1 TEMA 1 INTRODUCCIÓN: CONCEPTO Y RELACIONES CON

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TEMA 1
INTRODUCCIÓN:
CONCEPTO Y RELACIONES CON OTRAS ÁREAS DE LA CIENCIA
1. ¿Qué es la química?
La química es el estudio de la naturaleza, propiedades y composición de la materia y de cómo
se producen sus cambios.
Química es lo que hacen los químicos
2. Desarrollo histórico
2.1. Primeras actividades químicas
Los origenes comunes de la química son tan antiguos como la humanidad misma. Las
primeras actividades prequímicas consistieron indudablemente en observaciones no causales.
El metal cobre se conoció en la edad de piedra. El hombre primitivo aprendió accidentalmente
que al calentar unas piedras azules al fuego, éstas pasaban a cobre metálico. El bronce, una
aleación de cobre y estaño, fue probablemente preparado de forma accidental, cuando los
minerales se calentaban de forma accidental en el fuego. La edad del bronce comenzó 3000
años AC. El cobre y el bronce abrieron el camino al hierro y al acero. El acero es una aleación
de carbono y hierro.
Según los expertos la palabra química se derivó de la palabra antigua khemeia. Sin embargo,
se considera que la palabra deriva del término griego chyma, cuyo significado es fundir o
vaciar un metal.
En el año 6000 AC surgieron los comienzos de la teoria química. Empédocles consideró la
existencia de cuatro elementos: tierra, aire, fuego y agua. Aristóteles consideró que cada
elemento resultaba de la combinación de dos de las cuatro cualidades fundamentales: cálido,
frío, húmedo y seco. Los filósofos griegos plantearon la pregunta de si la materia era de
naturaleza continua o discontinua. Demócrito denominó átomos a los gránulos pequeños e
indivisibles. Por la tanto, el concepto de que la materia no es indefinidamente subdivisible se
conoce como atomismo.
2.2. Los alquimistas.
El período de la alquimia cubre los años 300 AC a 1500 DC. Uno de los más grandes desafíos
al que se enfrentaba la química fue el de la transmutación, una palabra que se aplicaba a la
búsqueda de procesos que cambiasen un elemento por otro, por ejemplo, el plomo abundante
y barato en el escaso y costoso oro. La palabra khemeia se transformó en al-kimiya en árabe,
y a partir de esta palabra se formó mas tarde la palabra alquimia en español. El más famoso de
los alquimistas árabes fue un hombre conocido hoy en día como Geber, quien hizo muchos
esfuerzos para producir oro.
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2.3. Paracelso y la Iatroquímica.
El perído comprendido entre 1500 y 1650 se conoce a veces como la era de la iatroquímica o
química médica. Paracelso investigó sobre la piedra filosofal pero fundamentalmente pensaba
que podía funcionar como el “elixir de la eterna juventud” una sutancia que prolongara la vida
y la buena salud indefinidamente.
2.4. Boyle y el perído del flogisto
Durante el siglo XVII las preocupaciones se dirigieron hacia el comportamiento y las
propiedades de los gases. Un químico irlandés Robert Boyle, descubrió la relación existente
entre el volumen de un gas y su presión. Esta relación se conoce como la ley de Boyle.
El interés por los gases en el siglo XVII y comienzos del XVIII condujo a una teoría
importante, aunque errónea, respecto a la naturaleza de la combustión y de la corrosión. Esta
fue la teoría del flogisto. Sthall consideraba que las sustancias combustibles eran ricas en
flogisto, y que la combustión consistía simplemente en la pérdida de esa misteriosa sustancia.
Además se creyó que la corrosión o enmohecimiento de los metales era una pérdida lenta del
flogisto por parte del metal. Stall nunca resolvió el problema de la ganancia de peso que
muestran los metales cuando se corroen. Algunos químicos sugirieron que el flogisto tenía un
peso negativo, pero este criterio sólo trajo dificultades cuando se trataba de explicar, por
ejemplo, por qué una pieza de madera perdía peso cuando se quemaba.
