química

Ciencia que estuda a composición, a estrutura e as propiedades dos diferentes tipos de substancias, así como as súas transformacións. Atendendo á natureza das substancias estudadas, dividiuse tradicionalmente en química inorgánica e orgánica. Historicamente, o estudo da materia fíxose desde dúas perspectivas diferentes: a tecnolóxica ou factual e a filosófica ou teórica. O coñecemento tecnolóxico ten a súa orixe no dominio do lume por parte do home, e no que se refire aos fenómenos químicos, en procesos tales como a cocción de alimentos, o curtido, a metalurxia, a fabricación de vidro e a preparación de medicinas e velenos, entre outros. No que atinxe ao coñecemento filosófico da materia, as primeiras teorías sobre a súa orixe e a súa constitución foron desenvolvidas polos filósofos gregos, como Empédocles coa súa teoría sobre os elementos constituíntes da materia (terra, auga, aire e lume). A partir destas teorías, a finais do s I xurdiu en Alexandría a alquimia, que representaba a primeira tentativa de conexión entre as tecnoloxías químicas e as especulacións filosóficas. Esta, xunto coa iatroquímica, a metalurxia e unha serie de tecnoloxías artesanais que facían uso de materias inorgánicas, poden considerarse como os fundamentos da química moderna. Ao longo do s XVII tivo lugar un proceso de revisión e de crítica das ideas en que se fundamentara o coñecemento da materia. En 1661, R. Boyle, en The Sceptical Chemist, rexeitou a natureza elemental da terra, do aire e da auga, e introduciu o concepto de elemento químico como substancia que non se pode descompor noutras substancias e da que non se pode obter outras que non sexan ela mesma. En 1697 G. E. Stahl desenvolveu as ideas de J. J. Becher e formulou a teoría do floxisto. Como consecuencia desta teoría, o pensamento químico foi orientado principalmente cara ao estudo dos gases, o que deu pé, ao longo do s XVIII, ao período da química pneumática, destacando J. Priestley e K. W. Scheele, que descubriron independentemente o osíxeno. En 1781 H. Cavendish identificou o hidróxeno e sintetizou auga por primeira vez no laboratorio. En 1789, A. L. Lavoisier publicou o Traité élémentaire de chimie (1789), onde establecía a verdadeira natureza da combustión e demostraba a inutilidade da teoría do floxisto. Lavoisier foi tamén o primeiro en empregar o concepto de substancia pura e, a raíz dos seus estudos sobre a fermentación vínica, enunciou a lei da conservación da materia. Durante os primeiros anos do s XIX desenvolvéronse as leis ponderais das combinacións químicas ou leis ponderais da química. As ideas de Berthollet sobre a composición variable dos compostos foron superadas rapidamente por J. L. Proust ao enunciar a lei das proporcións definidas, que foi unha das bases da teoría atómica de Dalton. J. Dalton, que fixera estudos sobre as mesturas de gases e enunciara en 1803 a lei das proporcións múltiples, formulou en 1808 a teoría atómica, segundo a que os elementos están constituídos por partículas indivisibles, denominadas átomos. Unha das principais consecuencias desta teoría foi a fundamentación da lei das proporcións recíprocas, enunciada por J. B. Richter en 1792. Paralelamente, J. L. Gay-Lussac enunciou a lei dos volumes de combinación; a partir dela A. Avogadro formulou en 1811 a hipótese de que volumes iguais de todos os gases, medidos nas mesmas condicións de presión e temperatura, conteñen o mesmo número de moléculas. O descubrimento da electricidade conduciu ao descubrimento de novos elementos, especialmente os alcalinos e os alcalinoterrosos, e deu orixe a unha nova visión do enlace químico, concretamente na teoría dualista de Berzelius. Posteriormente, M. Faraday estudou dunha maneira sistemática a electrólise, descubriu as leis que a rexen (1833) e introduciu o concepto de equivalente electroquímico. A determinación de pesos atómicos mediante métodos imprecisos ou aproximados, xunto co inicio do coñecemento dos compostos orgánicos, desembocou nun período de confusión entre os conceptos de elemento, composto e equivalente. No que se refire aos compostos orgánicos, a súa clasificación foi posible a raíz do establecemento empírico do concepto químico de función e da introdución, por parte de Liebig e Wöhler, da