Historia de la teoría molecular para niños
La historia de la teoría molecular en la Química nos cuenta cómo surgió la idea de que existen uniones fuertes, llamadas enlaces químicos, entre dos o más átomos. Estas uniones forman las moléculas.
La idea de las moléculas tiene sus raíces en los antiguos filósofos griegos. Por ejemplo, Leucipo pensaba que todo el universo estaba hecho de átomos y espacios vacíos. Alrededor del año 450 a.C., Empédocles creía en cuatro elementos básicos (fuego, tierra, aire y agua) y en "fuerzas" que los atraían o repelían, permitiendo que interactuaran. Más tarde, Platón, siguiendo a Pitágoras, consideró que las formas matemáticas como los números y los triángulos eran los bloques fundamentales del mundo. Los cuatro elementos eran estados de la materia por los que pasaban estos principios matemáticos.
El punto de vista de Leucipo y Empédocles fue aceptado por Aristóteles y se mantuvo en Europa durante la Edad Media y el Renacimiento. La idea moderna de las moléculas empezó a desarrollarse en el siglo XIX, cuando se encontró evidencia de que los elementos químicos puros existen y que átomos individuales de diferentes sustancias, como el hidrógeno y el oxígeno, pueden unirse para formar moléculas estables, como la del agua.
Contenido
Primeras ideas sobre los átomos y las moléculas
¿Cómo se unen los átomos?
Las primeras ideas sobre las formas y cómo se conectaban los átomos fueron propuestas por Leucipo, Demócrito y Epicuro. Ellos creían que la solidez de un material dependía de la forma de los átomos que lo componían. Por ejemplo, pensaban que los átomos de hierro eran sólidos y tenían "ganchos" que los unían fuertemente. Los átomos de agua eran suaves y resbaladizos, y los de sal eran puntiagudos.
Demócrito fue uno de los principales defensores de esta idea. Usando ejemplos de nuestras experiencias diarias, describió los átomos como partículas que se diferenciaban por su forma, tamaño y la forma en que estaban organizadas sus partes. Además, explicó que las conexiones entre ellos se daban porque los átomos individuales tenían "enganches", como ganchos o esferas con huecos.
Con la llegada del Cristianismo y la caída del Imperio Romano, la teoría atómica fue olvidada por casi dos mil años. En su lugar, se adoptaron teorías sobre los cuatro elementos y algunas ideas de la Alquimia. Sin embargo, el siglo XVII vio un resurgimiento de la teoría atómica, gracias a pensadores como René Descartes, Pierre Gassendi e Isaac Newton.
Basándose en las antiguas teorías griegas, Descartes imaginó que los átomos se mantenían unidos con ganchos muy pequeños. Él creía que dos átomos se combinaban cuando el gancho de uno se enganchaba en el "ojo" del otro.
A mediados del siglo XVIII, cualquier teoría que involucrara partículas con ganchos físicos se conocía como "química Cartesiana". De manera similar, Pierre Gassendi propuso que el tamaño y la forma de los átomos que se movían en el vacío podían explicar las propiedades de la materia. Por ejemplo, el calor se debía a átomos pequeños y redondos, y el frío a átomos piramidales con puntas afiladas.
Isaac Newton, aunque conocía las teorías de unión atómica de su tiempo (como los "átomos enganchados"), creía que las partículas se atraían entre sí por una fuerza. Esta fuerza, según él, era "extremadamente fuerte en contacto inmediato, realiza las operaciones químicas a distancias cortas y no va más allá de las partículas con algún efecto notable".
Agrupaciones de partículas
El concepto de agrupaciones o unidades de átomos unidos, que hoy llamamos "moléculas", tiene sus orígenes en la hipótesis de Robert Boyle de 1661. En su famoso libro The Sceptical Chymist (El químico escéptico), Boyle afirmó que la materia está compuesta por "grupos de partículas" y que los cambios químicos ocurren cuando estos grupos se reorganizan. Boyle argumentó que los elementos básicos de la materia consistían en partículas de varias formas y tamaños, llamadas "corpúsculos", que podían agruparse.
En 1680, basándose en la teoría corpuscular, el químico francés Nicolas Lemery propuso que la acidez de una sustancia se debía a sus partículas puntiagudas, mientras que las sustancias alcalinas tenían poros de diferentes tamaños. Según esta teoría, una molécula consistía en corpúsculos unidos por conexiones geométricas de puntas y poros.
Avances en el siglo XVIII
Una idea temprana sobre las "combinaciones de átomos" unidos fue la teoría de la "combinación por afinidad química". En 1718, el químico francés Étienne François Geoffroy desarrolló teorías de afinidad química para explicar cómo se combinaban las partículas. Él creía que una "fuerza" atraía y unía ciertos componentes. Geoffroy es conocido por sus "tablas de afinidades", que presentó a la Academia Francesa en 1718 y 1720.
Estas tablas eran listas que mostraban cómo ciertas sustancias interactuaban entre sí, indicando el grado de afinidad que tenían. Estas tablas fueron importantes durante el resto del siglo, hasta que fueron reemplazadas por ideas más avanzadas.
En 1738, el físico y matemático suizo Daniel Bernoulli publicó Hydrodinamica. En esta obra, sentó las bases de la teoría cinética de los gases. Bernoulli argumentó que los gases están formados por un gran número de moléculas que se mueven en todas direcciones. El impacto de estas moléculas contra una superficie causa la presión que sentimos, y lo que percibimos como calor es simplemente la energía cinética (energía de movimiento) de estas moléculas.