2.5 Lavoisier y la era moderna
En 1743 nació el químico francés A.L. Lavoisier, quien también se interesó en el proceso de
la combustión, pero a diferencia de muchos de sus predecesores, diseñó cuidadosamente sus
experimentos de modo que podía pesar exactamente tanto los combustibles como los
productos. Lavoisier sostenía que si se consideraban los pesos de todas las sustancias
incluídas en una reacción química, no hay pérdida ni ganancia total en el peso. Esta
generalización es realmente una versión primaria de uno de los fundamentos de la química, la
ley de la conservación de la masa.
Generalmente se afirma que Lavoisier es el instructor de la era moderna de la química.
Publicó en 1879 un importante libro de texto titulado, “Tratado elemental de Química”.
3. El método científico en la Química
3.1. Observaciones y leyes
Se puede considerar que la ciencia comienza con la observación, que puede ocurrir por azar, o
pueden ser observaciones hechas en condiciones experimentales bajo estricto control. Los
registros obtenidos en estas observaciones se conocen con el nombre de datos científicos y el
examen de una serie de datos frecuentemente revela regularidades, similitudes, o aspectos
consecuentes. Algunas veces estas regularidades pueden establecerse en forma concisa en una
afirmación o generalización conocida como una ley.
El proceso para llegar a una ley a partir de la observación y de los datos es un ejemplo de
razonamiento inductivo.
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3.2 Teorías
Las teorias son la clave del progreso científico. Una teoría explica comportamientos
observados mediante el empleo de un modelo que se entiende más fácilmente. Algunas veces
el modelo sobre el cual se basa una teoría es de orden físico; es decir, se relaciona con objetos
físicos conocidos. Sin embargo, algunas teorias usan modelos matemáticos. Debe observarse
que ni el modelo físico ni el matemático pueden explicar algo a quien no está familiarizado
con los objetos físicos o las relaciones matemáticas utilizadas en el modelo.
La fuerza de una teoría existosa no sólo radica en su capacidad de explicar los fenómenos
observados, sino en su posibilidad de hacer predicciones, que pueden comprobarse mediante
el diseño y realización de nuevos experimentos. Si las nuevas observaciones y datos obtenidos
de estos experimentos concuerdan con la predicción, entonces la teoría está mas que
fundamentada. Si no, es necesario modificarla o abandonarla totalmente y buscar una nueva.
OBSERVACIONES
DATOS
EXPERIMENTO
(comprobación de
predicciones)
LEY
(generalización)
TEORIA
1. Modelo
2. Explicación
3. Predicción
LA QUÍMICA INORGÁNICA MODERNA
La química inorgánica es la investigación experimental y la interpretación teórica de las
propiedades y reacciones de todos los elementos y todos sus compuestos, con excepción de
los hidrocarburos y la mayoría de sus derivados.
Las investigaciones realizadas a finales del siglo XVIII y comienzos del XIX dieron como
fruto el descubrimiento y caracterización de bastantes elementos, los análisis de muchos
minerales, la síntesis de muchos compuestos inorgánicos y los primeros intentos serios de
describir la materia mediante fundamentos atómicos. Los investigadores dedicados a este
objeto eran esencialmente generalistas interesados por todos los aspectos de la química, pero
sus progresos fueron indicando distintas diferencias entre la química de los compuestos
formada por el carbono, o química orgánica, y la de los compuestos inorgánicos.
Poco después de 1860 las investigaciones fueron definitivamente orientadas hacia las areas
orgánica e inorgánica de modo específico. Los proyectos de la energía atómica de la Segunda
Guerra Mundial catalizaron el desarrollo de la química inorgánica que se conoce hoy en dia y
dio origen a lo que ha dado en llamarse el “Renacimiento de la Química Inorgánica”. La
aplicación de las técnicas estructurales y de estudio de mecanismos de reacción ha
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proporcionado a ésta las dimensiones necesarias de comprensión y predicción que la han
convertido rápidamente en una disciplina coherente y que ha dado lugar a un crecimiento
exponencial de la investigación, la enseñanza y las publicaciones. Algunas de las
contribuciones al desarrollo de la química inorgánica moderna son las siguientes:
1. Naturaleza atómica de la materia
El descubrimiento de las partículas mas fundamentales (electrón, protón, neutrón) y la
evaluación de sus propiedades culminaron en la explicación mecanocuantica fundamental de
las configuraciones electrónicas de los átomos e iones que determinan las características
químicas de las especies inorgánicas y la elucidación de los orígenes cósmicos de los
elementos y la síntesis de nuevos elementos a través de las transformaciones nucleares
(naturales y artificiales).
