley a publicar-ho 1774, despuix d'haver descobert el mateix gas independentment al com va cridar «aire deflogistizado». En 1783 els germans espanyols Juan José i Fausto Elhuyar varen conseguir aïllar el wolframio a partir del mineral wolframita.

En este sigle també es varen descobrir destacats composts. En 1754 l'escocés Joseph Black va aïllar el diòxit de carbono, al que va cridar «aire invariable». En 1757 el francés Louis Claude Cadet de Gassicourt, mentres investigava els composts de l'arsènic va crear el líquit fumante de Cadet, que posteriorment se sabria que contenia òxit de cacodilo, i per això és considerat el primer compost organometálico que es va conseguir sintetisar. I ademés en 1758 Joseph Black va formular el concepte de calor latent per a explicar els canvi d'estat. En 1794, Elizabeth Fullhame, va escriure Ensaig sobre la combustió (1794), també republicado en 1810, en a on va descriure el procés de catálisis, 40 anys ans que ho falcara Jöns Jacob Berzelius.

Antoine Lavoisier

Artícul principal → Antoine Lavoisier.

Encara que l'investigació química es pot remontar a l'antiga Babilonia, Egipte, i especialment a Pèrsia i Aràbia de l'Edat d'Or de l'islam, la química va florir a partir de l'época d'Antoine Lavoisier, un químic francés reconegut com el «pare de la química moderna». En 1789 Lavoisier va establir formalment la llei de conservació de la matèria, que en el seu honor també es coneix com a «Llei Lomonósov-Lavoisier». Per a demostrar-la va realisar múltiples experiments. Va demostrar en mides meticulosas que les #transmutació no eren possibles, per eixemple, no es transformava l'aigua en terra, sino que el sediment que s'observa en hervir aigua procedia del contenidor; o que en cremar a l'aire fòsfor i sofre, va provar que encara que els productes pesaven més, el pes guanyat procedia de l'aire.

Repetint els experiments de Priestley va demostrar que l'aire estava compost de dos parts (no era un element), i una d'elles es combinava en els metals per a formar les #calç. En Considérations Générales sur la Nature dones Acides (1778) va demostrar que la part de l'aire responsable de la combustió també era la font de l'acidea en #dissolució. A l'any següent va nomenar a esta part oxigen (del grec formador de #àcit), i a l'atra assot (sense vida). Per això es considera a Lavoisier el descobridor de l'oxigen junt a Preistley i Scheele. També va observar que el «aire inflamable» descobert per Cavendish en combinar-ho en oxigen produïa una condensació, com va informar Priestley, que semblava ser aigua (després tampoc l'aigua era un element), per això va denominar a este gas hidrogen (del grec «formador d'aigua»).

Com es va indicar en l'apartat anterior, en Reflexions sur li Phlogistique (1783) Lavoisier refutó la teoria del flogisto per a la combustió. En Rússia Mijaíl Lomonosov independentment va aplegar a conclusions similars sobre la conservació de la matèria i el flogisto. Ademés Lomonosov va anticipar la teoria cinètica dels gasos, en considerar que la calor provenia d'una forma de moviment.

Lavoisier va treballar en Claude Louis Berthollet i uns atres per a idear un sistema de nomenclatura química que va ser la base del sistema modern de nomenar composts químics. En el seu Methods of Chemical Nomenclature (1787), Lavoisier va inventar la forma de nomenar i classificar composts que s'usa principalment en l'actualitat, que inclou noms com àcit sulfúric, sulfats i sulfitos. En 1785 Berthollet va determinar la composició elemental del amoniaco. Eixe mateix any Berthollet va ser el primer en usar el gas clor com blanqueante comercial, i en 1789 va ser el primer en fabricar lleixiu al burbujear gas a través d'una solució de carbonat de sodi, conseguint una solució d'hipoclorito sòdic. També va estudiar i va anar el primer en produir un atre fort oxidant i blanqueante de clor, el clorato de potassi (KClO₃), conegut com a sal de Berthollet. Berthollet també és conegut per les seues contribucions a la teoria del equilibri químic a través del mecanisme de reacció reversible.

L'obra de Lavoisier Traité Élémentaire de Chimie (Tractat elemental de química, 1789) va ser el primer llibre de text de la química moderna, i presentava un punt de vista unificat de les noves teories químiques, contenia una declaració clara de la llei de conservació de la massa, i negava l'existència del flogisto. Ademés presentava una llista d'elements, o substàncies que no podien descompondre's, que incloïa a l'oxigen, el nitrogen, l'hidrogen, el fòsfor, el mercuri, el zinc i el sofre. No obstant, en la seua llista també s'incloïa la llum i el calòric, que ell creïa que eren substàncies materials. En l'obra Lavoisier va remarcar que l'observació era la base de la seua química, afirmant que:

He intentat (...) aplegar a la veritat reunint fets, per a suprimir en lo possible el raonament, que a sovint és el responsable d'enganyar-nos, per a seguir en lo possible la llum de l'observació i de l'experiment.

Lavoisier va demostrar que els organismes vius descomponien i recomponien l'aire atmosfèric de la mateixa forma que ho feya una flama. Junt a Pierre-Simon Laplace, Lavoisier va usar un calorímetro per a estimar la calor per unitat de diòxit de carbono produït en una combustió. I va descobrir unes miges similars per a les flames i els animals, lo que indicava que els animals produïen energia per mig d'un tipo de combustió. Ademés va descobrir que el diamant era una forma cristalina del carbó.

No obstant com és llògic, en la seua obra no tot varen ser encerts. Lavoisier no creïa en l'atomisme i pensava que l'existència real dels àtoms era filosòficament impossible. Lavoisier creïa en la teoria dels radicals i pensava que els radicals funcionaven com un sol grup que es combinaria en l'oxigen en les reaccions. Creïa que tots els #àcit contenien oxigen. A pesar d'això, la llabor de Lavoisier va ser fonamental per a la ciència química. A l'impuls que es va produir en l'investigació basat en la seua llei de conservació de la massa, la seua teoria sobre la combustió per mig de l'oxigen, ademés de la teoria corpuscular mecànica, es coneix com revolució química. Despuix de la seua obra la química va adquirir una naturalea estrictament quantitativa, lo que permetria fer prediccions fiables. La seua contribució a la revolució química va ser el resultat principalment del seu esforç conscient d'encaixar tots els seus experiments en el marc d'una sola teoria. Va establir de forma consistent l'us de l'equilibri químic, va usar el descobriment de l'oxigen per a refutar la teoria del flojisto i va desenrollar un nou sistema de nomenclatura química. Llamentablement la seua lluentor i autoritat científica no varen evitar que Lavoisier fora decapitat durant la Revolució francesa. Després de la seua mort, la seua esposa Marie-Anne Pierrette Paulze, coneguda com a «mare de la química moderna», es va dedicar a reunir els apunts i resultats del seu espós, els va ordenar i va editar ella mateixa i en 1803 els va publicar baix el títul de Memòries de la química.

Volta i la seua pila

Artícul principal → Història de la pila.

El físic italià Alessandro Volta va ser un dels pioners en els estudis sobre l'electricitat. En 1775 Volta va perfeccionar i va popularisar l'electróforo, un dispositiu en dos discs metàlics separats per un conductor humit, pero units en un circuit exterior, capaç de produir electricitat estàtica. En 1794 Volta va revisar els estudis sobre la «electricitat animal». En 1780 Luigi Galvani havia observat que en posar en contacte dos metals diferents en el múscul d'una granota s'originava l'aparició de corrent elèctrica. A Volta li va interessar l'idea i va començar a experimentar en metals únicament, i va aplegar a la conclusió de que el teixit muscular animal no era necessari per a produir la corrent elèctrica. Esta troballa va suscitar una forta controvèrsia entre els partidaris de l'electricitat animal i els defensors de l'electricitat metàlica, pero la demostració, realisada en 1800, del funcionament de la primera pila elèctrica va certificar la victòria del bando favorable a les tesis de Volta.

El seu pila voltaica de 1800 consistia en un apilamiento de varis parells de discs de coure i zinc alternats (electrodos) separats per una capa de tela o cartó empapada en salmorra (electrolito) per a incrementar la conductivitat. Quan es conectava la part superior i l'inferior en un cable separats, i perdia poca càrrega en el temps quan no li l'utilisa, en lo que Volta va conseguir la primera bateria elèctrica per a produir electricitat. Per això es considera a Volta el fundador de l'electroquímica. A partir de llavors s'usaran les piles voltaicas (o galvàniques) en l'estudi les reaccions redox i els seus productes. Ademés Alessandro Volta entre 1776 i 1778 es va dedicar a l'estudi de la química dels gasos i va anar el descobridor del metà.

XIX: resorgiment de la teoria atòmica

Artícul principal → Teoria atòmica.

Despuix d'haver estat aparcat l'atomisme des de l'antiguetat i únicament esbossat en els models mecànics corpusculars, la teoria atòmica és represa per John Dalton, qui va postular que els àtoms eren partícules indivisibles que permaneixen inalteradas en els composts, a partir de la qual cosa es varen poder establir les lleis estequiomètriques, base de l'actual estequiometría.

A lo llarc de el XIX la química va estar dividida entre els seguidors i detractors de la teoria atòmica de Dalton, com Wilhelm Ostwald i Ernst Mach. Els impulsors més decidits de la teoria atòmica inicial varen ser Amedeo Avogadro, Ludwig Boltzmann, entre uns atres, que varen conseguir grans alvanços en la comprensió del comportament dels gasos. La disputa sobre l'existència dels àtoms es resoldria definitivament en l'explicació del efecte browniano per Albert Einstein en 1905 i els respectius experiments de Jean Perrin. Molts varen ser els investigadors que varen treballar baix l'hipòtesis atòmica. Svante Arrhenius va intuir en part l'estructura interna dels àtoms proponent la seua teoria de l'ionisació en les #dissolució. Encara que la seua verdadera estructura no s'entrevoria fins a principis de el XX, a partir dels treballs d'Ernest Rutherford, seguits pel model atòmic de Bohr.

