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Historia de la química

Stanford Mc Krause

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Contenido

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Los inicios de la química

Breve historia de la metalurgia

Teoría del atomismo

El desarrollo del atomismo

Historia de la Alquimia

Alquimia en la corte

Alquimia árabe y oriental

Alquimia europea

Yatroquímica o Iatroquímica

Química técnica

Siglo dieciocho: La química como disciplina científica

Teoría del flogisto

Química neumática

Revolución química

SIGLO XIX: La composición de las sustancias y su clasificación

Química Orgánica

Teoría de tipos

Química estructural

Tecnología química

El nacimiento de la química física

Termodinámica química

El siglo XX: Nueva teoría estructural

Modelo atómico

Nuevos métodos de investigación

Bioquimica

Química industrial

Periodo moderno: desde principios del siglo XX

Referencias:

Cambridge Stanford Books

Stanford Mc Krause

"Historia de la química"

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Los inicios de la química

La química es una ciencia natural que se ocupa de la transformación de sustancias, considerada en varios aspectos, entre otros en términos de energía, estructura, cinética, mecanismos de reacción, estados de equilibrio y su importancia en la naturaleza y la sociedad. La química es una ciencia experimental, sin embargo, los resultados de su investigación se pueden expresar en términos numéricos y en forma de fórmulas cuantitativas. 

Cada vez se incluye más en las ciencias exactas. El conocimiento de la química permite comprender profundamente los fenómenos y procesos observados en la naturaleza y el entorno técnico, así como protegernos a nosotros mismos ya otros de la influencia negativa de una civilización que se desarrolla de manera elemental.

El comienzo de las reacciones químicas se puede ver ya en la antigüedad, y las reflexiones teóricas aparecieron mucho más tarde. Al principio, solo eran intuitivos. Empédocles (siglo 5 aC) identificó cuatro entidades: aire, agua, tierra y fuego. Las propiedades de estas entidades resultaron de la interacción de la sustancia entre sí. 

Esta idea fue desarrollada por Aristóteles (siglo IV aC). Leukippos y su alumno Demócrito (siglo IV aC) crearon teorías completamente diferentes. Creían que la materia es discontinua y consiste en átomos indivisibles. Sin embargo, esta teoría no ganó muchos partidarios en ese momento y no se le devolvió hasta el siglo XIX. Sin embargo, las habilidades prácticas de los químicos se estaban desarrollando. 

El método de obtención de metales a partir de minerales y productos de vidrio ha sido mejorado. La cal y los ladrillos se quemaron y las sales individuales también se aprendieron. También se hicieron pinturas, medicamentos y tintes. También se han desarrollado procesos de fermentación. 

Las primeras obras enciclopédicas también fueron creadas, por ejemplo, "Historia Natural" por Plinio y la obra de Zeosinos sobre la alquimia. La alquimia ha contribuido al desarrollo de muchas técnicas experimentales (extracción, destilación, cristalización). También se han obtenido muchas sustancias, por ejemplo, ácidos minerales y sus sales. La teoría también se desarrolló, especialmente en el mundo árabe (Avicena, que vivió en los años 980-1037), tuvo mucho éxito. A comienzos del siglo xvi, hubo estudiosos que ciertamente pueden llamarse químicos. Fue, entre otros, B. Paracelsus, quien es el creador de la química médica y el descubridor del bismuto y el hidrógeno, y van Helmont (1577-1644), quienes notaron la reversibilidad de ciertos procesos. 

Glauber (1603-1668) ha desarrollado un método para obtener sulfatos. En ese momento, también se escribieron los primeros libros de texto químicos. Un avance en química fue la publicación en 1661 del trabajo de R. Boyle. Dio la definición del elemento químico y declaró que es una sustancia simple y duradera, y que los elementos consisten en sustancias complejas. Robert Boyle descubrió el fósforo en 1680. Lo aisló de la orina. El descubridor del fósforo, independientemente de Boyle, fue el químico alemán Hennig Brand. 

