Contribuciones a las Ciencias Sociales
Noviembre 2009

 

MOMENTOS CLAVES EN EL DESARROLLO DE LA FÍSICA Y LA QUÍMICA
 


Francisco Javier Palanco López
jmariohv@yahoo.es



 

INTRODUCCIÓN

El objetivo de la ciencia es el conocimiento del mundo natural: composición, estructura, origen y comportamiento. Pero además, la ciencia también es el proceso por el que se rige la investigación científica: el denominado método científico.

Tradicionalmente, las ciencias naturales se han dividido en diversos campos de conocimiento, centrándonos aquí en los descubrimientos más significativos en el desarrollo de la Física y de la Química.
 



Para citar este artículo puede utilizar el siguiente formato:
Palanco López, F.J.: Momentos claves en el desarrollo de la Física y la Química, en Contribuciones a las Ciencias Sociales, noviembre 2009, www.eumed.net/rev/cccss/06/fjpl2.htm


MOMENTOS CLAVES EN EL DESARROLLO DE LA FÍSICA

Se sabe que 5000 años atrás, el hombre usaba notaciones numéricas y matemáticas, fabricaba jabón y medicinas, creaba calendarios basados en la observación de los cuerpos celestes y era capaz de separar unos metales de otros. Fue la curiosidad lo que motivó estos descubrimientos, la misma que hoy consideramos como uno de los rasgos fundamentales de la ciencia. Estudiaremos en desarrollo de la Física en cinco grandes períodos históricos.

El período mediterráneo

Este período abarca desde la Prehistoria hasta la caída del Imperio Romano. Babilonios y caldeos observaron el movimiento de estrellas y planetas desde el s. XXIII a.C. Crearon el sistema numérico de base 60 y con ellos las divisiones en horas, minutos y segundos.

Los egipcios estudiaron igualmente el cielo con objeto de crear un calendario que les permitiera predecir las inundaciones del Nilo, estableciendo un año de 365 días exactos que sería usado durante muchos siglos. Por otra parte, la arquitectura y la ingeniería alcanzaron cotas muy elevadas, como lo indica la construcción de las pirámides.

Es en el mundo griego cuando la abstracción numérica inventada por babilonios y egipcios se amplió a otros campos de la naturaleza. Sin embargo, en sus razonamientos sobre el mundo físico, los griegos olvidaron siempre la comprobación experimental de sus teorías, lo que les llevó a que su interpretación de las leyes de la naturaleza fuese en su mayoría errónea.

Las primeras referencias a fenómenos físicos aparecen con Tales de Mileto (siglos VII-VI a.C.), con sus observaciones de fenómenos eléctricos y magnéticos.

Con Aristóteles (s. IV a.C.) se establecen las ideas principales que influyeron al mundo occidental durante 2000 años, en las áreas de teoría de los elementos, estudio del movimiento y teoría astronómica. En la primera, se apoyaría en el esquema de cuatro elementos de Empédocles, aportando la idea de las cuatro cualidades básicas de la materia (frío, seco, cálido y húmedo) y el concepto de éter o quinto elemento. En cuanto a su mecánica, Aristóteles distingue los tipos de movimiento (el circular uniforme propio de los cuerpos celestes, el rectilíneo vertical natural y el resto, que requieren de una violencia externa). Según Aristóteles, la inercia no se extiende al movimiento: cessante causa, cessante efectus. Para la cosmología, desarrolla el modelo de esferas concéntricas de Eudoxio, ajustándolo de tal modo que le permitiera predecir el movimiento real de los planetas.

Otra de las figuras importantes es Arquímedes (s. III), uno de los grandes pioneros de la física teórica. Nos dejó el principio que en hidrostática lleva su nombre, así como la conocida teoría de la palanca.