John Dalton

AP

En 1803 el científic anglés John Dalton va propondre la llei de Dalton, que relaciona les pressions parcials dels components d'una mescla de gasos en la pressió total de la mescla. El concepte va ser descobert en 1801, i també es coneix com a llei de les pressions parcials.

Pero la principal contribució de Dalton a la química va ser una nova teoria atòmica en 1803, a on afirmava que tota la matèria està formada per menudes partícules indivisibles denominades àtoms. En 1808 Dalton va publicar per primera volta A New System of Chemical Philosophy (Un nou sistema de filosofia química, 1808-1827), en la que desenrollava la primera descripció moderna d'una teoria atòmica. En esta obra identificava els elements químics com un tipo de partícules, i rebuja la teoria d'afinitats químiques defesa per Étienne François Geoffroy i Isaac Newton, entre uns atres. Dalton va explicar la seua teoria formulant una série d'enunciats simples:

• La matèria està formada per partícules molt menudes cridades àtoms, que són indivisibles i no es poden destruir.
• Els àtoms d'un mateix element són iguals entre sí, tenen la mateixa massa i propietats. Els àtoms de diferents elements tenen masses diferents.
• Els àtoms permaneixen sense divisió, aun cuando es combinen en les reaccions químiques.
• Els composts químics es formen en unir-se àtoms de dos o més elements distints.
• Els àtoms, en combinar-se per a formar composts guarden relacions simples.
• Els àtoms d'elements diferents es poden combinar en proporcions distintes i formar més d'un compost.

A pesar de la seua utilitat i gran acceptació durant tot el XIX, la teoria atòmica de Dalton tenia imprecisions (els dos primers enunciats no són del tot certs) i presentava molts estanys: no aclaria res sobre l'estructura de l'àtom, ni explicava les propietats dels elements, ni quins eren les causes de que s'uniren per a formar composts.

Ademés de definir àtoms, elements i composts, Dalton infirió les proporcions d'alguns elements en els seus composts, partint dels pesos dels seus reactius, per mig del pes atòmic relatiu usant a l'hidrogen com a unitat de massa en la comparació en els demés elements. Seguint les tesis de Jeremias Benjamin Richter (conegut per falcar el terme estequiometría), va propondre que quan els elements químics es combinaven per a donar més d'un compost s'unixen en distintes proporcions fixes i sanceres. Açò es coneix com la Llei de les proporcions múltiples i va ser inclosa en la seua obra New System of Chemical Philosophy. La llei de les proporcions múltiples és una de les lleis bàsiques de la estequiometría i un dels pilars de la seua teoria atòmica. Curiosament a pesar de l'importància d'incloure l'idea d'àtoms com a entitats físiques reals en A New System of Chemical Philosophy, i la creació d'un sistema de símbols químics per a ells, esta obra dedica casi tot el seu text a la teoria calòrica en lloc de l'atomisme.

Per un atre costat va ser el químic francés Joseph Proust qui va propondre la Llei de proporcions definides, que afirma que els elements sempre es combinen per a formar un determinat compost ho fan en proporcions d'número entero i senzills, basant-se en varis experiments realisats entre 1797 i 1804. La llei de proporcions múltiples i la de proporcions definides són la base de la estequiometría. Estes dos lleis per sí mateixes no proven l'existència dels àtoms, pero són difícils d'explicar sense assumir que els composts es formen per la combinació d'àtoms en proporcions constants.

Jöns Jacob Berzelius

Artícul principal → Jöns Jacob Berzelius.

Un químic suec discípul de Dalton, Jöns Jacob Berzelius, es va embarcar en un programa sistemàtic de medicions quantitatives precises de les substàncies químiques, assegurant-se de la seua purea. A partir de les quals en 1828 va recopilar una taula de pesos atòmics relatius, a on al oxigen se li assignava el 100, i que incloïa tots els elements coneguts en l'época. Este treball va proporcionar proves a favor de la teoria atòmica de Dalton: que els composts químics inorgànics estaven formats per àtoms combinats en proporcions d'número entero. Va determinar la composició elemental exacta de gran número de substàncies. Els seus resultats varen confirmar la llei de proporcions definides de Proust. En els seus pesos va usar com a patró a l'oxigen, assignant-li el valor exacte de 100, i a partir d'ell va medir el pes de 43 elements. En descobrir que els pesos atòmics no eren múltiples exactes del pes de l'hidrogen Berzelius va descartar la hipòtesis de Prout, que suponia que els elements estaven formats per àtoms d'hidrogen.

Per a simplificar els experiments en la seua extensa determinació de pesos atòmics va introduir el sistema de símbols químics i notació, que va publicar en la seua obra de 1808 Lärbok i Kemien (Manual de química), en la que els noms dels elements varen ser abreviats en una o dos lletres de les inicials dels seus noms en llatí. Este sistema de notació, en el que els elements s'expressen per mig de símbols simples i les seues proporcions s'indiquen en números, bàsicament és el mateix que s'usa actualment. L'única diferència és que en lloc de posar els números en el subíndex com actualment (ej: H₂O), Berzelius usava superíndexs (H²O).

S'acredita a Berzelius el descobriment dels elements silici, seleni, tori i ceri. Ademés els discípuls que treballaven en el laboratori de Berzelius varen identificar el liti i redescubrieron el vanadi (descobert originalment per Andrés Manuel del Riu en 1801 i després descartat en creure-ho cromo). Berzelius va desenrollar la teoria dels radicals per a la combinació química, que mantenia que les reaccions es produïxen per mig de grups estables d'àtoms denominats radicals que s'intercanvien entre les molècules. Creïa que les sals són composts d'un àcit i una base, i va descobrir que els aniones dels #àcit eren atrets pels electrodos positius (l'ànodo), mentres que els cationes d'una base eren atrets per l'electrodo negatiu (el càtodo). Berzelius no creïa en la teoria del vitalismo, en el seu lloc pensava que hi havia una força reguladora que produïa l'organisació dels teixits dels organismes. Ademés s'atribuïx a Berzelius la creació dels térmens químics "catálisis", "polímero", "isòmer" i "alótropo", encara que les seues definicions originals diferixen considerablement de les actuals. Per eixemple el terme "polímero" que va falcar en 1833 descrivia composts orgànics que compartien la mateixa fòrmula empírica pero tenien distint pes molecular, el major era polímero del més menut, com la glucosa (C₆H₁₂O₆, de la que es desconeixia la seua estructura) i el formaldehit (CH₂O). Per tot això Berzelius és reconegut com un dels pares de la química moderna, junt a Lavoisier, Boyle i Dalton.

Davy i la electrólisis

Artícul principal → Humphry Davy.

El químic anglés Humphry Davy va ser un pioner en el camp de l'electrólisis (que consistix en usar l'electricitat en una cèlula electrolítica a on es produïxen reacciones d'òxit-reducció per a separar els composts allí continguts) per a aïllar varis elements nous. Davy va descompondre per electrólisis vàries sals foses i va conseguir descobrir el sodi i el potassi. El potassi va ser el primer metal aïllat per mig de electrólisis, a partir la potasa càustica (KOH). Abans de el XIX es desconeixien les diferències entre les sals de sodi i potassi. El sodi va ser aïllat el mateix any a partir de la moixa càustica fosa (NaOH). Quan Davy es va enterar de que Berzelius i Pontin preparaven una amalgama (amalgama de calcio) per mig de la electrólisis de la calç en mercuri, ho va intentar ell. Davy va conseguir descobrir el calcio en 1808 en la electrólis de la calç en òxit de mercuri. Va seguir treballant en la electrólisis durant tota la seua vida, en 1808, va aïllar el magnesi, l'estronci i el bari.

Davy també va experimentar inhalant gasos. Este procediment experimental casi resulta fatal en vàries ocasions, pero va conduir a descobrir els inusuals efectes del òxit nitroso, que durien a conéixer-ho com a gas de la rialla. En 1774 el químic suec Carl Wilhelm Scheele va descobrir el clor i ho va denominar «àcit desflogistizado marí» pensant erròneament que contenia oxigen. Scheele va observar vàries propietats del gas de clor, com el seu efecte blanqueante sobre el tornasol, i el seu efecte mortal sobre els insectes, el seu color vert groguenc i la seua olor similar al del aigua regio. No obstant, Scheele no va poder publicar les seues troballes a temps. En 1810 Humphry Davy li va donar al clor el seu nom actual (derivat de la paraula grega χλωρός (khloros) «vert groguenc») insistint que es tractava d'un element. Ademés va demostrar que no es podia obtindre oxigen a partir de la substància coneguda com a àcit oximuriático (una solució de HCl). Este descobriment va rebatre la definició d'àcit de Lavoisier que els considerava composts d'oxigen.

El yodo va ser descobert pel químic francés Bernard Courtois en 1811. Courtois va donar mostres als seus amics, Charles Bernard Desormes (1777-1862) i Nicolas Clément (1779-1841), per a que continuaren l'investigació. També li va donar una miqueta de substància a Joseph Louis Gai-Lussac i al físic André-Marie Ampère. El 6 de decembre de 1813, Gay-Lussac va anunciar que es tractava o be d'un nou element, o be d'un compost d'oxigen. Ademés va ser Gay-Lussac qui va sugerir el nom del yodo, a partir de la paraula grega ιώδες (iodes) per al violeta (pel color del vapor de yodo). A la seua volta Ampère va donar part de la seua mostra a Humphry Davy. Davy va fer alguns experiments en la substància i es va donar conte de les seues similituts en el clor. Davy va manar una carta el 10 de decembre a la Royal Society of London a on afirmava que havia identificat un nou element. Lo que va desnugar les discussions entre Davy i Gai-Lussac sobre quí havia identificat primer al yodo com a element, encara que abdós reconeixien a Courtois com el primer en aïllar-ho.

Gay-Lussac i les lleis dels gasos

Artícul principal → Joseph Louis Gai-Lussac.