noción de radical. Por outra banda, a introdución por Frankland do concepto de valencia, entendéndoo como capacidade de combinación, e o desenvolvemento por parte de F. A. Kekulé da teoría estrutural, a raíz do descubrimento da cuadrivalencia dos átomos de carbono e da capacidade destes de combinarse entre eles para formar cadeas, contribuíron a aclarar o problema da formulación química. Simultaneamente, o problema da determinación do peso molecular foi resolto definitivamente por S. Cannizzaro e o descubrimento de novos elementos permitiron a D. I. Mendeleiev e J. L. Meyer clasificar os elementos segundo o seu peso atómico e o seu carácter químico nun sistema periódico. No que se refire ao desenvolvemento da química analítica na segunda metade do s XIX, os aspectos fundamentais foron a preferencia inicial dos métodos gravimétricos respecto dos volumétricos e a introdución de métodos instrumentais de análise. Unha das realizacións máis importantes foi a determinación con precisión dos pesos atómicos. Paralelamente, e no que se refire á química orgánica, a introdución da química estrutural por F. A. Kekulé, A. M. Butlerov e o seu perfeccionamento por J. H. Van’t Hoff, no que ten que ver cos problemas da isomería e da estereoquímica, estableceron as bases para un rápido desenvolvemento. Durante o mesmo período, o desenvolvemento da química inorgánica foi obstaculizado pola aplicación incorrecta da teoría estrutural orgánica e pola dificultade inherente de traballar sobre unha táboa periódica ampla e incompleta. Aínda así, conseguíronse progresos importantes como o descubrimento dos gases nobres feito por W. Ramsay e o illamento da maioría dos metais das terras raras. Na vertente industrial, desenvolveuse a produción a grande escala de ácidos minerais, álcalis (método de Leblanc, proceso Solvay), axentes branqueadores e fertilizantes. O avance teórico máis importante durante este período foi a teoría da coordinación, formulada por A. Werner (1892). A química biolóxica durante o s XIX ocupouse, principalmente, de problemas prácticos relacionados coa agricultura (fertilizantes, crecemento das plantas) e a medicina (dixestión, fermentación, respiración animal). En 1887, coa fundación por W. Ostwald da revista Zeitschrift für physikalische Chemie, nace a química física como disciplina independente. Un dos primeiros obxectivos dos químicos teóricos foi relacionar a constitución química das substancias coas súas propiedades físicas. Un avance importante foi a formulación dunha teoría cinética molecular e da termodinámica química. En canto á teoría cinética dos gases, o seu estudo recibiu o pulo inicial dos traballos de J. P. Joule sobre a equivalencia mecánica da calor, e as súas aplicación foron desenvolvidas entre 1855 e 1890 por R. Clausius, L. Boltzmann, W. Thomson, J. C. Maxwell e J. D. Van der Waals. En canto á termodinámica química, destacan as contribucións de G. H. Hess, os estudos de M. Berthelot na medición de calores de reacción, os traballos de Clausius sobre a ecuación de Clapeyron, os de J. W. Gibbs sobre o equilibrio químico en sistemas heteroxéneos e sobre a regra das fases, e os de H. Le Chatelier sobre o equilibrio en sistemas homoxéneos. Por outra banda, Van’t Hoff estudou a evolución da constante de equilibrio coa temperatura, e S. Arrhenius, o efecto da temperatura sobre as velocidades de reacción. Finalmente, e no que respecta ao estudo das solucións, destacan as achegas ao coñecemento das propiedades coligativas feitas por Van’t Hoff respecto á presión osmótica e por F. M. Raoult sobre a presión de vapor e o descenso crioscópico, e tamén o estudo da disociación electrolítica realizado por Arrhenius. Feitos como o descubrimento dos espectros atómicos, o comportamento dos gases nos tubos de descarga -cuxo estudo trouxo o descubrimento do electrón (J. J. Thompson, 1897)-, o descubrimento dos raios X (K. Röntgen, 1895) e o da radioactividade demostraron a necesidade de reelaborar a teoría atómica. En 1911, E. Rutherford, a raíz dos seus estudos sobre a dispersión de partículas alfa, propuxo un novo modelo. As limitacións inherentes ao modelo atómico de Rutherford foron superadas por N. Bohr, quen en 1913, introduciu no tratamento atómico o principio de cuantización de