Tras la decadencia de Atenas, el centro cultural se traslada a Alejandría, donde destacaremos a Herón (s.I d.C.), con sus aportaciones a la mecánica y la óptica (dando explicaciones sobre la reflexión y la propagación rectilínea de la luz que serían retomadas por Fermat en el s. XVII) y principalmente a Claudio Ptolomeo (siglos I y II d.C.). La gran contribución de Ptolomeo es so modelo del universo, difundido posteriormente en Europa por los árabes bajo el nombre de Almagesto. En este tratado de astronomía (vigente durante 14 siglos), corrige el modelo de Eudoxio-Aristóteles introduciendo los elementos de órbitas excéntricas, epiciclos u ecuantes, los cuales, realizando los ajustes necesarios, demostraba una gran precisión en la descripción de los movimientos celestes.

La Edad Media

Ésta época destaca por un estancamiento general de nuevas aportaciones científicas, dominado más por un proceso de recopilación, traducción de los textos antiguos. Despunta en este aspecto el mundo árabe (especialmente entre los siglos VIII y XII), que sirvió de conexión entre las culturas hindúes, chinas y griegas con el occidente cristiano.

La ciencia árabe se centró en las matemáticas y sus aportaciones a la física proceden de los campos de la mecánica, la hidrostática y la óptica, así como la astronomía. Destacan las figuras de Al-Khazini, Al-Haytham (Alhazen) o Al-Khwarizmi.

En Occidente, a parte del trabajo de conservación y traducción de los primeros siglo de esta era, la ciencia física empieza a despuntar hacia los siglos XIII y XIV, realizándose importantes avances en el estudio del movimiento. Es la denominada ciencia escolástica, dominada por el Merton College de Oxford (aspectos cinemáticas) y la Universidad de París (aspectos dinámicos). El grupo inglés aportó conceptos de cinemática atribuidos posteriormente a Galileo, como es el caso del movimiento uniformemente acelerado. En París, se desarrolló la idea del ímpetus (cercana a los conceptos de cantidad de movimiento y energía). Los escolásticos representan el paso a un nuevo concepto cuantitativo de la física, pero su actitud quedaba aún lejos de la ciencia moderna por la falta de mediciones, centrándose en una ciencia basada en la matemática de las proporciones.

Del Renacimiento al comienzo de la ciencia moderna (s. XVII)

La caída de Bizancio trajo a Europa numerosos manuscritos de la Antigüedad, inéditos en Occidente. Este hecho, junto a la aparición de la imprenta, condujo a un empuje clave en el desarrollo de las matemáticas que pronto se trasladaría a las ciencias físicas.

La astronomía sería uno de los primeros campos en sentir este empuje. La aparición en 1543 de la obra de Nicolás Copérnico, De Revolutionibus Orbium Celestium, hizo temblar lo cimientos de la Iglesia y el sistema aristotélico. Su idea de heliocentrismo encontró una fuerte oposición tanto de las autoridades eclesiásticas como del mundo científico. Hubo de transcurrir más de un siglo para la plena aceptación de sus ideas, que incluían órbitas circulares de la Tierra y demás planetas respecto al sol, rotaciones sobre sus ejes y órbita lunar.

El siglo XVII se caracteriza por el nacimiento de la ciencia moderna. Los pasos necesarios en este camino fueron dados fundamentalmente por cuatro nombres: William Gilbert, Johannes Kepler, Galileo Galilei e Isaac Newton.

Gilbert puede ser considerado, con Galileo, el precursor de los métodos experimentales modernos. Sus estudios sobre magnetismo y en menor medida, electricidad, marcan un momento clave en el desarrollo posterior de estos campos.

Kepler aceptó el heliocentrismo copernicano, y tras muchos años de pruebas de modelos y observaciones llegó a una conclusión tan simple como efectiva: la introducción de las órbitas elípticas. Sus tres leyes fundamentales quedarían explicadas e incluidas 50 años más tarde en la Ley de Gravitación Universal de Newton.