El químic francés Joseph Louis Gai-Lussac compartia en Lavoisier l'interés per l'estudi quantitatiu de les propietats dels gasos. Des del seu primer periodo d'investigació 1801-1802, va manifestar que tots els gasos s'expandien proporcionalment en aumentar la temperatura. A esta conclusió generalment li la denomina llei de Charles, ya que Gay-Lussac li va concedir el crèdit del descobriment a Jacques Charles, per haver aplegat casi a les seues mateixes conclusions en la década de 1780 encara que no les havia publicat. Esta llei també va ser descoberta independentment per John Dalton al voltant de 1801, encara que la descripció de Dalton és menys meticulosa que la de Gay-Lussac. En 1804 Gay-Lussac va fer varis arriscats ascensos en globo aerostático d'hidrogen fins a altures per damunt 7000 metros sobre el nivell de la mar que li varen permetre investigar atres aspectes dels gasos, una proea que ningú més va realisar en els 50 anys següents. Va prendre mides de la pressió, la temperatura, la humitat i mostres d'aire, que més tart va analisar químicament, ademés de realisar medicions magnètiques a vàries altituts.

En 1808 Gay-Lussac va anunciar lo que provablement va ser el seu major guany: a partir d'experiments propis i d'uns atres va deduir que els gasos a volum fix mantenen constant la relació entre la seua pressió i la temperatura. I que els volums dels possibles productes d'una reacció entre gasos ademés estan en proporció senzilla en els volums dels reactius. En atres paraules que els gasos baix les mateixes condicions de pressió i temperatura reaccionen en uns atres en proporcions de volum d'número entero i menuts. Estes conclusions es plasmarien en la llei de Gay-Lussac i la Llei dels volums de combinació.

Gay-Lussac també va participar junt al seu colega professor en l'École Polytechnique, Louis Jacques Thénard, en les primeres investigacions electroquímiques, i va analisar els elements descoberts per este mig. Entre els seus guanys en este camp destaca el descobriment del bor, per la descomposició del àcit bórico usant potassi fos. Abdós investigadors varen formar part dels debats de l'época per a modificar la definició dels #àcit i impulsar l'anàlisis dels composts orgànics per a descobrir el seu contingut en oxigen i hidrogen.

Amedeo Avogadro

Artícul principal → Amedeo Avogadro.

Despuix de la publicació de la teoria atòmica de Dalton en 1808, algunes de les seues idees centrals varen ser ràpidament adoptades per la majoria dels químics. No obstant durant mig sigle va permanéixer l'incertitut de cóm es configuraria la teoria atòmica i s'aplicaria a les situacions concretes. Per eixemple en les senyes empíriques disponibles fins al moment varis químics de distints països varen desenrollar diversos sistemes de pesos atòmics incompatibles. El físic italià Amedeo Avogadro (1776-1856) va publicar en 1811 una obra que mostrava una eixida a esta difícil situació. Va presentar l'hipòtesis de que els volums iguals de qualsevol gas, a la mateixa temperatura i pressió, contenien el mateix número de molècules; per la qual cosa la relació entre els pesos moleculars de dos gasos era la mateixa proporció que la que hi havia entre les seues #densitat, en les mateixes condicions de pressió i temperatura. Ademés Avogadro va raonar que els gasos corrents no estaven formats per àtoms solitaris sino per molècules que contenien dos o més àtoms (que era l'orige dels distints pesos atòmics registrats). Aixina Avogadro va ser capaç de resoldre el problema en el que s'havien topat Dalton i uns atres quan Gay-Lussac va reportar que per damunt dels 100 °C el volum del vapor d'aigua era dos voltes el volum de l'oxigen usat per a formar-la. Segons Avogadro la molècula d'oxigen es dividia en dos àtoms per a formar l'aigua.

L'hipòtesis de Avogadro va ser ignorada durant mig sigle despuix d'haver segut publicada per primera volta. S'han citat moltes raons per a este desinterés, inclosos alguns problemes teòrics com el dualisme propost per Jöns Jacob Berzelius que considerava que els composts es mantenien junts per l'atracció de les càrregues positives i negatives, lo que faria incompatible l'existència de molècules formades per dos àtoms eléctricamente similars, com el cas de l'oxigen. Ademés existia la barrera de que molts químics eren contraris a adoptar métodos físics (com les determinacions de densitat del vapor) per a resoldre els seus problemes. No obstant, a mitan de sigle les figures més prominents varen escomençar a considerar intolerable la diversitat caòtica de sistemes de pesos atòmics i fòrmules de composts en competència, que varen proliferar a causa de l'incertitut. Ademés varen escomençar a acumular-se proves purament químiques que indicaven que lo afirmado por Avogadro podria ser cert despuix de tot. A mitan de sigle, químics més jóvens com Alexander Williamson en Anglaterra, Charles Gerhardt i Charles-Adolphe Wurtz en França i August Kekulé en Alemània, varen escomençar a propondre la reforma de la química teòrica per a que s'ajustara a la teoria de Avogadro.

Inicis de la #síntesis orgànica i la seua indústria

Artícul principal → Vitalismo.

En acabant de que es comprengueren els principis de la combustió, es va apoderar de la química un atre debat de gran importància: el vitalismo, la distinció essencial entre la matèria orgànica i l'inorgànica. Esta teoria assumia que la matèria orgànica solament podria ser produïda pels sers vius, atribuint este fet a una vis vitalis (força vital) inherent a la pròpia vida. En 1827 William Prout va classificar les biomoléculas en tres grups: carbohidrats, proteïnas i lípits. Pero el debat del vitalismo es va resoldre quan Friedrich Wöhler va descobrir accidentalment en 1828 cóm es podia sintetisar l'urea a partir de cianato d'amoni, demostrant que la matèria orgànica podia crear-se de manera química a partir de reactius inorgànics. A pesar d'això es manté vigent la classificació en química orgànica i inorgànica, ocupant-se la primera essencialment dels composts del carbono i la segona dels composts dels demés elements.

Anteriorment Friedrich Wöhler i Justus von Liebig varen realisar en 1825 el primer descobriment confirmat i explicat d'isòmers, encara que el terme fora falcat abans per Berzelius. Treballant en àcit ciánico i àcit fulmínico, varen deduir correctament que l'isomeria era la conseqüència de la diferent colocació dels mateixos àtoms en l'estructura molecular. Ademés en 1832 Friedrich Wöhler i Justus von Liebig varen descobrir i varen explicar els grups funcionals i els radicals en la química orgànica, ademés de sintetisar per primera volta el benzaldehído.

Per la seua banda Justus von Liebig va realisar investigacions que varen contribuir de forma crucial en l'agricultura i la bioquímica i va treballar en l'organisació de la química orgànica. Liebig és considerat el pare de l'indústria dels fertilisants pel seu descobriment de que el nitrogen és un nutrient essencial per a les plantes, i la formulació de la llei del mínim que indica l'influència individual de cada nutrient en les collites.

Els últims defensors del vitalismo negaven la qualitat de substància orgànica a un producte de rebuig com la urea. Pero en 1847 Hermann Kolbe va conseguir sintetisar una atra substància orgànica, l'àcit acètic, a partir de fonts totalment inorgàniques, quedant refutado sense lloc a dubtes el vitalismo. La #síntesis de la urea va obrir el camí per a les #síntesis orgànica de centenars de productes. Ya en 1838 Alexandre Wosrerenski va obtindre la quinona a partir de la quinina. El desenroll de la química orgànica en la segona mitat de el XIX va estar impulsat inicialment per la busca de nous colorants o tenyidas sintètics. Fins a l'época solament es podia teñir per mig de productes naturals com la cochinilla que resultaven molt cars. El descobriment de l'anilina per Runge i la primera #síntesis d'un colorant artificial realisada per Perkin va obrir grans possibilitats comercials. En 1856, William Henry Perkin, en 18 anys, desafiat pel seu professor August Wilhelm von Hofmann intentava sintetisar, usant com a precursor alquitrán de hulla, la quinina, el medicament contra la malaria, que fins a llavors era escassa per ser un producte natural. En un dels intents Perkin oxidó anilina usant dicromat potásico, les impurees de toluidina varen reaccionar en la anilina produint un precipitat negre, lo que semblava indicar una #síntesis fallanca. En netejar el matraz en alcohol, Perkin va notar que la solució es tornava morada, a causa d'un subproducte que resultaria ser el primer colorant sintètic, la mauveína o malva de Perkin. Este descobriment originaria l'indústria de les tenyides sintètiques, una de les primeres indústries químiques d'èxit. En 1865 Adolf von Baeyer va escomençar a fabricar l'añil, la tenyida dels pantalons vaquers, fins a llavors obtingut del índigo, una fita en l'indústria de la química orgànica que va revolucionar l'indústria de les tenyides.

Una atra important indústria de composts orgànics en l'época va ser la dels explosius. En 1847, el químic italià Ascanio Sobrero va descobrir la nitroglicerina, que revolucionaria la mineria, pero que resultava extremadament perillosa. El químic suec Alfred Nobel va descobrir que quan la nitroglicerina era absorbida per una substància inerte com la terra de diatomeas, resultava més segura i manejable; i va patentar esta mescla en 1867 en el nom de dinamita. Nobel posteriorment va combinar la nitroglicerina en varis composts de nitrocelulosa, similars al colodión, que en combinació d'un atre explosiu de nitrat va resultar una recepta més eficient. El compost obtingut, una substància gelatinosa transparent en un poder explosiu major que la dinamita, es va denominar gelignita i va ser patentada en 1876. Este descobriment va ser seguit per una multitut de combinacions similars, que es modificaven per l'adició de nitrat potásico i atres substàncies.

En 1855, Benjamin Silliman Jr. va iniciar els métodos de craqueo del petròleu, que són la base de l'indústria petroquímica actual. L'importància dels derivats del petròleu varen fer que l'indústria derivada de la química orgànica adquirira la dimensió que té actualment, en productes com els plàstics, els carburants, els adhesius, etc. L'indústria dels plàstics es va iniciar en 1862 quan Alexander Parkes va mostrar en l'exposició universal de Londres la parkesina, un dels primers polímero sintètics. Encara que el primer plàstic comercialisat a gran escala (la baquelita) no escomençaria a la seua distribució fins a l'inici de el XX.

La fabricació industrial de fàrmacs sintètics es va iniciar en l'aspirina en 1897, quan Felix Hoffmann va descobrir en els laboratoris Bayer un procés per a obtindre àcit acetil salicílico a gran escala i en gran purea.