M. Planck e elaborou un modelo atómico para o átomo de hidróxeno. Pero o modelo atómico de Bohr non explicaba os espectros dos átomos polielectrónicos. A. Sommerfeld (1915) modificou este modelo coa introdución de órbitas elípticas. A aplicación aos átomos polielectrónicos simplificouse cos traballos de H. Moseley, que permitiron comprender a disposición dos electróns internos. Así, N. Bohr, ao introducir o concepto de carga nuclear efectiva, tratou teoricamente os metais alcalinos. O mesmo autor postulou máis tarde unha ordenación dos electróns internos en capas e subcapas, e organizou os elementos. O paso definitivo para chegar á visión atómica actual fundaméntase na mecánica ondulatoria de L. de Broglie, enunciada en 1920, e na mecánica matricial de W. Heisenberg (1925), que se continuou coa formulación do principio de incerteza. As ideas de L. de Broglie foron desenvolvidas por E. Schrödinger, quen formulou en 1926 un modelo matemático exacto para o átomo de hidróxeno. A introdución das ideas da mecánica cuántica na teoría do enlace débese a W. Heitler, F. London, M. Born, L. Pauling e J. C. Slater. Pauling introduciu o concepto de orbital e contribuíu, xunto a Slater e E. Hückel, ao desenvolvemento da teoría da resonancia, derivada dos traballos de Heisenberg. En canto ao estudo das solucións, as limitacións da teoría da disociación electrolítica de Arrhenius fixeron necesario un tratamento máis completo, que foi elaborado en 1923 por P. Debye e E. Hückel, e complementado por L. Onsager en 1926. Durante este mesmo período, a teoría dos ácidos e as bases tivo un desenvolvemento notable. Así, en 1909, S. P. L. Sørensen introduciu o concepto de pH. Posteriormente T. M. Lowry e J. N. Brønsted estudaron extensamente os ácidos e as bases desde o punto de vista protónico e, finalmente, Lewis formulou a teoría xeral de ácidos e bases desde a perspectiva do intercambio de pares electrónicos (1938). Polo que respecta á análise instrumental, os feitos máis importantes foron o desenvolvemento do eléctrodo de vidro, que permitiu unha grande extensión dos métodos potenciométricos, a introdución do polarógrafo por J. Heyrovský (1925), e o desenvolvemento das técnicas colorimétricas, espectroscópicas e espectrométricas. Outra técnica analítica que naceu no s XX é a cromatografía. Finalmente, a introdución dos radioisótopos a partir de 1913 e da análise de difracción de raios X (W. H. Bragg e W. L. Bragg, 1912) representaron dúas innovacións que axiña demostraron o seu gran valor na resolución de problemas analíticos inabordables por outras técnicas. En canto á química inorgánica, a introdución das técnicas de difracción de raios X para o estudo da estrutura cristalina e as achegas de Lewis, Kossel, Langmuir e Sidgwick sobre a teoría do enlace químico representaron un avance parcial, pero non foi ata a aplicación dos principios da mecánica cuántica que o problema estrutural tivo un enfoque coherente. Dos avances producidos en terreos concretos destaca a compleción da táboa periódica co descubrimento do hafnio, o renio, o tecnecio, o francio, o astato, o prometio ou os elementos transuránicos. Os avances relativos á estrutura atómica e á natureza do enlace químico repercutiron axiña no campo da química orgánica e cristalizaron nun primeiro intento de sistematización das reaccións orgánicas en tipos xerais, segundo as especies que interveñen nos mecanismos. Este intento debeuse a R. Robinson e, sobre todo, a C. K. Ingold, quen introduciu os conceptos de efecto indutivo, efecto mesomérico, electrófilo e nucleófilo. En canto á estereoquímica, fixéronse notables avances nos campos da isomería óptica, da isomería xeométrica e, a partir de 1930, da análise conformacional. O período posterior á Segunda Guerra Mundial representou un avance moi importante en todos os ámbitos da química. A pesar dalgúns avances en coñecementos básicos de enlaces e mecanismos de reacción, a química progresou sobre todo na síntese de novas moléculas, que son utilizadas nos campos máis diversos da industria. A demanda de novos materiais, a aparición da carreira para obter novos supercondutores, a utilización de novos fármacos ou alimentos e a axuda para entender procesos biolóxicos marcaron un progreso acelerado da química.