Descubrió este elemento en 1669. Además, A. Lavoisier (1743-1794) contribuyó al desarrollo de la química, que inició mediciones en la química, incluido el uso del peso. También es considerado (junto con Lomonosov) como el descubridor de la ley de preservación de masas. Demostró que todos los elementos pueden existir en tres estados de concentración: volátil, sólido, líquido. Mostró que durante la combustión, las sustancias se combinan con el oxígeno. La ley cuantitativa sobre la composición de los compuestos químicos creados por él contribuyó al descubrimiento de otras leyes estequiométricas (J. Dalton, M. Proust o J. Richter). 

Estas leyes fueron explicadas por la moderna teoría atomística de J. Dalton, que fue creada en 1808. Esta teoría dice que el átomo está asociado con una masa que es característica de los átomos de un elemento dado. La teoría atomística ha sido una inspiración para muchos descubrimientos importantes. Se han descubierto nuevas leyes de gas y se han logrado avances significativos en los métodos analíticos. John Dalton, quien vivió en los años 1766-1844, fue también el primer químico que estudió los gases: descubrió leyes de presión parcial que dicen que la presión de las mezclas de gases no reactivos es igual a la suma de presiones que los componentes individuales de la mezcla pondrían por separado en el mismo volumen que la mezcla . 

También se han hecho intentos para clasificar los elementos conocidos en el momento. D. Mendeleyev creó la tabla periódica de elementos, que no solo ordenó de manera lógica los elementos químicos, sino que también predijo las propiedades de los elementos que aún no conocía. En marzo de 1869, Mendeleev desarrolló la primera serie de elementos químicos; También descubrió la ley de la periodicidad. Todos los elementos que conoce (63 elementos) ordenados de acuerdo con el aumento del peso atómico. En la tabla de elementos dejó espacios vacíos para elementos aún no descubiertos. Los pronósticos de Dmitry I. Mendelejew para elementos que aún no se han descubierto han funcionado bien. Tres de ellos fueron descubiertos hasta 1886.

En el siglo XIX, la química orgánica también se desarrolló. En 1828, Wöhler, por primera vez, sintetizó urea y refutó la teoría de que los compuestos orgánicos solo se forman en los organismos vivos. También se han desarrollado estudios sobre catálisis, que debemos en primer lugar a W. Ostwald (1853-1932). El derecho de acción de las masas Guldberg y Waagé fue formulado (1867). Al mismo tiempo, se determinó la relación entre la velocidad de reacción y la temperatura, lo cual fue logrado por van Hoff. F. Raoult, por otro lado, encontró que las temperaturas de ebullición y fusión de los no electrolitos y electrolitos son diferentes. En 1887, se desarrolló la teoría de la disociación electrolítica de S. Arrhenius, que dice que las moléculas de bases, ácidos y sales se descomponen en iones en soluciones acuosas. Esta teoría ha contribuido al desarrollo de la electroquímica.

El desarrollo de la química hizo que comenzara la producción de la fábrica y se crearan las fábricas de ácido clorhídrico, ácido sulfúrico, ácido nítrico, soda, cloro, etc. Se construyeron fábricas de acero, plantas de coque y acerías. También se produjeron sustancias orgánicas a escala industrial. El siglo XX es un período de desarrollo intensivo de la química. La radioactividad nuclear fue descubierta por H. Becquerel (1896) y electrónica por J. Thomson (1897). El descubrimiento del electrón causó el desarrollo por N. Bohr (1913) y E. Rutherford (1911) del modelo planetario de la estructura del átomo. Unos años más tarde, W. Kossel y G. Lewis desarrollaron la teoría de los enlaces químicos. En 1932, J. Chadwick descubrió un neutrón. Maria Sklodowska-Curie y P. Curie descubrieron dos nuevos elementos: polonio y radio.