Vore també: Cronologia de la Química orgànica i #Síntesis de Wöhler

Congrés de Karlsruhe i els seus antecedents

Artícul principal → Stanislao Cannizzaro.

En 1840 Germain Hess va propondre la llei de Hess, un dels primers passos cap a la llei de conservació de l'energia, que establix que l'energia absorbida o despresa en una reacció depén solament dels reactius inicials i productes finals, és independent del tipo o número de passos intermijos. En 1848 William Thomson (baró de Kelvin) va establir el concepte de zero absolut, la temperatura a la que totes les molècules detenen el seu moviment per complet. En 1849 Louis Pasteur va descobrir que la mescla racémica d'àcit tartárico es tracta d'una mescla d'isòmers levógiros i dextrógiros, clarificant la naturalea de la rotació òptica iniciant el camp de l'estereoquímica.

En 1852, August Beer va establir la llei de Beer, que relaciona l'intensitat de llum absorbida per la dissolució d'una substància en la seua concentració i les propietats de dita substància. Es basa parcialment en una obra anterior de Pierre Bouguer i Johann Heinrich Lambert. Esta fòrmula serà la base de la tècnica analítica coneguda com espectrofotometría, l'anàlisis de substàncies químiques per mig de la comparació del tipo i cantitat de llum que absorbixen.

L'hipòtesis de Avogadro va escomençar a conseguir acceptació entre els químics sol en acabant de que el seu compatriota Stanislao Cannizzaro demostrara el seu valor en 1858, dos anys despuix de la mort de Avogadro. L'investigació de Cannizzaro originalment se centrava en l'anàlisis de productes naturals i les reaccions dels composts aromàtics. En 1853, va descobrir que quan es tractava el benzaldehído en una base s'obtenia una mescla d'àcit benzóico i alcohol bencílico, un fenomen conegut actualment com reacció de Cannizzaro. Cannizzaro va explicar en un fullet escrit en 1858 que en l'aplicació de les idees de Avogadro es podia construir una teoria estructural química robusta i consistent, i que coincidia en casi totes les proves empíriques disponibles en l'época. Per eixemple, va senyalar que alguns gasos elementals eren monoatómicos, encara que la majoria eren diatómicos, i uns pocs eren inclús més complexos. Un atre punt de discussió que tractava va ser les fòrmules dels composts de metals alcalinos (com el sodi) i els alcalinotérreos (com el calcio). En vista de les seues cridaneres similituts químiques la majoria dels químics els havien assignat el mateix tipo de fòrmula. Cannizzaro discrepava i va situar a estos metals en dos grups diferents lo que eliminava certes anomalies que es donaven en intentar deduir les seues propietats a partir dels seus pesos atòmics. Llamentablement el fullet de Cannizzaro inicialment solament es va publicar en Itàlia i va tindre molt poca difusió.

El verdader impacte del pasquín de Cannizzaro va tindre lloc en el congrés de Karlsruhe, el primer congrés internacional de química que es va reunir en la ciutat alemana de Karlsruhe en setembre de 1860, en l'objectiu principal d'unificar criteris. Estava organisat per August Kekulé, Charles Adolphe Wurtz i Karl Weltzien, i va congregar als químics europeus més importants de l'época. Cannizzaro va ser molt eloqüent, llògic i didàctic en la seua exposició, causant una gran impressió en l'assamblea. Ademés el seu amic Angelo Pavesi va distribuir el seu fullet entre tots els assistents al final de la reunió, la llectura de la qual va convéncer definitivament a la majoria. Aixina Cannizzaro va eixercitar un paper fonamental en la reforma que va impondre la tesis de Avogadro. El sistema de formulació i pesos atòmics resultant va ser adoptat per la majoria dels químics, i és en essència el que s'usa actualment.

Espectroscopía i tubos de descàrrega

A mitan de el XIX es varen crear dos tècniques que resultarien fonamentals per a l'estudi de l'estructura de l'àtom: l'espectroscopía i els tubos de descàrrega. Entre 1859 i 1860 Robert Bunsen i Gustav Kirchhoff varen crear l'anàlisis d'espectres. Els espectres atòmics són séries de llínees que registren l'energia emesa o absorbida pels àtoms. En un espectrómetro s'excitava una mostra gaseosa, generalment calfant-la, i es feya passar la llum resultant per un prisma que separava l'energia de distintes freqüències, que s'imprimien fent-les passar per una placa fotogràfica. Si l'espectre era d'absorció lo que es descomponia era la llum que es feya passar a través de la mostra de gas, i es registraven les freqüències que absorbia. El resultat era una tira de paper en séries de llínees en distintes posicions segons els distints elements, que representaven les freqüències d'emissió o absorció característiques de cada element. Bunsen i Kirchoff varen usar la espectroscopía per al anàlisis químic, en poder identificar en esta tècnica la presència de substàncies noves en les mostres, i aixina varen conseguir descobrir el cesi i el rubidi. En seguida els científics es varen donar conte de que les llínees dels espectres es disponien de forma periòdica en séries matemàticament formulables, i posteriorment s'associarien en l'estructura dels àtoms.

Els tubos de descàrrega consistien en tubos de vidre en els que es feya parcialment el buit, per lo que en el seu interior quedava un gas en concentració molt menuda (denominat gas enrarit). Dins s'estajaven ademés dos borns separats (ànodo i càtodo) d'un circuit elèctric, i s'estudiava lo que ocorria en l'interior quan es feya passar una corrent elèctrica a través del tubo. El químic i físic anglés William Crookes va ser el pioner en el camp dels tubos de descàrrega, en inventar el tubo de Crookes, un tubo de descàrrega experimental en el que va poder estudiar el comportament dels rajos catódicos que ho travessaven. Crookes va destacar per estos estudis dels rajos catódicos en resultar fonamentals per al desenroll de la física atòmica, ya que varen ajudar a desvelar l'estructura de l'àtom. Les seues investigacions varen consistir en observar els efectes de les descàrregues elèctriques en l'espai obscur al voltant del càtodo, situat en l'interior dels tubos que tenien una atmòsfera molt tènue de gas, actualment és denominat espai obscur de Crookes en el seu honor. Va demostrar que els rajos catódicos es desplaçaven en llínees rectes i produïen fosforescència en chocar en determinades substàncies (després estaven formats per partícules materials carregades negativament). Ademés Crookes va aplicar les tècniques espectroscópicas per a estudiar els composts de seleni. En 1861 Crookes va usar el mateix procés per a descobrir el talio en alguns depòsits seleníferos. Va continuar treballant en el nou element, ho va aïllar i va estudiar les seues propietats, i en 1873 va determinar el seu pes atòmic.

Kekulé i l'estructura orgànica

La contribució més important del químic alemà Friedrich August Kekulé von Stradonitz va ser la seua teoria estructural per als composts orgànics, resumida en dos artículs publicats en 1857 i 1858 i desenrollada en gran detall en la seua popular obra Lehrbuch der organischen Chemie (Manual de química orgànica), el primer tom de la qual va aparéixer en 1859 i va terminar tenint quatre volums. Kekulé va explicar que els àtoms de carbono tetravalents (que poden formar quatre enllaços químics) s'unixen uns a uns atres per a formar cadenes, que va denominar cadena de #carbono o carboesqueleto, i en el restant de #valència es poden unir a atres tipos d'àtoms (com a hidrogen, oxigen, nitrogen i clor). Estava convençut de que era possible trobar esta estructura en totes les molècules orgàniques, a lo manco en totes les conegudes en l'época. Kekule no era l'únic químic de l'época en creure-ho. El químic escocés Archibald Scott Couper va publicar una teoria similar casi al mateix temps, i el rus Aleksandr Butlerov va fer molt per clarificar i expandir la teoria. No obstant Kekulé va ser el principal difusor de la teoria i les seues idees varen prevaldre en la comunitat científica.

En 1864, Taste Guldberg i Peter Waage, a partir de les idees de Claude Louis Berthollet varen propondre la llei d'acció de masses. En 1865, Johann Josef Loschmidt va determinar el número exacte de molècules que conté un mol de substància, posteriorment denominat constant de Avogadro.

En 1865, August Kekulé es va basar parcialment en el treball de Loschmidt, entre uns atres, per a establir l'estructura del benceno, explicant-la com un anell de sis àtoms de carbono en enllaços simples i dobles alternats. La nova proposta de Kekulé d'estructura cíclica del benceno va ser molt polèmica pero ningú en l'época va aportar una millor. Actualment se sap que gran part dels composts orgànics contenen estructures cíclicas com el benceno, denominades aromàtiques.

Mendeléyev i la taula periòdica

Artícul principal → Dmitri Mendeléyev.

En 1869, els científics ya havien descobert 66 elements diferents i havien determinat la seua massa atòmica. Varen comprovar que alguns elements tenien propietats químiques similars i va haver varis intents de classificar-los segons algunes d'elles en més o menys encert. En 1829 el químic J. W. Döbereiner va organisar un sistema de classificació d'elements en el que estos es congregaven en grups de tres denominats tríades. Les propietats químiques dels elements d'una tríade eren similars i les seues propietats físiques variaven de manera ordenada en la seua massa atòmica. En 1862 Alexandre-Emile Béguyer de Chancourtois va publicar la seua hèliç telúrica, una classificació tridimensional dels elements. En 1864 John Newlands va propondre la llei de les octaves i el mateix any Lothar Meyer va desenrollar una atra classificació en 28 elements organisats segons el seu valència.

Pero qui va terminar donant sentit a una llista ordenada dels elements coneguts (que nos ajudaria a entendre l'estructura interna dels àtoms) va ser Dmitri Ivanovich Mendeléyev en desenrollar la primera taula periòdica dels elements moderna. El químic rus Mendeléyev va intuir que hi havia algun tipo d'orde entre els elements i va passar més de trenta anys recolectant senyes i donant forma al concepte, inicialment en l'intenció d'aclarir el desorde per als seus alumnes. Mendeléyev va acomodar els 66 elements coneguts en eixe moment en la seua taula periòdica per orde creixent de pes atòmic, pero també atenent a les seues propietats, i va encertar en deixar buits en la taula per a elements encara no descoberts. Mendeléyev va descobrir que quan s'ordenaven els elements químics en fila segons aumentava el pes atòmic, fins a aplegar a un que tinguera propietats similars a l'inicial, que se situaria en una nova fila davall, en la taula resultant es trobaven patrons recurrents, o periodicitat, en les propietats dels elements tant en les files (periodos) com en les columnes (grups). Va publicar el seu descobriment en 1869 en la seua obra Principis de química. Ademés el seu sistema li va permetre predir en prou exactitut les propietats d'elements no descoberts fins al moment. En la seua versió de la taula de 1871, va predir les propietats que tindrien provablement tres elements encara no descoberts als que va denominar ekaboro (Eb), ekaaluminio (Ea) i ekasilicio (És), que varen coincidir en les del escandio, gali i germani, en ser descoberts, lo que va conseguir l'acceptació generalisada d'este sistema d'ordenació.

