A guisa de prefacio
Hace más de cien años se le ocurrió a un químico describir todos los descubrimientos y alcances de dicha ciencia, así como todos los compuestos conocidos y sus propiedades.
Pero incluso en aquel entonces la química se desarrollaba con tanta rapidez, que el científico pensó, en broma, solicitar a sus colegas que suspendieran las investigaciones, aunque sólo sea por un año, puesto que de otro modo no podía ir al paso de las nuevas teorías y hechos...
Y al hablar de la química de hoy, podemos decir con toda razón que sus perspectivas son ilimitadas.
Los autores del presente libro tratan de dar a conocer al lector los problemas más importantes e interesantes de la química.
Y es probable que después de leer estos pequeños relatos sobre los interesantes, aleccionadores y divertidos descubrimientos de la química, Ud. quiera conocer más a fondo esta maravillosa ciencia y ello le dará el estímulo para estudiar seriamente la química.
A guisa de prefacio Sobrevivió hasta nuestros tiempos una antigua leyenda, vieja como el propio mundo.
Érase una vez un potentado oriental, sabio e ilustrado, que tuvo deseos de conocer todo sobre los pueblos que habitaban la Tierra.
Llamó el rey a sus visires y declaró su voluntad:
– Ordeno que se escriba la historia de todos los pueblos y que se exponga en ella cómo estos pueblos vivieron antes y cómo la pasan ahora; de qué se ocupan, qué guerras han librado y dónde pelean en estos momentos; cuáles son las artes y oficios que prosperan en distintos países.
El rey concedió el plazo de un lustro para que se hiciera su voluntad.
Los visires atendieron en silencio e inclinados en profundas reverencias. Luego, reunieron a los sabios más doctos y les transmitieron la voluntad del soberano.
La gente dice que en aquellos tiempos creció en proporciones inauditas la preparación de pergamino.
Pasaron cinco años y los visires volvieron a presentarse ante los ojos del rey.
– Se ha cumplido tu voluntad, oh Gran Rey. Asómate a la ventana y veras...
El rey, extasiado, se frotó los ojos. Una enorme caravana de camellos, cuyo fin apenas se divisaba en la lejanía, se alineaba ante el palacio. Cada camello iba cargado con dos grandes fardos. Y cada fardo contenía, diez gruesísimos infolios encuadernados en maravilloso cordobán y solícitamente empaquetados.
– ¿Qué es eso? – preguntó sorprendido el rey.
– Es la historia del mundo – contestaron los visires –. Cumpliendo tu voluntad, sabios sapientísimos escribieron esta historia durante cinco años, sin darse tregua.
– ¡Qué! ¿Queréis ponerme en ridículo? –exclamó enfadado el monarca–. ¡No podré leer hasta el final de mi vida ni la décima parte de lo que han escrito! ¡Que se escriba para mí una historia breve, pero que contenga los acontecimientos más importantes! Y concedió el plazo de un año.
Pasado el año, volvió a presentarse ante los muros del palacio la caravana. Mas esta vez constaba tan sólo de diez camellos que llevaban dos fardos cada uno, y cada fardo contenía diez volúmenes.
La ira del soberano fue enorme.
– ¡Que solamente se describa lo primordial e importantísimo de lo acaecido en la historia de los pueblos en todas las épocas! ¿Cuánto tiempo se necesita para hacerlo? Entonces se adelantó el más docto de los sabios y dijo: – Majestad, mañana tendrás lo que deseas.
– ¿Mañana? –se asombró el rey–. Bien, pero si mientes, perderás la cabeza.
Apenas en el cielo matutino hubo aparecido el Sol y las flores despiertas de su somnolencia se abrieron en el pleno esplendor, el rey ordenó que se presentara el sabio.
Este entró con una arquilla de sándalo en las manos.
– Majestad, en esta arquilla encontrarás lo principal e importantísimo de lo que hubo en la historia de los pueblos en todos los tiempos – profirió el sabio, inclinándose ante el rey.
El monarca abrió la arquilla. En la almohadilla aterciopelada yacía un pequeño trocito de pergamino en que estaba trazada una sola frase: "Ellos nacían, vivían, y morían".
Así dice la antigua leyenda. Esta leyenda llegó involuntariamente a nuestra memoria cuando a nosotros, los autores, nos propusieron escribir un libro recreativo sobre la química, añadiendo, además, que el volumen del mismo debe ser reducido. Por consiguiente, hace falta escribir sólo lo principal. Pero, ¿qué es lo principal en la química? "Química es la ciencia sobre las substancias y sus transformaciones".