Galileo fue el primer científico en llegar a conclusiones a través del método de combinar observación con razonamiento lógico y exponer sus resultados en el lenguaje de las matemáticas. Estableció las bases de lo que hoy conocemos como método científico y es por ello considerado el padre de la ciencia moderna. Sus contribuciones en astronomía y física son múltiples: en mecánica discute las matemáticas del movimiento uniformemente acelerado, asociándolo con el de caída libre e independizándolo del peso; estableció la ley de la inercia y estudió el movimiento del péndulo. En astronomía, inventó el telescopio que lleva su nombre y con ello descubrió los 4 satélites mayores de Júpiter, aportando una prueba indiscutible al heliocentrismo.

Newton (ss. XVII-XVIII), por sus contribuciones al desarrollo de la física y las matemáticas, tales como la ley de gravitación universal, la naturaleza de la luz y el desarrollo del cálculo infinitesimal, es considerado como uno de los más grandes científicos de la Historia.

En su obra Philosophiae naturalis principia mathematica, establece las leyes del movimiento e introduce a priori el concepto de fuerza. Con la Ley de la Gravitación Universal, aúna las mecánicas celeste y terrestre, estableciendo que la fuerza que hace caer las cosas y la que provoca el movimiento de los planetas es exactamente la misma. Los éxitos de Newton dieron paso a una visión mecanicista del mundo, en la que la idea de libre albedrío, y por ende de Dios, tenían cada vez menos cabida.

Otros nombres importantes en este siglo son Christian Huygens, con sus estudios sobre el péndulo compuesto y las leyes de refracción y reflexión (mediante la defensa de la teoría ondulatoria de la luz), Descartes, Torricelli, Pascal o Boyle.

El período de crecimiento: siglos XVIII y XIX

Los avances realizados en este período en el campo de las matemáticas (ecuaciones diferenciales, cálculo infinitesimal, cálculo de variaciones, etc.) y el ascenso del método experimental iniciado en el siglo anterior, produjeron un progreso exponencial en campos como la electricidad, el magnetismo y la calorimetría, llevando a establecer y completar las teorías que constituyen el marco de la física clásica.

Mecánica

Lo que hoy conocemos por mecánica clásica fue obra de unos cuantos teóricos que se dedicaron a expresar en lenguaje matemático las leyes que rigen los fenómenos físicos. Las conocidas ecuaciones de Newton no aparecen como tal en los Principia, sino que son fruto del desarrollo matemático posterior de otros autores.

Debemos destacar a Leonard Euler (s. XVIII), con sus conceptos de masa puntual, centro de masas, o la expresión moderna de la segunda ley de Newton.

Los avances teóricos en mecánica analítica llegaron de la mano de científicos como Lagrange, Poisson y Hamilton, los cuales contribuyeron de forma crucial al desarrollo de la Física, especialmente a partir de la aparición de la mecánica cuántica, ya en el s. XX.

Electricidad y Magnetismo

Hasta la formulación general de las ecuaciones de James Clerk Maxwell (1864) del campo electromagnético, que contienen de forma ordenada todas las leyes de los fenómenos eléctricos y magnéticos conocidas, muchos investigadores contribuyeron en esta época al establecimiento y desarrollo de esta rama de la física.

Los nombres propios más importantes son Charles Agustin de Coulomb (s. XVIII), que estableció la ley de las atracciones y repulsiones eléctricas; Alessandro Volta (ss. XVIII-XIX), que inventó la primera pila eléctrica; Oersted, Ampere y Faraday (s. XIX), que sentaron las bases del electromagnetismo; Ohm, Joule y el propio Faraday, para las leyes fundamentales de la electricidad, etc.

La generalización de Maxwell, sintetizada en sus famosas cuatro ecuaciones, le sitúa como uno de los grandes físicos de la Historia, pues logró unificar la electricidad, el magnetismo y la óptica en una única teoría del campo electromagnético. Esta teoría predecía la existencia de ondas electromagnéticas, cuyo comportamiento era el mismo que el de la luz, y que más tarde fueron verificadas experimentalmente por Hertz.

Para concluir, nombrar a Thomas Alva Edison, que en 1879 inventa la lámpara de incandescencia que revolucionaría la técnica y la experimentación.