No obstant, la taula de Mendeléyev no era del tot perfecta. Posteriorment despuix del descobriment de varis elements nous i de perfeccionar-se els métodos de determinació de les masses atòmiques, es va descobrir que alguns elements no estaven en l'orde correcte. La causa d'este problema la determinaria més alvance el químic anglés Henry Moseley, quan es coneguera millor la naturalea de l'àtom, quí va descobrir que lo que determinava un clar patró periòdic de les propietats dels àtoms, és el número de protones que conté cada element en el seu núcleu, o número atómico, i no la massa atòmica. Ademés no apareixia cap columna per als gasos nobles, pero en eixes dates no es coneixia encara cap.

Josiah Willard Gibbs

Artícul principal → Josiah Willard Gibbs.

L'obra del físic nortamericà J. Willard Gibbs sobre les aplicacions de la termodinàmica va ser fonamental per a transformar la química física en una ciència deductiva rigorosa. Durant el periodo de 1876 a 1878, Gibbs va treballar en els principis de la termodinàmica, aplicant-los als complexos processos implicats en les reaccions químiques. Va definir el concepte de potencial químic, o la tendència de que una reacció química es produïxca. En 1876, va publicar la seua obra més famosa, On the Equilibrium of Heterogeneous Substances (Sobre l'equilibri de les substàncies heterogénees), una recopilació dels seus treballs de termodinàmica i química física en la que desenrolla el concepte d'energia lliure per a explicar la base física del equilibri químic. En les equacions de l'energia lliure, Gibbs relaciona matemàticament totes les variables involucrades en una reacció química (temperatura, pressió, volum, energia i entropía). En este ensaig a on inicia les seues teories sobre les fases de la matèria, considera a cada estat de la matèria és una fase i cada substància un component i les va relacionar en una equació, coneguda com regla de les fases de Gibbs, que servix per a determinar els graus de llibertat d'un sistema en equilibri. En esta obra potser la seua contribució més destacada és l'introducció del concepte d'energia lliure, per lo que una de les seues formes es denomina actualment energia lliure de Gibbs en el seu honor. L'energia lliure de Gibbs relaciona la tendència d'un sistema físic o químic a disminuir la seua energia i aumentar el seu desorde (entropía) simultàneament en els processos naturals espontàneus. Les conclusions de Gibbs permeten als investigadors calcular els canvis en l'energia lliure d'un procés, com una reacció química, i determinar la velocitat a la que ocorrerà. Com virtualment tots els processos químics i molts físics impliquen canvis d'este tipo, la seua obra té un impacte significatiu tant en els aspectes teòrics com a experimentals d'esta ciència.

En 1877, Ludwig Boltzmann va establir les causes estadístiques de molts dels conceptes químics i físics, inclosa la entropía, i la relació en les distribucions de les velocitats moleculars en un gas. Junt a Boltzmann i James Clerk Maxwell, Gibbs va crear una nova branca de la física teòrica denominada mecànica estadística (terme que ell va falcar), que explica que les lleis de la termodinàmica són la conseqüència de les propietats estadístiques de grans conjunts de partícules en interacció. Les relacions causa-efecte que va establir Gibbs entre les propietats estadístiques dels sistemes en moltes partícules i les lleis fenomenológicas de la termodinàmica (T, p, V, S i O) es varen presentar en el seu influent llibre de text Elementary Principles in Statistical Mechanics (Principis elementals de mecànica estadística), publicat en 1902, un any abans de la seua mort. En esta obra Gibbs revisa en profunditat la relació entre les lleis de la termodinàmica i la teoria estadística del moviment molecular.

Van't Hoff i Arrhenius

En 1873, Jacobus Henricus van 't Hoff i Joseph Achille Li Bel treballant independentment varen desenrollar un model d'enllaç químic que explicava els experiments de quiralidad de Pasteur i proporcionava una causa física per a l'activitat òptica dels composts quirales. La publicació de van 't Hoff Voorstel tot Uitbreiding der Tegenwoordige in de Scheikunde gebruikte Structuurformules in de Ruimte (Proposta per al desenroll de les fòrmules químiques estructurals de tres dimensions), que constava de dotze pàgines de text i una de diagrames, va impulsar el desenroll de l'estereoquímica. En esta publicació es tracta del concepte de «àtom de carbono asimètric» que explica l'existència de numerosos isòmers, que no es podien explicar en les fòrmules estructurals existents fins a llavors. Ademés senyalava que existia relació entre l'activitat òptica i esta asimetria de l'àtom de carbono. Ademés, en 1884 Jacobus Henricus van 't Hoff va publicar Études de Dynamique chimique (Estudis de química dinàmica), un influent ensaig sobre cinètica química. En esta obra explica la relació termodinàmica entre la calor de reacció i el desplaçament de l'equilibri com a resultat d'una variació de temperatura. A volum constant, l'equilibri d'un sistema tendix a desplaçar-se cap a la direcció que s'oponga al canvi de temperatura. Este principi seria ampliat a l'any següent per Henry Louis Li Châtelier, incloent els canvis de volum i pressió. Esta regla denominat principi de li Chatelier, explica els efectes que eixercixen les influències externes sobre la dinàmica de l'equilibri químic.

En 1883, científic suec Svante Arrhenius va desenrollar la teoria iònica per a explicar la conductivitat dels electrolitos, suponent que alguns soluts que en estat sòlit eren neutres es componien de partícules carregades (ions) que compensaven la seua càrrega entre sí, i que se separaven en el sí d'una dissolució. En 1885 J. H. van 't Hoff va publicar L'Équilibre chimique dans els Systèmes gazeux ou dissous à I'État dilué (Equilibri químic en sistemes gaseosos o de solucions molt diluïdes), a on demostra que la "pressió osmótica" en les solucions que estan suficientment diluïdes és proporcional a la concentració i la temperatura absoluta, de manera que esta pressió pot expressar-se per una fòrmula que solament es diferencia de l'equació de pressió dels gasos en un coeficient i. També va determinar el valor d'este i per varis métodos. Aixina van 't Hoff va poder provar que les lleis de la termodinàmica per als gasos també podien aplicar-se a les solucions diluïdes. Ademés les seues lleis per a la pressió varen demostrar la validea de la teoria de la dissociació electrolítica de Arrhenius.

Descobriments de finals de el XIX

En 1884, Hermann Emil Fischer va propondre l'estructura de la purina, la base de moltes biomoléculas, que posteriorment va conseguir sintetisar en 1898. Ademés va iniciar el treball de la química de la glucosa i atres sucres relacionats.

En 1885, Eugene Goldstein li va donar el seu nom als rajos catódicos, i en 1888 continuant la seua investigació sobre tubos de descàrrega va descobrir els rajos canals, lo que posteriorment ajudaria a desvelar l'estructura del núcleu dels àtoms.

En 1892, John Strutt va descobrir que el nitrogen que es trobava en els composts químics tenia un pes menor que l'atmosfèric, i va supondre que es tractava perque estos composts incloïen algun gas més llauger que disminuïa el pes total. En canvi el químic escocés William Ramsay va atribuir esta discrepància a la presència d'un gas més pesat encara no descobert mesclat en el nitrogen atmosfèric. Usant dos métodos diferents per a eliminar tots els gasos coneguts de l'aire, Ramsay i Rayleigh varen conseguir aïllar un nou gas en 1894, i varen anunciar que havien descobert un gas, monoatómico i inerte, que constituïa casi el 1 % d'aire atmosfèric, al que varen cridar argón, el primer dels gasos nobles en ser descobert. A l'any següent Ramsay va lliberar un atre gas inerte d'un mineral cridat cleveíta, que va resultar ser el heli, que el seu espectre coincidia en el de la llum solar, lo que demostrava la seua presència en el Sol i va determinar que es nomenara com la deidad solar grega, #Heli. En la seua obra The Gasos of the Atmosphere (Els gasos de l'atmòsfera, 1896), Ramsay va predir que segons les posicions de l'heli i el argón en la taula periòdica existirien a lo manco tres gasos nobles més. En 1898 Ramsay i el químic anglés Morris W. Travers varen aïllar estos tres elements (el neó, kriptón i xenón) a partir de l'aire licuado. Posteriorment (1903) William Ramsay va treballar en Frederick Soddy per a demostrar que les partícules alfa eren núcleus d'heli que es desprenien contínuament en la descomposició del ràdio.

En 1893, Alfred Werner va descobrir l'estructura octaèdrica dels complexos de cobalt, el primer complex de coordinació.

En 1897, Joseph John Thomson va descobrir l'electró, usant un tubo de rajos catódicos. En 1898 Wilhelm Wien va demostrar que els rajos canals (una corrent de ions positius) podien desviar-se pels camps magnètics, i que la desviació era proporcional a la seua relació massa carrega. Este descobriment ademés d'ajudar a conéixer l'estructura del núcleu dels àtoms, seria la base per a desenrollar la tècnica d'anàlisis químic denominada espectrometria de masses.

Marie i Pierre Curie

Artícul principal → Marie Curie.