2. La clasificación sistemática de los elementos
Mediante la reunión de los elementos de propiedade semejantes en una ordenación geométrica
adecuada, la tabla periódica contribuyó y todavía contribuye mas que cualquier otra
generalización sencilla a la sistematización de la química, la consecución de predicciones
razonables y a la estimulación de la investigación.
3. Los gases nobles
A partir de 1894-1895 Ramsay y otros identificaron el neon, argon, kripton y el xenon como
componentes de la atmósfera, y Ramsay probó que el gas liberado cuando se calienta el
mineral uranio llamado claveita es idéntico al helio identificado con anterioridad en el
espectro solar. El radón descubierto como producto de desintegración radiactiva de las series
del uranio, se añadió a esta familia como elemento más pesado.
A partir del momento en que se aceptó la importancia de la configuración electrónica externa
de los átomos en la determinación de su comportamiento químico, se consideró que la
configuración externa característica de los gases nobles es un criterio de estabilidad química y
se uso en el desarrollo de las teoría del enlace químico.
4. Teoría de la coordinación de Werner
A lo largo del siglo XIX los investigadores continuaron aislando compuestos. Un caso
significativo fue la obtención, a través de diferentes reacciones de disoluciones de sales de
cobalto(II) con amoníaco acuoso y agentes oxidantes, de los compuestos CoCl3.6NH3 (luteo)
CoCl3.5NH3 (purpureo), CoCl3.5NH3 (roseo), CoCl3.4NH3 (violeo) y CoCl3.4NH3 (praseo o
verde). Estos compuestos diferían no sólo en el color, sino también en el comportamiento
químico y con frecuencia en el número de iones que formaban en disolución acuosa.
La explicación fundamental de la formación y de las propiedades de estas sustancias fue dada
por Alfred Werner, con el concepto de valencia primaria y valencia secundaria relacionada
ésta con la esfera de coordinación. La aplicación a estas ideas de los conceptos electrónicos
fundamentales, el desarrollo posterior de las teorías de orbitales de enlace, la determinación
de las estructuras moleculares mediante medidas físicas y las correlaciones entre enlaces y
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propiedades han producido el progreso mas significativo en la historia de la química
inorgánica.
5. Compuestos no existentes
Dejando a parte los compuestos de los gases nobles, hay un número de compuestos de
elementos mas reactivos que, por comparación con los compuestos conocidos de los
elementos de la misma familia, deberían formarse, pero cuya síntesis ha sido un desafío para
los investigadores durante mucho tiempo o todavía lo constituyen. Los ejemplos incluyen el
cloruro de arsénico(V), el óxido de Se(VI) y los perbromatos.
A pesar de toda una variedad de explicaciones teóricas sobre su no existencia, el óxido de
selenio(VI) y el ácido perbrómico y sus sales se han obtenido en condiciones de alta pureza y
el cloruro de arsénico (V) se ha identificado en varios aductos.
El uso de técnicas y reactivos nuevos ha permitido sintetizar muchos otros compuestos
inorgánicos que se consideraron imposibles de existir en un principio.
6. Química de los lantánidos
La química de los lantánidos data de la separación de dos “tierras” (óxidos) supuestamente
puras: la ytria, por J. Gadolin en 1794 y la ceria por M.H. Klaproth, J.J. Bercelius y W.
