TEMA 9: Dalton y la teoria atomica

Introducción

Al inicio del siglo XIX, dos revoluciones significativas transformaron tanto la historia global como el panorama científico. La primera fue la Revolución Francesa de 1789, un punto de inflexión político y social que impactó profundamente en Europa y más allá. La segunda, menos conocida pero igualmente crucial para el desarrollo humano, fue la Revolución Química, personificada en Antoine Lavoisier y su revolucionario "Tratado elemental de Química", publicado el mismo año.

Lavoisier, junto con otros precursores como Boyle y Priestley, marcó un cambio radical en la química al abandonar la teoría del flogisto, que había dominado el pensamiento químico durante siglos. En lugar de ello, introdujo un nuevo enfoque que enfatizaba la precisión y la cuantificación. Su definición de elemento químico, basada en la observación experimental y la medición precisa, sentó las bases para una nueva era en la ciencia.

A principios del siglo XVIII, los químicos ya habían adoptado la teoría corpuscular de la materia, que postulaba que la materia estaba compuesta por partículas microscópicas en constante movimiento. Sin embargo, la noción de átomo, aunque presente, no se integró plenamente en la práctica experimental de los químicos, quienes preferían trabajar con elementos definidos por Lavoisier como sustancias puras y manipulables en el laboratorio.

El avance hacia la química cuantitativa fue gradual pero significativo, con contribuciones importantes de científicos como van Helmont y Boyle. Lavoisier, con su enfoque sistemático y matemático, consolidó esta transición al utilizar instrumentos de medición precisos como balanzas, termómetros y calorímetros, lo que permitió establecer leyes fundamentales como la conservación de la masa y desarrollar la nomenclatura química moderna.

La Revolución Química no solo transformó la teoría y la práctica de la química, sino que también estableció un modelo para la investigación científica rigurosa y basada en datos experimentales. En los primeros años del siglo XIX, esta revolución continuó con el desarrollo de la teoría atómica de Dalton, que proporcionó un marco teórico sólido basado en las relaciones cuantitativas entre elementos químicos.

El centro de la actividad científica se concentraba en Europa occidental, especialmente en Inglaterra y Francia, aunque otros países como Alemania y Suecia también contribuyeron significativamente al avance científico. Este período inicial del siglo XIX sentó las bases para una era de descubrimientos químicos continuos y un rápido desarrollo en el entendimiento de la materia y sus propiedades.

PRIMERAS CONSECUENCIAS DE LA QUÍMICA CUANTITATIVA

La consolidación del concepto de elemento químico marcó el inicio de un periodo de intensa exploración y descubrimiento en la química. Los científicos del siglo XVIII, inspirados por las ideas de Antoine Lavoisier y otros pioneros, comenzaron a investigar exhaustivamente las propiedades de diversas sustancias para determinar si eran elementos simples o compuestos. Además, la aplicación del principio de conservación de la materia se convirtió en una premisa fundamental en estos estudios.

Richter, la Ley de los Números Proporcionales y la Estequiometría

Jeremias Benjamin Richter (1762-1807), un químico alemán formado en matemáticas bajo la tutela de Kant, desempeñó un papel crucial en el avance hacia la química cuantitativa. Su enfoque meticuloso y sistemático se centró en establecer relaciones aritméticas precisas entre las cantidades de sustancias que reaccionaban entre sí. En 1792, Richter enunció la ley de las proporciones recíprocas, también conocida como ley de los números proporcionales, la cual establecía que las masas de los reactivos en una reacción química guardan proporciones fijas entre sí. Este descubrimiento sentó las bases para la estequiometría moderna y la teoría de los pesos equivalentes, contribuyendo significativamente al desarrollo de la química analítica.

Ley de las Proporciones Definidas de Proust

Louis-Joseph Proust (1754-1826), alumno de Lavoisier, realizó investigaciones experimentales rigurosas que lo llevaron a formular la ley de las proporciones definidas en 1801. Esta ley establece que las sustancias combinadas siempre tienen una composición química constante, es decir, los elementos se combinan en proporciones fijas y definidas por peso para formar compuestos específicos. Aunque inicialmente fue objeto de controversia debido a las objeciones de Berthollet, quien argumentaba que la composición podía variar según las condiciones de reacción, Proust finalmente triunfó cuando sus principios fueron corroborados con mayor precisión experimental.

Ley de las Proporciones Múltiples de Dalton

John Dalton (1766-1844), basándose en observaciones experimentales detalladas, formuló en 1804 la ley de las proporciones múltiples. Esta ley establece que cuando dos elementos forman más de un compuesto, las masas de un elemento que se combinan con una masa fija del otro guardan una relación de números enteros simples. Este descubrimiento destacó la regularidad matemática en las proporciones de los elementos en diferentes compuestos, contribuyendo significativamente al entendimiento moderno de la química.