¿Cómo no recordar aquí el trocito de pergamino en el fondo de la arquilla de sándalo? Después de largas cavilaciones, llegamos a una decisión. En la química, todo es importante. Una cosa más, otra, menos, y eso depende, además, del punto de vista del que habla. El químico inorgánico, por ejemplo, considera que su ciencia es el ombligo del mundo. Sin embargo, la opinión del químico orgánico es diametralmente opuesta. Y en esa materia no existe uniformida d reconciliadora de opiniones.
El propio concepto de "civilización" consta de muchos "sumandos", siendo uno de los principales la química.
La química permite al hombre obtener metales a partir de menas y minerales. De no existir esta ciencia, no subsistiría la metalurgia moderna.
La química extrae substancias maravillosas y de cualidades sorprendentes de la materia prima mineral y de origen vegetal y animal.
No sólo copia e imita a la naturaleza, sino también –y en escala creciente de año en año, empieza a sobrepasarla. Se sintetizan miles y decenas de miles de substancias que la naturaleza desconoce y con propiedades muy útiles e importantes para la práctica y vida humana.
La lista de buenos hechos efectuados por la química es verdaderamente inagotable.
El asunto reside en que todas las manifestaciones de la vida están acompañadas de un sinnúmero de procesos químicos. Es imposible conocer la esencia de los procesos vitales sin saber la química y sus leyes.
La química dijo su palabra contundente en l a evolución del hombre.
La química nos da alimento, vestido y calzado, nos ofrece bienes materiales sin los cuales no puede funcionar la moderna sociedad civilizada.
En el espacio circunterrestre irrumpieron los primeros cohetes. Fue la química la que proporcionó combustible para sus motores, y materiales sólidos y termorresistentes para sus estructuras.
Si a alguien se le hubiera ocurrido la idea de escribir sobre la química abarcando todos sus aspectos multifacéticos y su lozanía, correrían el riesgo de agotarse los recursos de papel, incluso de un Estado altamente desarrollado. Por fortuna a nadie se le ocurrió emprender algo semejante. Pero una tarea de esta índole fue la planteada ante nosotros.
Sin embargo, hemos encontrado una salida. Decidimos escribir en pocas palabras sobre muchas cosas. Pocas palabras sobre distinta materia. Está claro que en cierto grado es cuestión de gusto. Unos, probablemente, hablarían de otras cosas, y otros, de cosas más distintas aún. No obstante, somos nosotros los que tuvimos que redactar este libro, por lo tanto, no se quejen de nosotros si de pronto no encuentran en él lo que Uds., precisamente, quisieran saber.
Capítulo 1
Los habitantes de la gran casa
Contenido:
El sistema periódico de los elementos químicos a vista de pájaro
Cómo los astrónomos prestaron un mal servicio a los químicos
El elemento de dos caras
El primero y el más sorprendente
¡Cuántos hidrógenos existen en la tierra!
Química = física + matemáticas
Un poco más de matemática.
Cómo los químicos tropezaron con lo inesperado.
Solución que no daba consuelo
En busca de una idea "loca" o cómo los gases inertes dejaron de serlo
Nueva disconformidad y cómo vencerla
El "omnívoro"
La "piedra filosofal" de Hennig Brand
El olor a frescura o un ejemplo de cómo la cantidad pasa a calidad
Tan simple y, sin embargo, tan asombroso...
"El hielo naciente sobre las aguas del río"...
¡Cuántas aguas existen en la tierra!
Los secretos de un carámbano...
Algo del campo de la lingüística o "dos grandes diferencias"
¡Por qué "dos grandes diferencias"!
Otros dos "por qué"
Arquitectura original
Catorce hermanos gemelos
El mundo de los metales y sus paradojas
Metales líquidos y un metal gaseoso (¡!)
Compuestos insólitos
El primer "programista"' de la química
Breves palabras sobre el renio
La "máquina cibernética" se ha detenido
Cómo convertir un elemento en otro
La muerte y la inmortalidad en el mundo de los elementos
Uno, dos, mucho...
¡Es que la naturaleza tiene razón!
El sendero de soles falsos
El destino de uno entre 104...
¡Dónde está tu lugar, uranio!
Pequeños episodios del campo de la arqueología
Uranio y sus oficios
¡Un edificio no acabado!
Un himno a los alquimistas de hoy
En el umbral de lo desconocido
Noticias del cosmos
El "santoral" de los elementos
Números imprescindibles para la química
El sistema periódico de los elementos químicos a vista de pájaro
Una mirada fugaz y la primera impresión que se forma es, por lo común, de poco valor. A veces el observador queda indiferente, a veces se siente sorprendido y hay casos en que reacciona como el personaje de una anécdota muy en boga que, al ver en el parque zoológico a una jirafa, exclamó: "¡Esto no puede ser!"