Hisinger en 1803. La aplicación de los tediosos métodos de separación fraccionada a lo largo
de 1907 permitió resolver la ytria original en compuestos puros de ytrio, gadolinio, terbio,
disprosio, holmio, erbio, tulio, yterbio y lutecio: la ceria original dio lugar a compuestos de
lantano, cerio, praseodimio, neodimio, samario, europio y gadolinio.
7. Expansión de la tabla periódica
Con el descubrimiento de elementos químicos artificiales.
8. Reacciones en medios no acuosos
El carácter único del agua como medio para las reacciones iónicas de especies inorgánicas en
el que se creyó largo tiempo, fue cuestionado en investigaciones en las que se utilizaron el
amoniaco líquido como disolvente electrolítico. En años posteriores se investigaron muchas
sustancias anhidras como medios en los que pueden tener lugar muchas reacciones de
metátesis y/o de oxidación-reducción. En torno a las reacciones de autodisociación se
desarrollaron definiciones de ácidos y bases.
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9. Relación de la Química Inorgánica con otras áreas de la Ciencia.
10. Las fuentes de información de la Química Inorgánica moderna.
Aspectos tales como el desarrollo del pensamiento y la práctica científica, el
perfeccionamiento de la experimentación, el desarrollo de enfoques instrumentales, la
estimulación de la reflexión y la génesis de nuevas ideas, así como la expansión global del
pensamiento, dependen del detalle con que se presentan los tratamientos que proporciona la
bibliografía.
Las fuentes de información más útiles para los químicos inorgánicos son: libros de referencia
tipo compendio, libros de texto de nivel avanzado, de trabajo práctico en laboratorio, de
resúmenes y puestas al día, y las revistas.
La fuente más completa de información es, con mucho, el L. Gmelin’s Handbuch der
Anorganischem Chemie, elaborado por el Gmenlin-Institut für Anorganischen Chemie un
Grenzgebiete del Marx-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften Frankfurt
(Main), hoy bajo la dirección de H.C. Ekkehart Fluck. Cada volumen de esta serie constituye
una revisión crítica y autorizada de la información publicada y está repleta de citas adecuadas.
El desarrollo de la Química Inorgánica es, y ha sido tan rápido en las últimas décadas, que el
número de publicaciones (revistas, monografías, libros, etc.) disponibles, en cada una de las
áreas que la componen, es muy elevado. Esta ingente cantidad de información impide que se
alcance la situación ideal en la que cada uno de los docentes de Química Inorgánica sea un
experto en todos los campos de esta disciplina. Pero lo que sí debe conocer es dónde
encontrar la información idónea sobre un tema determinado en cada momento. Como señala
Moeller:
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“Ninguna persona puede esperar conocer o comprender todo lo que se califica como química
inorgánica. Sin embargo, puede, mediante un uso diligente de las fuentes bibliográficas,
aprender a localizar información detallada de casi cualquier tema que desee conocer”.
Es por tanto de gran importancia estar familiarizado con las principales fuentes bibliográficas
de la Química Inorgánica. Tarea en la que los avances informáticos son de gran ayuda al
permitir un rápido acceso a la información. La utilización de conocimientos y la adecuación
de éstos a las exigencias de un programa docente, son constantes básicas en la actuación del
profesor universitario. Para ello es necesario conocer los cauces de información científica
existentes en la actualidad, así como disponer de la posibilidad de acceso a cualquiera de
ellos.
Además no debe olvidarse que uno de los objetivos prioritarios de la enseñanza universitaria
debe ser introducir a los alumnos en el manejo de las fuentes de información: localizar,
ponderar y elegir las más adecuadas. El profesor de una asignatura debe, en todo momento,
desarrollar una labor de orientación y ayuda respecto a la adecuada utilización de la
bibliografía por parte del alumno, con la finalidad de que éste se familiarice con los criterios
de selección y manejo de las diversas fuentes bibliográficas a las que puede acceder.
Los científicos acceden a la información a través de dos fuentes fundamentales directas e
indirectas. Las primeras derivan de la propia experimentación y de los razonamientos que a
su vez permiten lograr determinadas conclusiones o resultados. Las segundas son las que
ofrecen al científico información obtenida por otros investigadores. Entre estas últimas caben
destacar las reuniones científicas, las comunicaciones personales y las fuentes bibliográficas.