En 1789, William Higgins publicó sus ideas sobre las combinaciones de las "partículas últimas", lo que sentó las bases para el concepto de enlaces de valencia. Por ejemplo, Higgins creía que si la fuerza entre una partícula de oxígeno y una de nitrógeno era de 6, esa fuerza se dividiría por igual entre otras combinaciones de partículas.
El siglo XIX y la comprensión moderna
En 1803, John Dalton usó el peso atómico del hidrógeno, el elemento más ligero, como unidad de medida. Determinó, por ejemplo, que la proporción para el Anhidro nitroso era de 2 a 3, lo que llevó a la fórmula N2O3. Curiosamente, Dalton imaginó incorrectamente que los átomos se "enganchaban" entre sí para formar moléculas. Más tarde, en 1808, Dalton publicó su famoso diagrama de "átomos" combinados.
En 1811, Amedeo Avogadro publicó su obra "Ensayo acerca de la determinación de masas relativas de moléculas elementales de los cuerpos". En ella, afirmó que:
Las partículas más pequeñas de los gases no son necesariamente átomos simples, sino que están hechas de un número particular de estos átomos unidos por atracción para formar una sola molécula.
Es importante notar que Avogadro usaba el término "molécula" tanto para átomos como para moléculas. Se refería a "moléculas elementales" para los átomos y a "moléculas compuestas" o "moléculas complejas" para las uniones de átomos.
Avogadro desarrolló su hipótesis, conocida hoy como la Ley de Avogadro: Volúmenes iguales de gases, a la misma temperatura y presión, contienen el mismo número de moléculas. Esta ley significa que la relación entre las masas de volúmenes iguales de gases diferentes, a la misma temperatura y presión, corresponde a la relación entre sus pesos moleculares respectivos. Así, las masas moleculares relativas podían calcularse a partir de las masas de muestras de gas.
Avogadro creó esta hipótesis para unir la Ley de Gay-Lussac de 1808 con la teoría atómica de Dalton de 1803. La mayor dificultad que Avogadro resolvió fue la confusión que existía en ese momento entre átomos y moléculas. Una de sus contribuciones más importantes fue distinguirlos claramente, aceptando que las partículas simples también podían estar compuestas de moléculas, y que estas a su vez estaban compuestas de átomos. Dalton, por su parte, no consideró esta posibilidad.
En 1826, siguiendo el trabajo de Avogadro, el químico francés Jean-Baptiste Dumas escribió:
Los gases en circunstancias similares están compuestos de moléculas o átomos dispuestos a la misma distancia, lo cual es lo mismo que decir que contienen el mismo número en el mismo volumen.
En 1833, el químico francés Marc antoin Auguste Gaudin presentó una explicación clara de la hipótesis de Avogadro sobre las masas atómicas. Usó "diagramas de volumen" que mostraban geometrías moleculares casi correctas, como una molécula de agua lineal, y fórmulas moleculares correctas, como H2O.
En 1856, el químico escocés Archibald Couper empezó a investigar la bromuración del benceno. Un mes después de que se publicara un artículo de Kekulé, apareció la teoría de estructura molecular de Couper, que era independiente y muy similar. Él propuso una idea muy concreta de la estructura molecular, sugiriendo que los átomos se unían como piezas de construcción en estructuras tridimensionales específicas. Couper fue el primero en usar líneas entre los átomos para representar los enlaces. También propuso cadenas rectas de átomos para algunas moléculas y estructuras en forma de anillo para otras, como el ácido tartárico y el ácido cianúrico.
En 1861, un maestro de Viena llamado Joseph Loschmidt publicó un pequeño libro, Chemische Studien I, que contenía imágenes moleculares innovadoras. Estas imágenes mostraban estructuras "anilladas" y estructuras con dobles enlaces, como las del etileno y el acetileno.
Loschmidt también sugirió una posible fórmula para el benceno, pero dejó la pregunta abierta. La primera propuesta de la estructura moderna del benceno fue hecha por Kekulé en 1865. La forma cíclica del benceno fue confirmada por la cristalógrafa Kathleen Lonsdale. El benceno presenta un desafío especial porque, para que todos los enlaces funcionen, debe tener enlaces dobles alternando con enlaces sencillos.
En 1865, el químico alemán August Wilhelm von Hoffmann fue el primero en crear modelos moleculares de "esferas y palos". Los usó en sus clases en la Real Institución de Gran Bretaña, como el modelo del metano.
Este modelo se basó en la sugerencia anterior de su colega William Odling en 1885 de que el carbono es tetravalente (puede formar cuatro enlaces). La paleta de colores de Hoffman todavía se usa hoy: nitrógeno = azul; oxígeno = rojo; cloro = verde; azufre = amarillo; hidrógeno = blanco. Las limitaciones del modelo de Hofmann eran principalmente geométricas: los enlaces del carbono se mostraban planos y no tridimensionales, y los átomos no estaban a escala.
En 1864, el químico orgánico escocés Alexander Crum Brown comenzó a dibujar imágenes de moléculas. En ellas, escribía los símbolos de los átomos en círculos y usaba líneas discontinuas para conectar los átomos de una manera que cumpliera con la valencia de cada átomo.
El año 1873 fue muy importante en la historia del concepto de "molécula". En este año, el famoso físico escocés James Clerk Maxwell publicó su artículo de trece páginas, 'Moléculas', en la revista Nature. En la primera sección del artículo, Maxwell escribió:
Un átomo es un cuerpo que no puede ser partido en dos; una molécula es la porción más pequeña posible de una sustancia en particular.
Véase también
En inglés: History of molecular theory Facts for Kids