Sin embargo, puede ser provechoso incluso un conocimiento en rasgos generales de un objeto 0 fenómeno; por decirlo así: "un conocimiento a vista de pájaro".
El sistema periódico de los elementos químicos de D. Mendeléev de ningún modo se puede denominar objeto o fenómeno. Es, más bien, una especie de espejo que refleja la esencia de una de las leyes más importantes de la naturaleza, la Ley Periódica. Esta es un código que reglamenta la conducta de más de cien elementos que abundan en la Tierra o que han sido creados artificialmente por el hombre, un ordenamiento sui géneris que reina en la Gran Casa de los elementos químicos...
La primera mirada permite ya captar muchas cosas. Lo primero que sentimos es admiración, como si entre edificios triviales, construidos con grandes bloques, surgiera de súbito una casa de arquitectura insólita y extraña, pero muy elegante.
¿ Qué es lo que asombra en la tabla de Mendeléev? En primer lugar, el hecho de que sus períodos (que hacen las veces de pisos) son muy desiguales.
El primer piso (primer, período de la tabla de Mendeléev) tiene sólo dos casillas. El segundo y el tercero, ocho. El cuarto y el quinto están– arreglados a modo de un hotel: dieciocho piezas en cada uno; lo mismo que el sexto y el séptimo, cada uno con treinta y dos habitaciones. ¿Han visto Uds. en su vida una edificación así?
Empero, precisamente con ese aspecto se nos presenta el sistema periódico, la Gran Casa de los elementos químicos.
¿Por qué ese aspecto insólito? ¿Por antojo del arquitecto? ¡De ningún modo! Cualquier edificio se construye de acuerdo con las leyes de la física. De no seguirlas, se derrumbaría al primer hálito del viento.
La idea arquitectónica del sistema periódico también se corrobora por las rigurosas leyes físicas. Estas dicen: cualquier período de la tabla de Mendeléev debe contener un número perfectamente determinado de elementos, por ejemplo, el primero debe tener dos. Ni más, ni menos.
Así afirman los físicos, en pleno acuerdo con los químicos.
Hubo otros tiempos. Los físicos no afirmaban nada y no se rompían la cabeza con los problemas de la ley periódica. En cambio, los químicos, que casi cada año descubrían nuevos elementos, estaban muy preocupados: dónde encontrar domicilio para estos novatos. Hubo casos desagradables, cuando una sola casilla de la tabla la pretendían, alineándose en cola, varios elementos.
Entre los científicos hubo no pocos escépticos que afirmaban con plena seriedad que el edificio de la tabla de Mendeléev estaba construido sobre arena. Entre éstos figuraba el químico alemán Bunsen, que junto con su amigo Kirchhoff descubrió el análisis espectral. Pero en cuanto a la ley periódica Bunsen manifestó una miopía científica asombrosa. "Con el mismo éxito se puede buscar regularidad en las cifras de los boletines de Bolsa" – exclamó con furor en una ocasión,
Antes que Mendeléev, se hicieron intentos de imponer algún orden en el caos de los sesenta y tantos elementos químicos. Pero todos fracasaron. Probablemente, el que más se acerca a la verdad fue el inglés Newlands. Este sugirió la "ley de las octavas". Tal como en la escala musical cada octava nota repite la primera, en la escala de Newlands, que dispuso los elementos en serie de acuerdo con la magnitud de sus pesos atómicos, las propiedades de cada octavo elemento eran parecidas a las del primero. ¡Pero qué reacción irónica despertó su descubrimiento! ¿Por qué no trata de disponer los elementos en orden alfabético? ¿Puede ser que en este caso también se pone de manifiesto alguna regularidad?"
¿Qué podía contestar Newlands a su opositor sarcástico? Resulta que nada. Era uno de los que se acercaron al descubrimiento de la nueva ley de la naturaleza, pero la caprichosa repetición de las Propiedades de los elementos "después de cada séptimo" no sugirió en la mente de Newlands la idea de la "periodicidad".
Al principio, la tabla de Mendeléev no tuvo mucha suerte. La arquitectura del sistema periódico se sometía a furiosos ataques, puesto que muchas cosas seguían siendo confusas y necesitaban explicación. Era más fácil descubrir media docena de elementos nuevos que encontrar para éstos un domicilio legal en la tabla.