Pierre Curie i Marie Curie va ser un matrimoni franc-polac de científics famós per la seua investigació pionera en el camp de la radioactividad. Es considera que l'investigació que varen realisar abdós i Henri Becquerel va ser la pedra angular de l'era nuclear. Marie va quedar fascinada en l'obra de Becquerel, el físic francés que va descobrir en 1896 que l'urani emetia rajos similars als rajos X descoberts per Wilhelm Röntgen. Marie Curie va escomençar a estudiar l'urani a finals de 1897 i teorizó, segons un artícul seu de 1904: «que l'emissió de rajos dels composts d'urani és una propietat del propi metal, que és una propietat atòmica de l'element urani independent del seu estat químic o físic.» Curie va continuar i va ampliar el treball de Becquerel realisant els seus propis experiments sobre les emissions de l'urani. Va descobrir que les emissions de rajos eren constants, sense importar la forma o les condicions en que es trobara l'urani, per lo que va supondre que es devien a l'estructura atòmica de l'element. Este descobriment supondria l'inici de la física atòmica. Els Curie varen falcar el terme radioactividad per a descriure el fenomen.

Pierre i Marie varen proseguir estudiant les substàncies radiactives separant les presents en tonellades de la mena d'urani i usant l'electrómetro per a medir la radiació i detectar qualsevol mínima cantitat d'elements radiactius, una tasca que requerix recursos industrials i que ells varen conseguir en condicions relativament rudimentàries. Treballant en el pechblenda la parella va descobrir un nou element radiactiu, al que varen cridar poloni, en honor del país d'orige de Marie. El 21 de decembre de 1898, varen descobrir la presència d'un atre element radiactiu en la pechblenda, el ràdio. Llavors la parella Curie va iniciar el treball per a aïllar el poloni i el radi dels seus composts naturals, per a demostrar que eren elements químics. En 1902, els Curie varen anunciar que havien conseguit un decigramo de radi pur. Els va dur tres anys aïllar el radi pero mai varen ser capaços d'aïllar el poloni. Els Curie, junt a Henri Becquerel, varen rebre el Premi Nobel de física de 1903 pel seu estudi de la radiactivitat. Marie Curie va rebre el Premi Nobel de química en 1911 pel descobriment del radi i el poloni. Per això Marie Curie va ser la primera dòna en rebre un Premi Nobel, la primera persona en rebre dos Premis Nobel i l'única en rebre'ls en dos disciplines científiques diferents.

Encara que Pierre va treballar junt a Marie en l'extracció de substàncies de les mines minerals es va concentrar en l'estudi físic de la radiació dels nous elements (inclosos els efectes químics i lluminosos). Utilisant camps magnètics sobre els rajos que emetia el radi, va conseguir demostrar que contenia partícules positives, negatives i radiació ionisant, que Ernest Rutherford posteriorment denominaria rajos alfa, beta i gamma. Pierre llavors va estudiar estes radiacions per calorimetria i va observar els efectes físics del radi, obrint el camí de la radioteràpia, i posteriorment Marie Curie va supervisar els primers tractaments de radioteràpia contra el càncer. Pierre Curie ademés va estudiar el magnetisme i va descobrir que les substàncies ferromagneticas perden les seues propietats magnètiques per damunt d'una temperatura crítica, denominada temperatura de Curie. Llamentablement va fallir tempranamente en 1906 atropellat per un carruage en París. Les seues obres completes es varen publicar en 1908.

XX: es revela l'estructura de l'àtom

A principis d'este sigle sorgixen varis models atòmics que tractarien de paliar les deficiències de la teoria atòmica de Dalton, que es varen basar en gran mida en les senyes acumulades per l'espectroscopía i els experiments en tubos de descàrrega en l'última part del sigle anterior. Despuix d'haver descobert l'existència dels electrons, en 1903 el primer en elaborar un nou model atòmic va ser J. J. Thomson que va propondre que els electrons es distribuïen uniformemente en l'interior de l'àtom suspesos en un núvol de càrrega positiva, per lo que a la seua teoria li la va denominar modele del budín de panses. En 1904 el físic japonés Hantaro Nagaoka va propondre un model atòmic orbital en un núcleu dens i massiç.

En 1903, el botànic rus Mijaíl Tsvet va inventar la cromatografía, una tècnica transcendental per a la química analítica, en l'intenció de separar substàncies contingudes en les plantes. La cromatografía és un método físic per a separar mescles complexes que es basa el principi de retenció selectiva, ya que diferències sotils en el coeficient de partició dels composts dona com resultat una retenció diferencial sobre una fase estacionaria i per tant una separació efectiva, lo que permet identificar i determinar les cantitats de dits components.

En 1905, Fritz Haver i Carl Bosch varen desenrollar el procés d'Haver per a fabricar a escala industrial amoniaco, una fita en l'indústria química en grans conseqüències en la producció de fertilisants i de munició. Actualment la producció d'aliments de la mitat de la població del món depén d'este método per a la producció de fertilisants. Haver, junt a Max Born, va propondre el cicle de Born-Haver per a calcular l'energia reticular en la formació de composts cristalins iònics. Ademés Haver és considerat el «pare de la guerra química» pel desenroll de gasos tòxics que s'usarien en la Primera Guerra Mundial.

En 1905, Albert Einstein va explicar el moviment browniano de manera que sustentava definitivament la teoria atòmica. En 1907, Leo Baekeland va inventar la baquelita, el primer plàstic que es va comercialisar en èxit.

En 1909, el físic nortamericà Robert Andrews Millikan (discípul de Walther Nernst i Max Planck) va medir en gran precisió la càrrega individual de l'electró, en el seu famós experiment de les gotes d'oli, i va conseguir confirmar que tots els electrons tenien la mateixa càrrega i massa. I el mateix any S. P. L. Sørensen va inventar el concepte de pH i va desenrollar métodos per a medir l'acidea.

En 1911, Antonius van donen Broek va propondre l'idea que els elements de la taula periòdica s'ordenaren segons les càrregues positives del seu núcleu, en lloc de per el seu pes atòmic. En 1911 es va realisar el primer Congrés Solvay en Brusseles en l'assistència dels químics i físics més prominents de l'época. En 1912 William Henry Bragg i William Lawrence Bragg varen propondre la llei de Bragg que va crear el camp de la cristalografia de rajos X, fonamental per a estudiar l'estructura cristalina de les substàncies químiques. També en 1912 Peter Debye va desenrollar el concepte de dipol molecular per a descriure la distribució asimètrica de càrrega d'algunes molècules.

Ernest Rutherford i el seu model atòmic

Artícul principal → Ernest Rutherford.

El físic d'orige neozelandés Ernest Rutherford és considerat el pare de la física nuclear. Va estudiar i va clarificar la naturalea de les partícules radioactivas, ademés de donar-los nom (rajos α, β i γ) demostrant que les dos primeres eren emissions de partícules mentres que els rajos gamma eren radiació electromagnètica d'alta energia. En 1901 i 1902, Rutherford va treballar junt a Frederick Soddy, per a explicar que la radioactividad eren emissions degudes a la transmutació dels àtoms, lo que hui coneixem com reaccions nuclears. Varen demostrar experimentalment que els àtoms radiactius es convertien espontàneament en uns atres, expulsant porcions de l'àtom a gran velocitat.

També va observar que l'intensitat de la radioactivitat de les mostres dels elements radiactius decreix en un patró regular i propi fins a aplegar a l'estabilitat, i va denominar a la mitat d'este temps periodo de semidesintegración.

En 1906, Rutherford va dirigir un experiment realisat pels seus alumnes Hans Geiger (posteriorment conegut pel contador Geiger) i Ernest Marsden en l'Universitat de Mánchester. En este célebre experiment, conegut com l'experiment de Rutherford o experiment Geiger-Marsden, es va bombardejar una finíssima làmina d'or en un fes de partícules alfa, generades per la descomposició del radón. L'objectiu de l'experiment era evaluar la validea del model atòmic de Thomson. Si els àtoms d'or s'ajustaven a este model les partícules α els travessarien sense desviar-se o fent-ho pocs graus. Pero els resultats reals varen sorprendre a Rutherford. Encara que moltes partícules α passaven sense desviar-se, un menut percentage sofria grans desviacions, inclús de més de 90 graus. Açò demostrava que en l'interior dels àtoms hi havia una massa relativament gran en càrrega positiva, a la que posteriorment Rutherford va denominar núcleu atòmic, en la que chocaven les partícules α; i refutaba per complet el model de Thomson. A partir d'estos resultats Ernest Rutherford va desenrollar el seu propi model atòmic, segons el qual l'àtom estava constituït per un núcleu central positiu relativament gran en electrons girant al seu entorn com en un sistema planetari, encara que la major part de l'àtom estava buida (la majoria de les partícules α no trobaven res en qué chocar). Rutherford va ser guardonat en el Premi Nobel de química en 1908 pels seus estudis sobre la radioatividad i l'estructura de l'àtom.

Model atòmic de Bohr

Artícul principal → Niels Bohr.

A pesar del seu gran alvanç, el model atòmic de Rutherford presentava un fallo teòric important que els físics no varen tardar en senyalar. Segons la teoria electromagnètica clàssica una càrrega girant circularmente emetria energia, lo que provocaria que els electrons pergueren energia per l'emissió i terminaren traçant una espiral fins a precipitar-se sobre el núcleu; per lo que els àtoms no podrien ser estables aixina descrits. En 1913, el físic danés Niels Bohr va subsanar esta deficiència introduint el concepte de cuantización en l'estructura de l'àtom, en propondre en el seu model atòmic que els electrons no giraven en qualsevol òrbita, sino que tenen restringit el seu moviment a òrbites de determinats nivells (aquells que el seu moment angular fora un múltiple sancer d'h/2π) les quals serien òrbites estacionarias, que no emetrien energia.

En el model de Bohr els electrons giren en òrbites circulares al voltant del núcleu en nivells cuantizados, és dir, solament determinats ràdios estaven permesos. Les òrbites intermiges no existixen i els electrons emeten o absorbixen energia per a passar a òrbites més baixes o altes, respectivament. Com els electrons solament es troben en determinades òrbites característiques de cada àtom, la magnitut dels bots d'energia que donen en ser excitats són únics per a cada element, i serien els que arrepleguen els espectres atòmics. El gran èxit d'este model va ser que les llínees de l'espectre d'emissió experimental de l'hidrogen coincidien perfectament en lo predit per ell. El model atòmic de Bohr va supondre un gran progrés, pero va ser criticat per no explicar la causa de la cuantización (la va plantejar com un postulat) i el seu èxit en els espectres atòmics es reduïa a l'hidrogen i els ions en un sol electró, no és capaç de predir les interaccions més complexes en àtoms en més d'un electró.