Óptica

El siglo XIX representa la aceptación definitiva de la teoría ondulatoria de la luz frente al modelo corpuscular de Newton. A este punto se llega con las aportaciones de Young y Fresnel principalmente, con sus experimentos de interferencias, difracción y refracción. Por otro lado, Kirchhoff y Bunsen dieron un impulso clave a la Química y la Astronomía con el desarrollo del análisis espectral.

Se llega así al final del XIX con la idea de que la Óptica y la Física en general están completas y había terminado la gran época de los descubrimientos. Sin embargo, la aparición de fenómenos inesperados, como los rayos X, los rayos catódicos o el efecto fotoeléctrico, dan lugar a la comprensión de que la física clásica resultaba insuficiente y era necesaria una revisión de los modelos.

Termodinámica

La transformación del trabajo (energía mecánica) en calor y las experiencias de Joule, permitieron establecer que el calor es una forma de energía (térmica), y junto al hecho de que no es posible la total conversión de calor en trabajo, sentó las bases para una nueva rama de la Física, la Termodinámica, de la que se considera precursor a Sadi Carnot (s. XIX), que estudió las máquinas térmicas y enunció el principio que lleva su nombre.

El Primer Principio de la Termodinámica fue enunciado por Hermann von Helmholtz (XIX) al indicar que calor y trabajo son dos manifestaciones de la misma entidad, la energía. El Segundo Principio de la Termodinámica, ya esbozado por Carnot, toma forma definitiva con Rudolf Clausius (XIX), que establece el concepto de entropía, al poner en práctica una idea sugerida anteriormente por Bernouilli de “aplicar las leyes de la mecánica a las innumerables moléculas que constituyen un gas. En efecto, aplicando las leyes de la estadística, se pudo establecer la Teoría Cinética de los Gases, establecida y desarrollada por Maxwell y Clausius y posteriormente ampliada por Ludwig Boltzmann, Gibbs o Van der Waals, entre otros.

La física del siglo XX

A finales del siglo XIX la física parecía un campo del conocimiento bien asentado sobre pilares sólidos: la mecánica newtoniana, la teoría cinética y la teoría electromagnética de Maxwell. Estas teorías conformaban un marco teórico, denominado física clásica, que había resultado de gran utilidad para explicar una gran gama de fenómenos naturales.

Pero una serie de descubrimientos a finales del XIX y principios del XX pusieron en evidencia a la física clásica. Por un lado se detectan tres emisiones cuya naturaleza era inexplicable bajo el marco de la teoría electromagnética: la radiación catódica, que Thomson demostró que poseía inercia y presentaba carga negativa, llamándolos electrones; los Rayos X (Röentgen, 1896), que presentaban naturaleza ondulatoria y eran difractados por redes cristalinas (Laue y Bragg); y la Radiactividad (Becquerel, 1896) del uranio, cuyo estudio sistemático por los esposos Curie anunció la existencia de otros elementos radiactivos.

Por otro lado, Hertz descubre el efecto fotoeléctrico (emisión de electrones por un material iluminado. Su explicación no se produciría hasta el enunciado de la teoría cuántica de Planck.

Pero hay dos hechos, más definitivos, que constituyen el punto de partida de las grandes teorías físicas del siglo XX: la constancia de la velocidad de la luz (en contradicción con el principio de relatividad y las transformaciones de Galileo; y la radiación del cuerpo negro. En cuanto al primero, era incompatible con las nociones imperantes de espacio y tiempo absolutos, y no pudo ser justificado hasta la teoría de la relatividad restringida de Einstein. Sobre el segundo hecho, la radiación emitida por un cuerpo negro calentado a temperatura T y dispersada por un cristal, da lugar a un espectro continuo que permitió establecer las leyes de Stefan-Boltzmann y de Wien, cuya explicación teórica no era factible mediante las concepciones clásicas.