Conxunto de leis que constitúen o fundamento da estequiometría. A formulación das leis ponderais parte, historicamente, do principio de conservación da materia de A. L. Lavoisier. As leis ponderais propiamente ditas son a lei das proporcións recíprocas de J. B. Richter (1792); a lei das proporcións definidas de J. L. Proust (1801); a lei das proporcións múltiples de J. Dalton (1803); e a lei dos volumes de combinación de J. L. Gay-Lussac (1808).

Rama da química que comprende o conxunto de coñecementos teóricos, principalmente pertencentes ao campo da química física (equilibrios en solución, equilibrios heteroxéneos, electroquímica ou espectroscopia), que constitúen o fundamento da análise química.

Rama da química e que estuda, desde unha perspectiva física, os fenómenos químicos ou de interese para a química. Pode abordar os seus problemas tanto desde o nivel macroscópico ou fenomenolóxico coma desde o microscópico ou molecular. A ferramenta de traballo empregada no estudo fenomenolóxico é a termodinámica, mentres que a mecánica, e principalmente a mecánica cuántica, proporcionan o método para abordar os problemas microscópicos. O baleiro existente entre estes dous niveis pode encherse mediante o uso da termodinámica estatística, que permite, partindo do nivel molecular, a predición de propiedades macroscópicas. Modernamente existe a tendencia de denominar química cuántica a parte da química física que comprende o estudo de problemas microscópicos mediante o uso da mecánica cuántica. O estudo químico-físico dos fenómenos químicos a nivel macroscópico realízase desde a perspectiva do primeiro e segundo principio da termodinámica e, en particular, das funcións que se derivan dela, como a do potencial químico e a da enerxía libre de Gibbs, especialmente no que se refire ao estudo das condicións de equilibrio e a predición da espontaneidade dos procesos. O tema da velocidade de reacción trátase desde o punto de vista químico-físico a través da cinética química. A aproximación macroscópica orixina a cinética formal, que se basea en medidas experimentais para deducir as constantes de velocidade de reacción e a orde de reacción, co fin de postular os mecanismos de reacción. Pola contra, a aproximación microscópica dá lugar á cinética molecular, que se concreta na teoría do estado de transición. Historicamente, a electroquímica constituíu unha das bases iniciais sobre as que se estableceu a transformación da química nunha verdadeira ciencia, sobre todo a raíz do establecemento das leis de Faraday e do concepto de equivalente. Co tempo, os fenómenos electroquímicos estudados pola química física foron, fundamentalmente, a condutividade iónica, que se pode explicar polas modificacións de Onsager da teoría de Debye-Hückel e que atopa unha grande aplicación na análise química, ou o estudo dos equilibrios electroquímicos, fundamento das celas electroquímicas. Por outra banda, o estudo dos coloides e das macromoléculas, coñecido frecuentemente como química macromolecular, derivou nunha área químico-física de gran transcendencia, dadas as innumerables aplicacións dos polímeros sintéticos e o interese teórico das macromoléculas biolóxicas. A incorporación da informática ao laboratorio significou un grande apoio, como tamén o foron outros elementos tecnolóxicos, como o microscopio de efecto túnel, que permitiu visualizar os átomos dalgúns compostos. O láser axudou a estudar mellor os mecanismos de reacción e, sobre todo, as reaccións ultrarrápidas.

