Artículos sobre ciencia y tecnología de Mauricio-José Schwarz publicados originalmente en El Correo y otros diarios del Grupo Vocento

enero 22, 2011

De qué está hecho el universo

Puede parecernos evidente que lo que hay a nuestro alrededor no es uniforme, que no todo tiene el mismo color, textura, dureza, densidad y otras propiedades. Un trozo de metal y una rama de árbol, un vaso de agua y un venado son claramente distintos.

Monumento a Mendeleev y su tabla periódica en la
Universidad Tecnológica de Bratislava
(Foto CC de mmmdirt, usuario de Flickr,
vía Wikimedia Commons)
Ya en los albores de la historia humana, esto llamaba al asombro. ¿Cuáles eran los componentes de las cosas, las sustancias esenciales que las hacían tan distintas? Entre los griegos, las distintas escuelas filosóficas se inclinaron por distintos componentes básicos que no se pudieran subdividir en más componentes o sustancias distintas.

Según las reflexiones de Tales de Mileto, el elemento primordial de toda la materia era el agua. Pocos años después, Anaxímenes, también en Mileto, basó toda su filosofía en la idea de que el material esencial del universo era el aire. Y apenas unos años después, el brillante Heráclito de Efeso que enunció el concepto de que “todo fluye, nada permanece”, argumentó que el elemento más fundamental era el fuego.

No mucho tiempo pasó antes de que Empédocles intentara la síntesis de los maestros anteriores diciendo que los tres elementos enunciados eran todos componentes básicos del cosmos, añadiéndoles la tierra para tener los cuatro elementos o raíces que se convirtieron en la creencia fundamental del mundo occidental gracias a su adopción por parte de Aristóteles. En China se creyó en cinco elementos: fuego, tierra, agua, metal y madera, mientras que los indostanos y budistas argumentaron sobre los tres elementos del zoroastrianismo: fuego, agua y tierra (luego añadirían el aire y el éter). En las tres culturas se intentó clasificar todo según el número de los elementos de su filosofía, especialmente el misterio de la vida. Los griegos creían que el cuerpo humano estaba formado por cuatro humores, base de toda la medicina occidental precientífica. Los chinos en cambio postularon cinco funciones de la energía vital mística llamada “chi”, y con ello diseñaron su medicina precientífica. Y los indostanos argumentaron que el cuerpo estaba controlado por tres doshas o fuerzas, sobre las que crearon su propia práctica médico-mística.

Estas ideas consideraban a los “elementos” como una fuerza más bien mística, sin relación con los elementos químicos que ya se conocían y utilizaban, algunos desde la prehistoria, como el cobre, el oro, el plomo, la plata, el hierro, el carbono y otros más. Los metales, en particular, eran objeto del interés de la alquimia que intentó transmutar de unos en otros utilizando los cuatro elementos clásicos y procedimientos más bien mágicos.

El paso al estudio científico de la química llegó de la mano de Robert Boyle en 1661, cuando publicó en Londres su libro ‘El químico escéptico, o dudas y paradojas quimico-físicas’, donde relataba sus experiencias, lanzaba un llamamiento a que los químicos experimentaran, estableciendo que precisamente los experimentos indicaban que los elementos químicos no eran los cuatro clásicos.

Con este libro, Boyle sentó las bases de una disciplina distinta de la alquimia; una disciplina científica, rigurosa, donde sólo se podía considerar verdadero lo que hubiera sido probado experimentalmente. La nueva química, aunque usaba herramientas y procesos de la alquimia, era algo radicalmente nuevo y diferente, que en breve marcó el fin de la alquimia y sus apasionantes especulaciones.

El libro de Boyle fue el banderazo de salida para la reevaluación de todo lo que se había creído sobre la composición del universo. Desde el descubrimiento del fósforo en 1669 a cargo del alemán Hennig Brand, todavía alquimista, comenzó una sucesión de descubrimientos de otros elementos químicos, casi una veintena sólo en el siglo XVIII y más de 50 en el siglo XIX.

En 1787, el francés Antoine de Lavoisier, descubridor del oxígeno y el hidrógeno (demostrando así que el aire no era un elemento esencial sino una mezcla), hizo la primera lista de 33 elementos, tratando de normalizar tanto la nomenclatura de los mismos como la de los compuestos que forman, en el primer esfuerzo por sistematizar la química como disciplina.

En los años siguientes, el descubrimiento de nuevos elementos y la observación de sus propiedades y la forma en que creaban compuestos, con qué otros elementos se combinaban más frecuentemente, y las características de los mismos compuestos, se empezó a vislumbrar que los elementos tenían una peculiar característica llamada “periodicidad”, es decir, que organizados de acuerdo a sus números atómicos, algunos elementos compartían propiedades químicas que se repetían periódicamente.

En 1869, un profesor de química, el ruso Dmitri Ivanovich Mendeleev, publicó una tabla de los elementos que los ordenaba por su peso atómico pero en columnas que indicaban la repetición de las características químicas de los elementos. Así, por ejemplo, los llamados “gases nobles”, helio, neón, argón, xenón, kriptón y radón son todos gases cuyas moléculas tienen un solo átomo, no son inflamables en condiciones normales y tienen muy poca reactividad química, de modo que están en la misma columna pese a sus diversos pesos químicos.

Mendeleev incluyó en su tabla todos los elementos conocidos hasta entonces, pero además predijo las propiedades químicas que deberían tener los elementos no conocidos, según su peso atómico: el germanio, el galio y el escandio. Estas predicciones se confirmaron conforme se descubrieron dichos elementos, y otros nuevos que también ocupaban su lugar en la tabla de Mendeleev.

En la naturaleza existen 92 elementos. El hidrógeno, el más ligero tiene un protón en su núcleo, y por tanto tiene el número atómico 1. El uranio, en el otro extremo de la tabla, tiene 92 protones y es el más pesado de los elementos que se encuentran en la naturaleza. Más allá del uranio hay elementos con más de 92 protones en su núcleo que ha producido el hombre artificialmente, y son todos radiactivos. A la fecha se han sintetizado elementos con hasta 118 protones, de algunos de los cuales sólo se han detectado literalmente unos pocos átomos porque se degradan rápidamente.

Así podemos responder que el universo, en toda su complejidad, está hecho de materia en la forma de sólo 92 elementos, y, claro, de energía.

El año internacional de la química

La Unión Internacional de Química Pura y Aplicada y la UNESCO han designado a 2011 como el Año Internacional de la Química, y ha preparado una serie de actividades para dar a conocer mejor las aportaciones e importancia de la química en nuestra vida, bajo el tema “Química: nuestra vida, nuestro futuro”. En España, esta conmemoración estará encabezada por el Foro Química y Sociedad, con concursos, conferencias, actividades prácticas y un camión científico, Movilab, que recorrerá España con talleres para todas las edades.

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