Neils Bohr ademés va treballar en el principi de complementarietat que afirma que el comportament de l'electró pot interpretar-se de dos formes vàlides, com una ona o com una partícula, o lo que és lo mateix que les teories corpuscular i ondulatoria de la llum no s'exclouen sino que es complementen.

Isòtops, protones, neutrons i model de Sommerfeld

En 1913 Henry Moseley, treballant sobre l'idea inicial de van donen Broek, va introduir el concepte de número atómico per a arreglar els desajusts de la taula periòdica de Mendeléyev, que es basava en el pes atòmic. També en 1913 J. J. Thomson va ampliar l'obra de Wien demostrant que les partícules subatòmiques podien separar-se segons la seua relació carrega massa, en una tècnica denominada espectrometria de masses. El mateix any Frederick Soddy va formular el concepte d'isòtop, afirmant que existien certs elements en dos o més formes, en idèntiques propietats químiques, pero distint pes atòmic (contradient el 2.º postulat de Dalton). Ademés en 1917 Soddy va descobrir l'element protactinio.

En l'any 1918, Ernest Rutherford va descobrir que quan es disparaven partícules alfa contra el nitrogen gas, els seus detectors de centelleo captaven núcleus d'hidrogen, per lo que va determinar que el núcleu d'hidrogen devia ser una partícula fonamental, descobrint aixina el protón. Ademés Rutherford va propondre en 1920 l'existència de partícules neutres en el núcleu per a explicar que els núcleus no es desintegraren per la repulsió electromagnètica dels protones. I finalment James Chadwick en l'any 1932 va descobrir una partícula nuclear de massa similar al protón pero de càrrega neutra, al que va denominar neutró. Este descobriment explicava els desajusts de la taula periòdica de Mendeléyev (la presència de neutrons podia aumentar el pes atòmic, pero no la càrrega del núcleu ni el seu número atómico), justificant aixina la modificació d'Henry Moseley, i també l'existència dels isòtops (els isòtops tenien el mateix número de protones pero distint de neutrons).

En 1916, Arnold Sommerfeld va perfeccionar el model atòmic de Bohr en el model atòmic de Sommerfeld, que va introduir les òrbites elíptiques en un nou número quàntic, l'assimutal, i postulant que no solament l'electró es movia sino que també el núcleu girava al voltant del centre de masses.

En 1931, Harold Clayton Urey va detectar per primera volta un dels isòtops més destacats, el deuteri o hidrogen pesat.

Gilbert N. Lewis

Artícul principal → Gilbert N. Lewis.

El físic químic nortamericà Gilbert Newton Lewis va iniciar la teoria de l'enllaç de valència. Esta teoria es basa que els enllaços químics depenen de la cantitat d'electrons que tinguen els àtoms en la seua capa més externa, o capa de valència. En 1902, mentres Lewis intentava explicar la valència als seus alumnes, va representar els àtoms com si foren gavetas en els electrons en els vèrtiços. Estos «àtoms cúbics» servien per a explicar els huit grups de la taula periòdica i representaven l'idea de que els enllaços químics es formaven per a que els àtoms es transferiren electrons uns a uns atres a l'objecte de completar els huit electrons exteriors, un octet, necessaris per a alcançar l'estabilitat en conseguir la mateixa configuració electrònica exterior que un gas noble.

La teoria de Lewis de l'enllaç químic va seguir evolucionant i en 1916 va publicar el seu influent artícul The Atom of the Molecule (l'àtom de la molècula), a on va propondre que un enllaç químic es forma per l'interacció conjunta de dos electrons compartits. El model de Lewis identificava l'enllaç químic clàssic en la compartición d'un parell d'electrons entre els dos àtoms enllaçats. Lewis va introduir en este artícul els «diagrames d'electrons de punts» per a representar les estructures electròniques dels àtoms i les molècules que actualment es coneixen com estructures de Lewis, que s'usen pràcticament en tots els llibres de text d'introducció a la química.

Poc despuix de la publicació d'este artícul de 1916, Lewis va escomençar a dedicar-se a l'investigació militar. No va tornar al camp de l'enllaç químic fins a 1923, quan va resumir magistralment el seu model en l'obra titulada Valence and the Structure of Atoms and Molecules (Valéncia i l'estructura d'àtoms i molècules). Este renovat interés per la matèria va ser promogut per les activitats del químic nortamericà Irving Langmuir, investigador de General Electric, que entre 1919 i 1921 va popularisar i va desenrollar el model de Lewis. Posteriorment Langmuir va falcar el terme enllaç covalente. En 1921, Otto Stern i Walther Gerlach estabecieron el concepte mecànic quàntic de spin per a les partícules subatòmiques, que recolzava l'idea de parells d'electrons.

Lewis va desenrollar en 1923 la teoria del parell d'electrons lliures per als àcits i bases. Lewis va redefinir el concepte d'àcit per a ampliar-ho a qualsevol àtom o molècula en un octet incomplet capaç d'acceptar un parell d'electrons. I en contrapartida, les bases serien qualsevol substància en el seu octet complet i un parell d'electrons lliures d'enllaç que puga actuar com a donant a un àcit. Els #àcit i bases d'esta teoria es coneixen com #àcit i bases de Lewis. En 1923, G. N. Lewis i Merle Randall varen publicar Thermodynamics and the Free Energy of Chemical Substances (Termodinàmica i l'energia lliure de les substàncies químiques), el primer tractat de termodinàmica química modern.

En la década de 1920, es va adoptar ràpidament el model de Lewis dels parells d'electrons principalment en els camps de la química orgànica i la coordinació. En química orgànica esta aplicació es deu principalment a la llabor dels químics britànics Arthur Lapworth, Robert Robinson, Thomas Lowry i Christopher Ingold; mentres que en el camp de la química de la coordinació el model de Lewis va ser promocionat per les obres del químic nortamericà Maurice Huggins i el britànic Nevil Sidgwick.

Mecànica quàntica

Artícul principal → Louis de Broglie.

En la década de 1920 s'establiran els fonaments de la mecànica quàntica, que serà decisiva per a la desvelar la naturalea i el comportament de les partícules subatòmiques a partir de llavors.

En 1924, el físic Louis de Broglie va publicar la seua revolucionària tesis, en la que va presentar la teoria de que l'electró es comporta en una dualitat ona partícula. En la seua época es considerava que les ones i els corpúsculs de matèria i llum es comportaven de forma diferent, pero de Broglie va sugerir que estes característiques aparentment diferents en realitat són el mateix comportament observat des de perspectives diferents — que les partícules poden comportar-se com a ones, i que les ones (la radiació) poden comportar-se com les partícules. La proposta de Broglie oferia una explicació a les restriccions de moviment dels electrons en l'interior de l'àtom. Les primeres publicacions en l'idea de "ones materials" de De Broglie varen despertar poca atenció entre els físics de l'época, pero una còpia de la seua tesis doctoral va caure en mans d'Albert Einstein, que la va rebre en entusiasme. Einstein no solament la va difondre sino que va treballar per a desenrollar el concepte.

En 1925, el físic austríac Wolfgang Pauli va establir el principi d'exclusió de Pauli, que afirmava que dos electrons al voltant del mateix núcleu no poden ocupar el mateix estat quàntic simultàneament, que està definit per quatre números quàntics. Pauli va fer importants contribucions en els camps de la mecànica quàntica i teoria quàntica. Va ser guardonat en el Premi Nobel de Física 1945 pel seu descobriment del principi d'exclusió, ademés de per els seus estudis de l'estat sòlit i la seua hipòtesis anticipant l'existència del neutrino.

Equació general de Schrödinger per a una ona estacionaria:

Erro al representar (erro de sintaxis): {\displaystyle mathrm i hbar �rac{partial psi(x,t)}{partial t} = - �rac{hbar^2}{2m} �rac{partial^2psi(x,t)}{partial x^2} + V(x) psi}

En 1926, a l'edat de 39 anys, el físic teòric Erwin Schrödinger va crear l'obra considerada el pilar de la mecànica quàntica ondulatoria. En esta obra descriu la seua equació de diferencials parcials que és l'equació bàsica de la mecànica quàntica i que supon per a la mecànica de l'àtom lo mateix que les lleis de Newton varen supondre per a la comprensió del moviment dels planetes. Adoptant la proposta de Louis de Broglie en 1924 de que la matèria té una naturalea dual i que en algunes situacions es comporten com les ones, Schrödinger desenrolla la teoria d'este comportament plasmant-ho en una equació d'ona, actualment coneguda com l'equació de Schrödinger. Les solucions de l'equació de Schrödinger, a diferència de les equacions de Newton, són funcions d'ona que descriuen la provabilitat de que ocórrega un fet físic. La seqüència de trayectòries i posicions fàcilment visualizables de la mecànica de Newton, en la mecànica quàntica es reemplacen per una noció més abstracta de provabilitatés, lo que la fa més obscura i origina algunes paradoxes. Per eixemple a partir del model atòmic de Schrödinger els electrons ya no es descriuran en òrbites al voltant de l'àtom sino en orbitales.

El físic teòric alemà Werner Heisenberg també va ser un dels creadors clau de la mecànica quàntica. En 1925, Heisenberg va descobrir la manera de formular les equacions de la mecànica quàntica en térmens de matrius. Per este descobriment seria guardonat en el Premi Nobel de Física de 1932, i en el futur facilitaria el càlcul computacional. En 1927 va publicar el seu principi d'incertitut, en el que va basar el seu pensament i pel que és més famós. En ell Heisenberg va demostrar que en estudiar un electró en un àtom es podia determinar la seua posició o la seua velocitat, pero era impossible conéixer les dos al mateix temps.

En 1928, Paul Dirac va formular l'equació de Dirac, una equació d'ona relativista per a partícules d'espin ½, com l'electró, que és completament consistent tant en els principis de la mecànica quàntica com en la teoria de la relativitat especial, l'aplicació de la qual als àtoms hidrogenoides dona lloc al model atòmic de Dirac.