En 1926, W. Heisenberg derivó el principio de incertidumbre, que dice que no es posible determinar simultáneamente la posición y el momento de una partícula elemental. Los estudios sobre difracción de electrones confirmaron la hipótesis desarrollada anteriormente por L. de Broglie (1924), que transfirió el concepto de la naturaleza dualista de la luz a las moléculas de la materia (electrones, protones y neutrones). Schrödinger ha desarrollado una ecuación que cuantifica la relación entre las propiedades de las olas y la energía del sistema. Esta ecuación forma la base de la mecánica cuántica. Por lo tanto, se crearon los fundamentos de la química cuántica. La teoría cuántica relacionada con las necesidades de la química permite una determinación más precisa, entre otras, de la durabilidad de los enlaces químicos, el proceso de unión de los átomos en las moléculas y la velocidad de reacción.

A finales del siglo XX hubo grandes cambios en la metodología de investigación. Las áreas de investigación son cada vez más diversas y los grandes equipos de investigación son cada vez más importantes. El conocimiento común de la química afecta a la cultura, y gracias a los logros de la química, la higiene personal ha mejorado, muchas enfermedades se han controlado con éxito, el acceso a la ropa y el calzado, a los portadores de energía y materiales de construcción ha aumentado. Las nuevas tecnologías han permitido la producción de materiales con propiedades nuevas y sorprendentes. Sin embargo, también hubo amenazas. La contaminación ambiental ha aumentado, lo que lleva a la extinción de especies de plantas y animales.

Breve historia de la metalurgia

A pesar de los nombres de los períodos de evolución de la sociedad primitiva, la metalurgia comienza su desarrollo en la Edad de Piedra. Los intentos humanos más antiguos en el trabajo del metal son fechados por historiadores del siglo VI a. Los hallazgos arqueológicos correspondientes que dan testimonio de esto se encontraron en la Península Ibérica, en los Balcanes (en Serbia y Bulgaria), en el británico Stonehenge. Es cierto que la edad de todos estos hallazgos no siempre es fácil de establecer.

Por supuesto, el hombre antiguo realizó sus primeros experimentos en metalurgia con metales de bajo punto de fusión: plata, estaño y hierro de origen meteorito. El procesamiento de metales con un punto de fusión más alto era simplemente imposible en esos días. Así, en el III milenio antes de Cristo. Los egipcios aprendieron a hacer muy buenas armas de hierro meteórico, que fueron valoradas mucho más allá de las fronteras del antiguo Egipto. Estas cuchillas duraderas muy pronto fueron llamadas "dagas celestiales".

La historia del desarrollo de la metalurgia. Hace unos 5.500 años, la humanidad entró en una nueva era de su desarrollo: la Edad de Bronce. Esta transición estuvo marcada por varios logros importantes. Primero, el hombre aprendió a extraer estaño y cobre de las rocas. En segundo lugar, logró obtener una aleación completamente nueva: el bronce. Sin embargo, el mayor desarrollo de la metalurgia requirió procesos más tecnológicos y más complejos, y por lo tanto se desaceleró en más de dos milenios.

Se cree que la tecnología de obtención de hierro del cuerpo de mineral fue descubierta por primera vez por los hititas, las personas que vivían en Asia Menor y se mencionaban repetidamente en la Biblia. Sucedió alrededor del 1200 a. Es a partir de esta fecha que la Edad de Hierro comienza en el desarrollo de la sociedad.

Las huellas del desarrollo de la metalurgia ferrosa se pueden ver en varias culturas históricas: en la antigua Grecia y Roma, Egipto y Anatolia, Cartago, la antigua China y la India. Vale la pena señalar que muchas de las técnicas y métodos de procesamiento de metales fueron inventados por los chinos, y solo entonces todos ellos fueron dominados por los europeos. Esto incluye, en particular, la fundición de arrabio, la invención de un alto horno o un martillo hidráulico. Pero los líderes en el campo de la forja de metales y la minería, como descubrieron recientemente los investigadores, eran los antiguos romanos.