En este marco, el siglo XX comienza con la introducción por Planck (1900) de la sorprendente idea de que la energía de un oscilador no varía de manera continua, sino en cantidades discretas (cuantos de energía), expresadas por la ecuación E=hν. Con esta teoría puede explicarse la distribución de la energía en la radiación del cuerpo negro. Basándose en la hipótesis cuántica, Einstein explicó el efecto fotoeléctrico. Basándose igualmente en esta hipótesis, Niels Bohr establece su modelo del átomo de hidrógeno, sentando las bases para una teoría cuántica del átomo. La teoría cuántica de Planck terminó por ser aceptado, constituyendo uno de los momentos clave de la Física actual.

Esta teoría supone un retorno al concepto corpuscular de la luz. De ese modo, cualquiera de las dos teorías (ondulatoria y corpuscular cuántica) presentaban lagunas y aciertos, siendo Louis De Broglie el que resolverá la cuestión al proponer el concepto de dualidad onda-corpúsculo (1923). Así, el fotón sería una partícula con onda asociada, pudiendo presentar ambos comportamientos. De Broglie generaliza esta dualidad a la luz y a la materia, poniendo los cimientos de la mecánica ondulatoria, imprescindible en el tratamiento del átomo.

La incongruencia entre la mecánica y el electromagnetismo, cuyas leyes no resultaban invariantes frente a las transformaciones de Galileo, llevó a Einstein (1905) a la formulación de las Teorías especial y general de la Relatividad, estableciendo nuevas fórmulas de cambio de coordenadas. Algunas consecuencias de esta controvertida teoría fueron: El Espacio y el Tiempo no son absolutos sino relativos. La Masa de un cuerpo no es fija, sino que aumenta con su velocidad. La materia aparece como una forma de energía, con posibilidad de transformación recíproca.

Sin embargo, pese a la introducción de estas nuevas teorías, la física newtoniana no queda desechada, sino que es un caso particular de la física moderna, basada en la Teoría de Relatividad y la Teoría Cuántica.

A principios del siglo XX se sucedieron varios modelos atómicos que intentaban explicar los resultados espectrales y encajar con el descubrimiento del electrón y los rayos positivos (α). En esta carrera por describir el átomo, destacan los nombres de J.J. Thomson (1904), con su modelo de esfera rígida de carga positiva dentro de la cual se distribuían los electrones uniformemente; Ernest Rutherford (1911), que propuso una estructura de órbitas electrónicas y un átomo prácticamente vacío; Niels Bohr (1913), quien usando la teoría cuántica estableció que las órbitas estaban cuantizadas en determinados niveles de energía; y Arnold Sommerfeld (1916), que extendió la teoría de Bohr a órbitas elípticas, introduciendo un número cuántico azimutal.

Sin embargo, el modelo de Bohr-Sommerfeld, aunque exitoso en la interpretación de muchas propiedades de los átomos, presenta muchas incongruencias, pues por un lado usa la mecánica cuántica para restringir las órbitas permitidas, y por otro la mecánica clásica para determinarlas. La necesidad de encontrar una nueva mecánica, que aplicada a los fenómenos atómicos, pudiera extenderse a los fenómenos macroscópicos regidos por la mecánica clásica, llevaron a desarrollar la Mecánica Cuántica y la Mecánica Ondulatoria.

El origen de esta última se encuentra en la dualidad de De Broglie y que posteriormente Erwin Schrödinger (1926) desarrollaría, estableciendo la ecuación general de las ondas asociadas al electrón, la Ecuación de Onda. Las soluciones de esta ecuación sólo admiten una interpretación probabilística, lo que supone un ataque a uno de los principios fundamentales de la física clásica: el concepto de determinismo. Werner Heisenberg (principio de incertidumbre), Paul Dirac (mecánica ondulatoria relativista y de spin) y Wolfang Pauli (principio de exclusión), son los nombres propios en el desarrollo posterior de las mecánicas cuántica y ondulatorio.

Para concluir, destacar los progresos en física nuclear y de partículas realizados en este siglo, que ha llevado a una descripción más pormenorizada de las partículas elementales que constituyen la materia y a la determinación de las fuerzas fundamentales con la que interactúan: electromagnética, gravitatoria, nuclear débil y nuclear fuerte.