Las fuentes bibliográficas, son publicaciones escritas y constituyen uno de los soportes
fundamentales de toda la ciencia. Pueden clasificarse en tres grandes grupos:
1. Fuentes bibliográficas primarias: En ellas se publica información precisa y directa
sobre los resultados originales de la investigación. Constituidas por revistas de
artículos, revistas monográficas, tesis doctorales, informes científicos, libros, textos de
conferencias, patentes, libros de comunicaciones a congresos, etc.
2. Fuentes bibliográficas secundarias: Comprenden todas las publicaciones que recojan
material que ha sido previamente publicado en fuentes primarias, es decir, resúmenes,
revisiones, monografías, tratados específicos, tratados generales, libros de texto, entre
otras.
3. Fuentes bibliográficas terciarias: Integradas por publicaciones y descripciones de
otras, no sujetas a periodicidad ni seriadas. Incluyen bibliografía de bibliografías, etc.
En la actualidad, la inmensa producción bibliográfica existente provoca problemas de acceso
a toda la información y requiere sistemas de selección fiables. La búsqueda de información
científica se ha convertido en una tarea compleja. La necesidad y deber del profesor
universitario de mantenerse informado sobre los temas de su disciplina, exigen de éste el
conocimiento de las nuevas técnicas de búsqueda científica. Y si la tarea de permanecer al
corriente de los libros publicados es ardua, más difícil es aún la que se refiere a los artículos
de revistas. Es por ello que no es difícil encontrar diferentes obras y tratados que dedican al
tema de la búsqueda científica su contenido y que pueden ayudar al profesor a sistematizar
este aspecto fundamental de su actividad. El acceso a la información se puede realizar por dos
vías, la personal de búsqueda en la biblioteca o el acceso automatizado mediante
teledocumentación. Si bien la primera ha sido hasta hace poco tiempo la predominante,
actualmente ha sido superada por la mayor eficacia de la segunda.
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En los últimos años se ha producido un impresionante despliegue de Internet dentro de la
comunidad académica y científica. El químico inorgánico puede encontrar en Internet
documentos científicos, grupos de trabajo, listados de conferencias y congresos, normativas y
convocatorias gubernamentales, software educativo, catálogos de productos comerciales,
información bibliográfica, bases de datos, directorios universitarios, directorios de centros de
investigación en química inorgánica, etc.
Existe también numerosos material educativo de gran interés para, por ejemplo, visualizar
moléculas y estructuras cristalinas de sustancias inorgánicas. También son cada vez más las
compañías de instrumentación y suministro de productos químicos que ponen a disposición de
los usuarios de la red sus catálogos completos e informan de sus últimos productos. Pero lo
que es más interesante aún, si estamos considerando la búsqueda de información
bibliográfica, las principales compañías editoriales han desarrollado servidores que facilitan a
los usuarios la consulta on-line de sus catálogos de libros. En el campo de la química destacan
los servidores de Academic Press (formando parte de Elsevier), American Chemical Society,
Elsevier, McGraw-Hill, Oxford University Press, Kluver (Plenum Press), Prentice-Hall,
Springer, W.H. Freeman, Wiley y Royal Society of Chemistry.
Por último, cabe mencionar que algunos libros de texto vienen acompañados con CD-ROM
que contienen gráficos, estructuras de moléculas, problemas...o, más recientemente,
proporcionan la clave de acceso a un servidor on-line en el que puede encontrase y decargarse
gran cantidad de información complementaria a la edición impresa. Además, la mayoría de las
editoriales disponen de un servicio que permite acceder a las tablas de contenidos (incluso al
artículo completo, en los casos de suscripción por parte de la universidad o previo pago
directo) de los últimos números de las revistas científicas. Claros ejemplos de esta tendencia
son todas las revistas de la American Chemical Society, Royal Society of Chemistry y WileyVCH.