Ley de los Volúmenes de Combinación de Gay-Lussac

Joseph-Louis Gay-Lussac (1778-1850), conocido por sus experimentos pioneros con gases, enunció la ley de los volúmenes de combinación en 1809. Esta ley establece que, en condiciones de presión y temperatura constantes, los volúmenes de gases que reaccionan entre sí y los volúmenes de los productos gaseosos tienen una relación de números enteros simples. Este principio fue fundamental para el desarrollo de la estequiometría gaseosa y sentó las bases para el estudio sistemático de las reacciones químicas en términos volumétricos.

DALTON: TRABAJO EXPERIMENTAL E IDEAS

John Dalton revolucionó la química a principios del siglo XIX al integrar las leyes ponderales establecidas por numerosos estudios cuantitativos sobre la composición de combinaciones químicas en una teoría coherente. Antes de Dalton, estas leyes existían, pero carecían de una explicación satisfactoria. Dalton propuso que cada compuesto estaba formado por un número constante de átomos de cada elemento constituyente, y como cada tipo de átomo tenía un peso constante, las relaciones de peso entre ellos eran invariantes. Esta teoría fue fundamental para el desarrollo de la teoría atómica moderna.

Además de sus contribuciones científicas, conocer la historia personal de Dalton también es esclarecedor. Su vida y contexto humano añaden profundidad a su legado científico.

Breve biografía de Dalton:

John Dalton (1766-1844) nació en Eaglesfield, Inglaterra, en una familia cuáquera de artesanos, donde la educación religiosa y la estructura comunitaria jugaron un papel fundamental en su formación. A través del sistema educativo cuáquero, Dalton adquirió conocimientos profundos en humanidades, ciencias y matemáticas, marcando así el inicio de su fascinación por la ciencia. Desde joven mostró un interés destacado por la filosofía natural de Newton, la geometría y la meteorología.

Dalton no solo destacó como científico, sino también como educador. Comenzó su carrera docente a los 15 años y continuó enseñando durante toda su vida. En 1793 se estableció en Manchester, donde impartió clases en el New College (antigua Academia Warrington). Allí también inició una prolífica carrera como investigador y conferencista en la Literary and Philosophical Society de Manchester, de la cual fue secretario y presidente.

Además de su labor educativa y científica, Dalton tuvo un impacto significativo en la comunidad científica de su tiempo. Recibió reconocimientos honoríficos de universidades como Oxford y Edimburgo, así como el reconocimiento póstumo de su gobierno durante la era victoriana. Su habilidad para combinar la enseñanza con la investigación y el asesoramiento industrial reflejó su versatilidad y su profundo compromiso con el avance del conocimiento científico en la sociedad industrial emergente de su época.

Dalton y la ley de volúmenes de combinación Con su teoría atómica

Con su teoría atómica, John Dalton explicó las leyes ponderales, pero ¿qué sucedió con la ley de los volúmenes de combinación propuesta por Gay-Lussac? Dalton optó por ignorar esta ley, que implicaba que volúmenes de gases bajo las mismas condiciones de presión y temperatura contenían el mismo número de partículas o un múltiplo simple de estas. Por ejemplo, la reacción entre dos volúmenes de hidrógeno y uno de oxígeno para formar dos volúmenes de agua sugería que los átomos de oxígeno debían dividirse:

2 volum. Hidrógeno + 1 volum. Oxígeno = 2 volum. Agua

2nH+nO=2nHO2n H + n O = 2n HO2nH+nO=2nHO

Sin embargo, Dalton, basándose en su premisa de que los átomos eran indivisibles, rechazó los resultados experimentales de Gay-Lussac simplemente declarando que eran incorrectos. Esta negativa de Dalton a aceptar los resultados se debió en parte a su intento de simplificar la teoría, lo cual llevó a imprecisiones en la noción de molécula y formulaciones que posteriormente se demostraron falsas.

El «complemento» de la teoría atómica: principio de Avogadro

Los resultados experimentales contradictorios encontrados por Gay-Lussac, que Dalton no pudo explicar con su teoría atómica, finalmente encontraron claridad con la hipótesis de Amadeo Avogadro, conocida como el principio de Avogadro. Avogadro, un físico italiano y profesor en la Universidad de Turín, postuló en 1811 que en gases compuestos por elementos, las partículas finales no eran átomos individuales, sino agregados de átomos, típicamente dos. Introdujo el término "moléculas" para describir estas estructuras, sugiriendo que en volúmenes iguales de gases bajo las mismas condiciones de presión y temperatura, existen el mismo número de moléculas.

Inicialmente, la hipótesis de Avogadro fue recibida con escepticismo, ya que desafiaba las ideas establecidas de Dalton sobre los átomos y las moléculas. Sin embargo, esta suposición proporcionó una explicación coherente para la ley de los volúmenes de combinación. No fue hasta casi cincuenta años después, en 1858, que Stanislao Cannizzaro, químico orgánico italiano, revivió y validó la hipótesis de Avogadro al presentar cálculos de pesos atómicos basados en esta idea en el Congreso de Karlsruhe de 1860. Estos pesos atómicos revisados estaban más en línea con otras evidencias experimentales, consolidando así la hipótesis de Avogadro como un principio fundamental en la química.