MOMENTOS CLAVES EN EL DESARROLLO DE LA QUÍMICA

Podemos definir a la Química como la ciencia que estudia las propiedades, composición y estructura de las sustancias, así como los cambios en su naturaleza y estructura. En la exposición de los avances en este campo, vamos a considerar una serie de períodos principales.

La química en la antigüedad y el desarrollo de la Alquimia

El hombre ha estado en contacto con fenómenos químicos desde el comienzo de su existencia como especie. Los alimentos se descomponían, los bosques se calcinaban por la acción del fuego. Pero la posibilidad de producir estos cambios químicos de forma deliberada, a su beneficio, sólo fue posible con el dominio del fuego: comenzó a cocinar alimentos, a obtener metales desde las piedras (minerales)... Esta Química práctica tuvo su auge en Egipto, con los métodos de embalsamamiento, la fabricación de papiros y vidrios y la obtención de cal.

Los pensadores griegos centraron su atención en la estructura de la materia que compone el universo, dando lugar a numerosas teorías elementales. Algo más tarde, en Alejandría, como consecuencia de la mezcla de filosofía griega, misticismo oriental y tecnicismo egipcio que caracterizó al período helenístico, nació la Alquimia hacia el siglo I. La ciencia y la religión, separadas en al antigua Grecia, volvieron a unirse; la cercanía de la química a la religión provocó una suerte de oscurantismo en los conocimientos químicos, dando lugar a un retraso en el avance del conocimiento y permitiendo el afloramiento de algunos farsantes.

Los primeros alquimistas se centraron en la idea de la transmutación, según la cual cualquier metal podía transformarse en oro, a través de una sustancia denominada xerion por los griegos, al-iksir por los árabes y elixir o piedra filosofal por los europeos. En el mundo árabe destacan los nombres de Abu Musa Yabir (Geber, ss. VIII-IX), que popularizó la teoría de que todos los metales están compuestos de mercurio y azufre. Junta a la transformación en oro, se extiende la idea de que el elixir podía otorgar la inmortalidad, siendo ambos los objetivos fundamentales de la alquimia. Abu Bakr al-Razi (Rhazes, ss. IX-X) añadió la sal como tercer elemento básico de la materia, junto a mercurio y azufre.

En Europa aparecen Alberto Magno y Roger Bacon (s. XIII), con diversos experimentos y descubrimientos. Ya en época renacentista, destacamos los nombres de Georg Baauer (Georgius Agricola) y Paracelso, que junto con otros alquimistas de la época dejaron a los químicos posteriores una ingente cantidad de compuestos y transformaciones básicas que constituyeron la base para el nacimiento de una verdadera ciencia.

El origen de la ciencia química

A pesar de los avances realizados en el campo de la química técnica, la química había quedado atrasada con respecto a otros campos del conocimiento. La evolución de la física y la astronomía dada en los siglos XVI y XVII no tuvieron su equivalencia en la química hasta un siglo después. Sin embargo, algunos signos de este cambio de mentalidad hacia el modelo experimental de Galileo y Bacon, comienzan a apreciarse en la química.

Los experimentos sobre gases (palabra acuñada por Jan Baptista van Helmont a partir del griego chaos), realizados por el propio van Helmont, Torricelli o von Guericke, entre otros, durante el s. XVII despertaron el interés de muchos científicos por el estudio de las propiedades de los gases. Uno de ellos fue Robert Boyle, que estudió la compresibilidad de los gases para establecer su famosa ley que establece la relación inversa entre P y V (ley compartida con Mariotte que estableció la constancia de la temperatura en esta relación).

Los trabajos de Boyle marcan el fin de la alquimia y el comienzo de la química, como lo refleja el titulo de su libro: El químico escéptico. Otros estudios sobre las propiedades de los gases llevaron al descubrimiento, ya en el s. XVIII, del dióxido de carbono (Joseph Black), del nitrógeno (Daniel Rutherford), del hidrógeno (Henry Cavendish) y del oxígeno (Joseph Priestley).