Sólo en el primer piso los asuntos, al parecer, eran satisfactorios. No había necesidad de temer una concurrencia inesperada de pretendientes. En la actualidad, habitan este piso el hidrógeno y el helio. La carga del núcleo del átomo de hidrógeno es + 1, y la del helio, + 2. Claro está que entre ellos no hay ni puede haber otros elementos, puesto que en la naturaleza no se conocen núcleos ni otras partículas cuya carga se exprese con números fraccionarios.
(Verdad es que, en los últimos años los físicos teóricos discuten persistentemente el problema sobre la existencia de los "quarks". Así se denominan las partículas elementales primarias, a partir de las cuales se pueden construir todas las demás, hasta los protones y neutrones, que son, por su parte, material constructivo de los núcleos atómicos. Se supone que los "quarks" tienen cargas eléctricas fraccionarias: +1/3 y –1/3. Si los "quarks" existen realmente, el cuadro de la "estructura material" del mundo puede tomar para nosotros otro aspecto).
Cómo los astrónomos prestaron un mal servicio a los químicos
"Nunca se me ocurrió que el sistema periódico debe comenzar precisamente con el hidrógeno.
¿A quién pertenecen estas palabras? A lo mejor, a alguno de la innumerable legión de los investigadores o simplemente aficionados quienes tenían por objeto crear un nuevo y propio sistema periódico, o reconstruirlo a su modo. A decir verdad, aparecían no menos variantes de "sistemas periódicos" de lo más diverso, que proyectos del "famoso" movimiento perpetuo.
Bueno, la frase entre comillas pertenece al propio Dmitri Ivanovich Mendeléev y está escrita en su célebre manual "Fundamentos de Química" que sirvió de texto para decenas de miles de estudiantes.
¿Por qué incurrió en error el autor de la ley periódica?
Porque en aquel entonces ese error era muy lógico. Los elementos se disponían en la tabla de acuerdo con el incremento de sus pesos atómicos. El peso atómico del hidrógeno es 1,008, y del helio, 4,003. Con toda razón se podía pensar que existen elementos con pesos atómicos 1,5; 2; 3, etc. O elementos más livianos que el hidrógeno, cuyos pesos atómicos eran menores que la unidad.
Mendeléev no rechazaba esta posibilidad, al igual que otros muchos químicos, sostenidos por los astrónomos, representantes de una ciencia bastante alejada de la química. Eran los astrónomos los que demostraron por vez primera que los nuevos elementos se podían descubrir no sólo en los laboratorios, analizando minerales terrestres.
En 1868 el astrónomo inglés Lockyer y el francés Janssen observaron el eclipse total de Sol, dejando pasar el brillo cegador de la corona solar a través del prisma de un espectroscopio. Y en la densa empalizada de las líneas del espectro descubrieron unas que no podían pertenecer a ningún elemento conocido en la Tierra. De esta forma fue descubierto el helio, lo que en griego significa "solar". Sólo 27 años después el físico y químico inglés Crookes encontró helio en la Tierra.
Este descubrimiento resultó muy contagioso. Los astrónomos dirigieron los oculares de los telescopios hacia las lejanas estrellas y nebulosas. Los resultados de sus descubrimientos se publicaban con gran escrupulosidad en los anuarios astronómicos y algunos se reproducían en las páginas de las revistas de química, más precisamente aquellos que trataban de los supuestos descubrimientos de nuevos elementos en lo infinito de los espacios cósmicos. Les bautizaban con nombres rimbombantes como coronio y nebulio, arconio y protoflúor. Los químicos no sabían nada de esos elementos, salvo sus nombres, pero recordando la feliz epopeya del helio se apresuraban en alojar a los forasteros celestes en el sistema periódico, los disponían delante del hidrógeno o en el espacio entre el hidrógeno y el helio y abrigaban la esperanza de que nuevos Crookes demostrarían en algún tiempo la existencia en la Tierra del coronio y de sus enigmáticos compañeros.
P ero, en cuanto los físicos se las entendieron con el sistema periódico, estas esperanzas se desvanecieron. El peso atómico resultó ser un soporte inseguro para la ley periódica y fue sustituido por la carga del núcleo, el número atómico del elemento.
Al pasar de un elemento a otro en el sistema periódico, la carga se incrementa en una unidad.
Con el decurso del tiempo los instrumentos astronómicos más precisos disiparon el mito sobre los misteriosos nebulios. Estos eran átomos de elementos bien conocidos que perdieron parte de sus electrones y por tal causa exhibían espectros insólitos. Las "tarjetas de visita" de los forasteros celestes resultaron falsas.
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