En comprovar-se que els àtoms no fan honor al seu nom (es dividixen en parts), el comportament ondulatorio de les partícules subatòmiques i la potencialitat energètica de les reaccions nuclears es redefiniria l'àmbit de la química (com a única ciència que estudiava la matèria) quedant l'estudi de l'estructura de l'interior d'àtom en el camp de la física.

Química quàntica

Artícul principal → Química quàntica.

Una volta assumits els principis de la mecànica quàntica sorgix la química quàntica per a aplicar-los a l'estudi dels enllaços químics i de les estructures de les molèculas i estructures cristalines. Alguns consideren que la química quàntica va nàixer en 1926 en l'equació de Schrödinger i la seua aplicació a l'àtom d'hidrogen, mentres que uns atres consideren que arranca en 1927 en l'artícul «Wechselwirkung neutraler Atome und Homöopolare Bindung nach der Quantenmechanik» («L'interacció dels àtoms neutres i l'enllaç homopolar segons la mecànica quàntica») de Walter Heitler i Fritz London Esta és la primera aplicació de la mecànica quàntica a la molècula d'hidrogen i al fenomen de l'enllaç químic. En els anys següents es varen ser acumulant progressos en els treballs d'Edward Teller, Friedrich Hund, Robert S. Mulliken, Max Born, J. Robert Oppenheimer, Linus Pauling, Erich Hückel, Douglas Hartree, Vladimir Aleksandrovich Fock, entre uns atres, que varen dilucidar que les propietats químiques estaven determinades per les estructures electròniques dels àtoms i els seus composts.

No obstant, al voltant de 1930, es mantenia l'escepticisme sobre la capacitat de la mecànica quàntica per a resoldre sistemes químics més complexos per les seues dificultats pràctiques. Paul Dirac descriu la situació:

Les lleis físiques subjacents necessàries para [desenrollar] la teoria matemàtica d'una gran part de la física i tota la química són per tant completament conegudes, i la dificultat està sol en que l'aplicació exacta d'estes lleis conduïx a equacions massa complicades per a poder resoldre's. Per això és desijable que es desenrollen métodos pràctics aproximats d'aplicació de la mecànica quàntica, que puguen conduir a l'explicació de les principals característiques dels sistemes atòmics complexos sense massa càlculs.

En 1951, es va publicar un artícul transcendental per a la química quàntica «A Study of Two-Center Integrals Useful in Calculations on Molecular Structure» («Un estudi sobre integrals de dos centres útils per als càlculs d'estructura molecular») de Clemens C. J. Roothaan sobre les equacions de Roothaan. que va obrir el camí per a la solució de les equacions de camp autoconsistente per a molècules menudes com les de l'hidrogen i nitrogen. Estos càlculs es varen realisar en l'ajuda de taules d'integrals que es calculaven en els ordenadors més alvançats de l'época. Els posteriors alvanços de l'informàtica facilitarien la resolució i representació de les complicades equacions d'ona resultants.

La teoria dels orbitales moleculars (TOM) es va desenrollar en els anys posteriors a que s'establira la teoria de l'enllaç de valència, al voltant de 1927, principalment obra de Friedrich Hund, Robert Mulliken, John C. Slater i John Lennard-Jones. La TOM originalment es va denominar teoria Hund-Mulliken. El terme orbital va ser introduït per Mulliken en 1932. Al voltant de 1933 la TOM havia segut acceptada generalizadamente com a vàlida.

En els anys 1940 molts físics dedicats a la física molecular i atòmica es varen passar al camp de la física nuclear (com J. Robert Oppenheimer o Edward Teller). En esta época destaquen els treballs del químic nortamericà Glenn T. Seaborg aïllant i identificant elements transuránicos, sent el coodescubridor de 10 d'ells (plutoni, americio, curio, berkelio, californi, einsteinio, fermi, mendelevi, nobeli i seaborgio). Va compartir el novell de química de 1951 en Edwin Mattison McMillan pels seus respectius descobriments d'elements transuránicos. El seaborgio va rebre este nom en el seu honor en 1997, per lo que junt a Albert Einstein són les úniques persones que han rebut tal honor en vida.

Mark Oliphant i el descubrimineto de la fusió nuclear

Artícul principal → Mark Oliphant.

1932, va observar per primera volta la fusió de núcleus llaugers (isòtops d'hidrogen). Gràcies als estudis d'Ernest Rutherford de Transmutació nuclear conduïts per Mark Oliphant. Posteriorment, durant el restant del sigle, Hans Bethe va estudiar les etapes del cicle principal de la fusió nuclear en les estreles. L'investigació sobre la fusió per a fins militars es va iniciar en la década de 1940 com a part del Proyecte Manhattan, pero no va tindre èxit fins a 1952. L'indagació relativa a fusió controlada en fins civils es va iniciar en la década de 1950, i continua fins al present.

Bioquímica i biologia molecular

Artícul principal → Història de la bioquímica.

En iniciar-se la década de 1940 l'extens treball coordinat de la química i la física havia conseguit explicar les propietats químiques sustentant-les en la configuració electrònica de l'àtom. El llibre de Linus Pauling The Nature of the Chemical Bond (La naturalea de l'enllaç químic, 1939) usa els principis de la química quàntica per a deduir els ànguls dels enllaços en molècules cada volta més complicades. No obstant, la complexa estructura d'algunes de les molècules biològicament més rellevants encara era desconeguda.

Encara que la clorofila havia segut aïllada en 1817 pels químics francesos Pelletier i Caventou, la seua estructura no va ser deduïda fins a 1940 per Hans Fischer. En la década de 1940, el químic nortamericà Melvin Calvin va iniciar les seues investigacions sobre la fotosíntesis, aplicant marcadors radiactius de carbono 14 i va detectar la seqüència de reaccions químiques generades per les plantes en transformar diòxit de carbono gaseós i l'aigua en oxigen i hidrats de carbono, lo que en l'actualitat es coneix com cicle de Calvin.

En 1937 Hans Adolf Krebs va descobrir que totes les reaccions de l'interior de les cèlules conegudes involucrades en la respiració celular estaven relacionades entre sí, denominant a esta successió de reaccions cicle de l'àcit cítric, més tart conegut com cicle de Krebs. Per este descobriment va ser guardonat en el Premi Nobel de Fisiologia o Medicina de 1953.

La majoria dels aminoàcits, els components de les proteïnas, es varen descobrir entre 1819 i 1904. En 1926 Theodor Svedberg va desenrollar la primera centrifugador analítica i la va utilisar per a calcular el pes molecular de la hemoglobina. En 1933 Arne Wilhelm Kaurin Tiselius va introduir l'electroforesis per a separar a les proteïnes en solució. En 1934 John Desmond Bernal i Dorothy Crowfoot Hodgkin varen demostrar que les proteïnes, la pepsina en concret, no eren #coloide aleatoris ya que els seus cristals produïen patrons de difracció de rajos X. En 1951 Linus Pauling i Robert Corey varen propondre les estructures de cadena helicoidal (hèliç α) i laminar (làmina β) les quals varen ser trobades posteriorment en moltes proteïnes. En 1953 l'experiment de Miller i Urey va demostrar que els aminoàcits, podien formar-se a partir de molècules inorgàniques simples a partir d'un procés d'estimulació elèctric que podia haver-se produït en la Terra, sent el primer experiment de laboratori en condicions controlades sobre hipòtesis de l'orige de la vida.

També en 1953 James Watson i Francis Crick varen deduir l'estructura de doble cadena helicoidal del ADN encaixant les senyes de l'estructura de les seues parts constituents i els patrons de difracció de rajos X obtinguts per Rosalind Franklin. Este descobriment va ser el detonant de l'expansió del camp de la bioquímica. En 1957 es va demostrar el mecanisme de replicació de l'ADN per mig del experiment de Meselson-Stahl. En 1983, Kary Mullis va desenrollar el método per a la autorreplicación de l'ADN, denominat reacció en cadena de la polimerasa (coneguda per les seues sigles en anglés com PCR) que revolucionaria el seu procés químic de manipulació en els laboratoris, que faria possible la seqüenciació de l'ADN dels organismes que culminaria en l'immens Proyecte Genoma Humà, ademés d'obrir el seu us en criminalística i filiació, entre uns atres.

Finals de el XX

En 1970, John Pople va crear el programa Gaussian que va facilitar enormement els càlculs de la química computacional, com l'equació de Schrödinger molecular segons la teoria de orbitales moleculars. En 1971 Yves Chauvin va presentar una explicació al mecanismes de reacció de les Metátesis olefínicas. En 1975 Karl Barry Sharpless i el seu equip varen descobrir les reaccions d'oxidació estereoselectivas, com l'epoxidación de Sharpless, la dihidroxilación asimètrica de Sharpless, i l'oxiaminación de Sharpless.

En 1985, Harold Kroto, Robert Curl i Richard Smalley va descobrir els fullerenos, una classe de grans molècules de carbono en forma de poliedres en cares hexagonals o pentagonals, el nom de les quals commemora a l'arquitecte Richard Buckminster Fuller famós per usar dissenys similars en els seus cúpules geodèsiques. En 1991 Sumio Iijima va usar el microscopi electrònic per a descobrir un tipo de fullereno cilíndric denominat nanotubo, encara que els primers treballs en este camp s'havien realisat en 1951. Este material és un important component en el camp de la nanotecnología.

En 1994, Robert A. Holton i el seu equip varen conseguir la primera #síntesis total del taxol.

En 1995, Eric Cornell i Carl Wieman varen conseguir produir el primer Condensado de Bose-Einstein, un estat d'agregació de la matèria de certs materials a molt baixes temperatures predit per la mecànica quàntica que no té un equivalent clàssic.

Vore també

Històries i #cronologia

• Cronologia de la química
• Descobriment dels elements químics
• Història de la bioquímica
• Història de la cromatografía
• Història de l'electroquímica
• Història de l'energia
• Història de la física
• Història de la taula periòdica
• Història de la teoria molecular
• Història de la termodinàmica
• Premi Nobel de Química
• Teoria atòmica

Químics eminents

En orde cronològic:

Enllaços externs

• (2008).104(1)
• (2008).104(2)
• SHAC: Society for the History of Alchemy and Chemistry