Tras Boyle, comienzan a emitirse las primeras teorías de la química como ciencia. Una de ellas, de gran prestigio, fue le teoría del Flogisto, creada por Ernst Stahl (principios del siglo XVIII) a partir de una teoría anterior de Becher. Esta teoría, aunque incorrecta y con discrepancias experimentales, resultaba muy útil para describir los procesos de calcinación de los metales, por lo que tuvo gran aceptación en estos primeros tiempos de la química moderna.

El inicio de la química moderna: Lavoisier

La Química como ciencia moderna no nace como tal hasta el siglo XVIII con Antoine Lavoisier. Su defensa del uso de los métodos cuantitativos en la investigación química y de la necesidad de verificar experimentalmente las hipótesis, ha hecho que sea considerado como el fundador de la química moderna.

Las primeras investigaciones de Lavoisier se dirigieron a la verificación de creencias aceptadas durante mucho tiempo pero que no se habían comprobado. Así, desechó la transmutación de los elementos, intentando comprobar la conversión de agua en tierra por calentamiento en un recipiente, al observar que el residuo aparecido procedía del propio recipiente. Igualmente, usó la experimentación para acabar con la teoría del flogisto y formular el principio de conservación de la masa en una reacción química. Además, hizo un estudio sistemático de los gases recién descubiertos y uno a uno los fue catalogando, estableciendo de paso una completa teoría de la combustión.

En 1789 publicó su Traité élémentaire de chimie, considerado el primer libro de química moderna, y que sirvió para proporcionar al mundo científico una imagen unificada de los conocimientos químicos sobre la base de sus nuevas teorías y la nomenclatura introducida por él.

El desarrollo de la química en el siglo XIX

El éxito obtenido por Lavoisier animó a los químicos a investigar y explorar otras áreas bajo la óptica del método científico. Los éxitos del nuevo método aplicado a la química no tardaron en manifestarse, y la química experimentó un enorme progreso en sus diferentes áreas. La Química del siglo XIX estuvo dominada principalmente por el descubrimiento de nuevos elementos y su intento de ordenación periódica. Pero además, es el siglo en el que se establece la teoría atómica de la materia.

Los cuidadosos análisis de Joseph Louis Proust demostraron que todos los compuestos contienen elementos en ciertas proporciones definidas, y no en otras, lo que se conoce como Ley de Proust o Ley de las proporciones definidas. Esta ley ponía en tela de juicio la idea tradicional de que la materia era un continuo. John Dalton, demostró que dos elementos podrían combinarse en más de una proporción, cada una de las cuales daba lugar a un compuesto químico. De ahí, Dalton enunció su ley de las proporciones múltiples y desarrolló su teoría atómica.

Esta teoría le permitió determinar los pesos atómicos de diferentes elementos y construir una primera tabla periódica. Pero al aceptar que las moléculas se formaban siempre por pares de átomos, el cálculo de estos pesos resultó erróneo.

Intentos posteriores de catalogación de los elementos, trataron de agruparlos según sus propiedades: como propusieron Döbereiner (1829), Beguyerr (1862) o Newlands (1864). Finalmente, fue el trabajo independiente de dos científicos, Dimitri Mendeleiev y Lothar Meyer lo que dio lugar al enunciado (hacia 1870) de la Ley Periódica, ordenando los elementos por peso atómico creciente y dejando espacios vació para los elementos aún no descubiertos, pero de los que predijeron sus propiedades.

El siglo XIX fue también el del desarrollo de la Química Orgánica, rama que, junto a la Bioquímica, han alcanzado un progreso importantísimo ya en el siglo XX.

PROBLEMAS FÍSICOS Y QUÍMICOS PRIORITARIOS EN LA INVESTIGACIÓN ACTUAL

Física en la actualidad

La física ha evolucionado merced a ideas revolucionarias. Si la primera revolución fue la producida por Newton y sus contemporáneos, estableciendo las bases para el estudio del movimiento, la materia y las fuerzas sobre ellas, y la segunda introdujo la teoría cuántica y la teoría de la relatividad, se habla hoy día de una tercera revolución, con un frente muy amplio entre los que se pueden citar el estudio de los agujeros negros y estrellas de neutrones, partículas subatómicas, teoría del caos, electrodinámica cuántica y quarks, la superconductividad, etc.