Este proceso histórico, desde la formulación inicial de la teoría atómica por Dalton hasta la confirmación experimental posterior de la hipótesis de Avogadro por Cannizzaro, ejemplifica el desarrollo del método científico en sus etapas sucesivas de formulación teórica, experimentación y validación.

BERZELIUS Y EL DESARROLLO DE LA QUÍMICA : Médico

Nacimiento: 20 de agosto de 1779, Väversunda, Suecia¨

Fallecimiento: 7 de agosto de 1848, Estocolmo, Suecia

Berzelius nació en Suecia, tuvo una formación como médico, sin embargo, tiempo después se sintió atraído por la química y por las ideas de lavoisier, sutesis de graduación en 1802, trata sobre aplicaciones médicas del galvanismo. Fue un gran investigador que junto a sus grandes cualidades unía el ingenio y carácter estudioso y organizado del buen teórico.

Él también fue un profesor muy importante que creó una escuela teniendo alumnos muy brillantes siendo él como un líder para los químicos de aquella época, así mismo, fue el autor de numerosos libros y miembro desde 1807 de la academia de la ciencia sueca en la cual llegó a ser presidente.

·         Labor científica de Berzelius

Berzelius fue un pionero en la química, cuyos trabajos en electrolisis, teoría atómica y nomenclatura química sentaron las bases para el desarrollo futuro de la química. Su enfoque en la naturaleza eléctrica de la materia y su clasificación de los elementos influyeron profundamente en la comprensión y organización del conocimiento químico. A pesar de las controversias, sus contribuciones perduran como fundamentales para la ciencia moderna.

Contexto y primeros trabajos
Los trabajos científicos de Jöns Jacob Berzelius comenzaron en un momento de gran innovación, marcado por Alessandro Volta y la creación de la primera pila eléctrica, lo cual subrayaba el carácter eléctrico de la materia. Este descubrimiento revolucionó el mundo científico, abriendo nuevas rutas de experimentación e ideas teóricas.

Descubrimientos y cátedra
Con el apoyo de su mecenas, el propietario de minas Hisinger, Berzelius realizó importantes estudios sobre la electrolisis, descubriendo en 1803 el cerio, seguido por otros elementos como el selenio y el torio. En 1807, obtuvo una cátedra de química y farmacia en el Instituto Médico Carolian de Estocolmo, continuando su investigación en su propio laboratorio doméstico.

Teorías y controversias
Influenciado por los resultados de Richter, las ideas de Berthollet y la teoría atómica de Dalton, Berzelius reinterpretó la teoría atómica en 1813, proponiendo que todos los átomos eran esféricos, una idea que fue criticada por Dalton, generando una notable controversia entre ambos. Berzelius combinó estas ideas con sus estudios electroquímicos para proponer una teoría global de la combinación química basada en la naturaleza eléctrica de la materia.

Contribuciones significativas

• Determinación de pesos atómicos y moleculares: Berzelius determinó más de dos mil pesos atómicos y moleculares.
• Clasificación electroquímica: Clasificó los elementos en una "escala electroquímica", ordenándolos del más electropositivo al más electronegativo.
• Teoría dualística: Propuso una clasificación basada en la unión del oxígeno con metales y no metales, desarrollando una tabla de pesos atómicos con el oxígeno como referencia.
• Catálisis: Dio la primera definición de catalizador y anticipó su importancia en la industria química y en procesos biológicos.

Nomenclatura y simbolismo
Berzelius también realizó una importante revisión de la nomenclatura farmacéutica y propuso un nuevo simbolismo para nombrar sustancias, utilizando letras para representar elementos y superíndices para indicar la cantidad de cada elemento en un compuesto. Este sistema, aunque confuso inicialmente, estableció las bases de la nomenclatura química moderna.

Controversia con Dalton
Dalton criticó duramente los símbolos de Berzelius, argumentando que no reflejaban la estructura atómica y eran difíciles de aprender. Esta diferencia de opiniones generó otra gran controversia entre los dos científicos.

Reflexiones finales.

A principios del siglo XIX, apenas diez años después de la publicación del "Tratado elemental de química" de Lavoisier con su nueva concepción de elemento, John Dalton estableció la teoría atómica de la materia. Esta teoría introdujo la noción de peso atómico y su determinación experimental, sentando las bases para la clasificación de los elementos a mediados de siglo. Esto impulsó un vasto y variado trabajo experimental, el desarrollo de las distintas ramas de la química y, en definitiva, el conocimiento de la estructura de la materia.

Sin embargo, la aceptación de la teoría atómica no fue fácil. La mayoría de los químicos preferían dejar la noción de átomos para los físicos, lo que generó fuertes polémicas entre los partidarios de la teoría atómica (atomistas) y sus detractores, divididos entre "equivalentistas" y "positivistas". Estas controversias finalmente culminaron con el triunfo de los atomistas, pero ya bien entrado el siglo XIX.