Rama da química que estuda os elementos químicos e os compostos inorgánicos. A química inorgánica non comprende só o estudo das propiedades, os métodos de preparación e as transformacións destas substancias, senón tamén o das relacións de analoxía que se poden establecer entre eles e o das causas que determinan as súas propiedades específicas. Das bases químico-físicas que atoparon unha aplicación fundamental na química inorgánica, destaca o coñecemento da estrutura das ordenacións sólidas estendidas, o coñecemento da natureza do enlace químico empregando fundamentalmente o método dos orbitais moleculares e o uso sistemático de constantes empíricas que, no caso dos elementos, se concretan na electronegatividade, o raio covalente, o raio iónico ou o raio de Van der Waals, e, no caso dos compostos, na enerxía de enlace, a distancia de enlace e o momento dipolar. Adoita considerarse separadamente dentro da táboa periódica os gases nobres, os elementos dos grupos principais (hidróxeno, alcalinos, alcalinotérreos, grupo do boro, grupo do carbono, grupo do nitróxeno, calcóxenos e halóxenos) e os elementos de transición (primeira, segunda e terceira series, lantánidos e actínidos). Dentro de cada familia considérase o estado natural dos elementos, as variedades isotópicas e alotrópicas, as propiedades atómicas comparadas, a preparación dos elementos en estado libre, as propiedades químicas e o estudo dos compostos derivados dos distintos estados de valencia, tanto os propiamente inorgánicos coma os organometálicos, e tamén a súa xeometría e a dos ións complexos cando estes se poden formar. Mentres os físicos intentaron coñecer mellor o fenómeno da supercondutividade, os químicos tiveron unha tarefa básica, que consistiu en sintetizar as novas moléculas que exhiben esta propiedade. A obtención de compostos estables con metais en alto estado de oxidación foi outro campo de traballo.

Rama da química que trata dos compostos complexos de carbono e das súas transformacións. Os obxectivos fundamentais da química orgánica son a determinación da estrutura molecular (análise estrutural) e a síntese de compostos, o estudo das propiedades específicas e as relacións xerais entre os compostos, os mecanismos de reacción e a estereoquímica. Empregouse o criterio estrutural para delimitar as diversas ramas en que se pode considerar dividida a química orgánica. Así, está a química orgánica alifática ou acíclica, que trata das estruturas abertas, lineais ou ramificadas, saturadas ou insaturadas; a química orgánica alicíclica, relativa aos compostos carbocíclicos non aromáticos; a química orgánica aromática, relativa aos compostos derivados formalmente do benceno; e a química orgánica heterocíclica, relativa aos compostos carbocíclicos, aromáticos ou non, que conteñen un ou máis heteroátomos no anel carbonado. Seguindo criterios análogos, pódese falar de química organometálica, que trata dos compostos que conteñen enlaces carbono-metal, e de química macromolecular, que trata dos compostos, tanto naturais coma sintéticos, que interveñen en moléculas poliméricas. Por outra banda, os distintos grupos funcionais confírenlle aos compostos que os conteñen propiedades físicas e químicas moi relacionadas, o que xustifica unha clasificación dos compostos orgánicos segundo este criterio. Así, adoita falarse de alcanos, alquenos, alquinos, derivados haloxenados, nitrilos, alcohois, fenois, quinonas, éteres, aldehidos, cetonas, ácidos carboxílicos, ésteres, anhídridos de ácido, aminas, amidas ou sulfonas. O estudo de diversas substancias naturais ou ben a súa síntese axudou a comprender moitos procesos biolóxicos e constituíu un apoio cada vez máis importante na investigación médica e na terapia mesma. O progreso en neuroquímica proporcionou novos fármacos para problemas psíquicos, ao mesmo tempo que permitiu entender as alteracións fisiolóxicas que os provocaban. A síntese orgánica, ao mesmo tempo, baseouse na imitación dalgúns procesos naturais. Así, traballouse con moléculas que capturan outras, o que fai pensar na reacción entre substrato e enzima en bioloxía. Entre estes compostos atópanse os éteres coroa, investigados por C. J. Pedersen, da empresa Du Pont, de Wilmington (EE UU). En canto ao proxecto xenoma, os químicos contribuíron coa caracterización molecular das bases do ADN, pero tamén, ultimamente, coa síntese dun nucleótido de secuencia curta, que serve para cortar o ADN e analizar a súa secuencia de bases.