Por su trascendencia, la primera y más importantes de las metas planteadas sea la elaboración de una teoría de la Gran Unificación o teoría del todo, que pretende unificar todas las interacciones de la naturaleza (gravitatoria, electromagnética, nuclear fuerte y nuclear débil). Algunos pasos se han dado en la elaboración de ramas como la electrodinámica o la cromodinámica cuánticas, pero aún está pendiente su gran unificación con la gravedad. Para ello, la teoría más prometedora viene a ser la de las supercuerdas y teorías M, y el desarrollo de aceleradores de partículas cada vez más potentes, tiene como objetivo este importante paso.

Otro problema fundamental está relacionado con una cuestión trascendental para el desarrollo de la humanidad: la energía. La energía de fusión fría es sin duda uno de los grandes retos del siglo XXI. De similar trascendencia son el estudio de la superconductividad a alta temperatura y la aplicación de la mecánica cuántica al desarrollo de un modelo de computación revolucionario.

Por último, el estudio en cosmología de los procesos de partículas que se dieron en los instantes inmediatos al Big Bang, debe conducirnos a un conocimiento más profundo de nuestro Universo, en donde confluye el mundo de lo muy pequeño y de lo muy grande.

Química en la actualidad

El panorama actual de la química se basa en dos fenómenos fundamentales. Por un lado la especialización de distintas ramas de esta ciencia, con metodologías y aplicaciones específicas que no son del dominio general de todos los químicos, sino sólo de los especialistas. Por otro lado, la confluencia con otras ciencias, como la física, y especialmente la biología, que ha generado el nacimiento de especialidades como la bioquímica.

En Química inorgánica, las investigaciones en este campo discurren por el estudio de los polímeros inorgánicos, como las siliconas, boranos, polisilicatos, etc., con un amplio espectro de propiedades diferentes y el estudio de los superconductores inorgánicos a temperatura ambiente, como las perovskitas.

La Química orgánica se ha enfocado hacia procesos de síntesis de interés experimental, industrial y biológico. Cabe destacar el desarrollo de la química macromolecular (plásticos), nuevos polímeros sintéticos, superconductores orgánicos o el intento de creación de moléculas sintéticas autorreplicantes.

En Química Física es destacable el uso del láser en química, con importantes éxitos en separación de isótopos, extracción de sustancias traza con elevada pureza, etc., así como la investigación en catalizadores bimetalicos, con objeto de conseguir que las reacciones químicas se produzcan cada vez en condiciones más óptimas.

El desarrollo quizá más espectacular ha venido de la mano de la Bioquímica, ciencia que ha desentrañado la naturaleza de casi la totalidad de las moléculas que aparecen en los seres vivos, descubriendo su síntesis, degradación y enzimas que participan en ellos. A su vez, esta rama ha evolucionado a otras como la biología molecular, mediante su unión con biología, la genética o la microbiología. Sus líneas de investigación son numerosísimas, pero el estudio de los genes y el origen de la vida parecen ser las que mayor trascendencia provocarán en la humanidad.

BIBLIOGRAFÍA

Alonso, M. y Finn, E.J.: Física. Fondo Educativo Iberoamericano, Bogotá, 1971.

Asimov, I.: Momentos estelares de la Ciencia. Salvat, Barcelona, 1984.

Gamov, G.: Biografía de la Física. Alianza Editorial, Barcelona 1983.

Gettys, W.E., Keller, F. y Skove, M.: Física clásica y moderna. McGraw-Hill, Madrid, 1991

Tatón, R.: Historia General de las Ciencias. Orbis, Barcelona, 1988.

Tipler, P.A.: Física. Editorial Reverté, Barcelona, 1992.

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