La historia del desarrollo de la metalurgia en África, el sudeste asiático y Australia

¿Cómo se desarrolló la metalurgia en otras regiones de la tierra? Se sabe que en la segunda mitad del primer milenio aC en el territorio del sudeste asiático, utilizaron activamente herramientas de mano de obra con forma de epoxi. Inicialmente, estos eran productos bimetálicos, y un poco más tarde estaban hechos completamente de hierro.

La población de la antigua China también estaba familiarizada con cosas bimetálicas. Para su producción se utilizó hierro de origen meteórico. La primera información sobre dichos productos en China se remonta al siglo VIII a. Pero a mediados del primer milenio antes de Cristo, en esta parte del mundo, comienza la producción de hierro real. Fueron los chinos quienes primero dominaron la técnica de obtención de hierro, y lo hicieron mucho antes que los europeos.

La región africana también contribuyó significativamente al desarrollo global de la metalurgia. Fue en África que se inventó un horno cilíndrico para la producción de acero, que no era conocido por otras naciones del mundo. Muchos historiadores creen que los africanos aprendieron a producir hierro de forma completamente independiente, sin ninguna influencia externa. Hace unos 2600 años, el hierro ya ha aparecido en varios países y territorios del "continente negro": en Sudán, Libia y Nubia. Tribus africanas separadas, como sugieren los investigadores, "saltaron" en conjunto desde la Edad de Piedra, inmediatamente a la Edad de Hierro.

En general, la producción de hierro en África se dominó completamente en la segunda mitad del primer milenio antes de Cristo. Es curioso que la producción de cobre se haya dominado aquí incluso un poco más tarde. Y si las joyas estaban hechas de cobre en este continente, solo las herramientas estaban hechas de hierro.

En cuanto a la "tierra del sur", el continente de Australia, la metalurgia ferrosa comenzó a desarrollarse solo en el período de los Grandes Descubrimientos Geográficos (en los siglos XVI-XVII).

Características del desarrollo de la metalurgia en América.

Para el Nuevo Mundo, la existencia de varios centros de metalurgia temprana fue característica. Uno de estos focos estaba ubicado en las montañas andinas, que son famosas por los minerales ricos en minerales. El primer metal aquí fue el oro. Además, los productos de plata fueron producidos en los Andes. En el territorio del estado moderno del Perú en la segunda mitad del segundo milenio antes de Cristo. se obtuvo una aleación de plata con cobre - pulgar, que se hizo inusualmente popular en América del Sur.

En América Central, las personas se reunieron con el metal solo en el primer milenio antes de Cristo. Además, fue traído aquí. Las tribus mayas dominaron el oficio de obtener metal solo en el siglo VII dC. Sin embargo, en este momento su civilización ya se estaba acercando a su declive.

El primer metal en América del Norte fue el cobre. Luego aprendieron a hacer hierro (meteórico al principio, y un poco más tarde). Ocurrió en el primer milenio antes de Cristo, y las regiones occidentales del continente en esta área se desarrollaron mucho más rápido.

La invención del proceso de elaboración del queso

Una de las formas más antiguas de producir hierro se llama formación de queso (de las palabras "soplar" y "crudo"). Los hornos fueron excavados en el suelo, por regla general, en las laderas del relieve. El aire crudo (frío) entró en la pequeña fragua con mineral de hierro. En las primeras etapas del desarrollo de este método, el empuje del aire era natural, pero luego fue reemplazado por uno artificial: el aire en el horno comenzó a inyectarse.

La parte inferior de los hornos se cubrió con carbón, y el mineral y el carbón se colocaron en capas encima. Este último, durante su combustión, liberó monóxido de carbono, un gas que servía para reducir los óxidos de hierro. Cabe señalar que con el método de soplado de queso, el hierro no se derritió tanto como se "hervió", ya que este proceso creó una temperatura insuficiente para fundir el hierro (alrededor de 1200 grados centígrados). Sobre esta base, el hierro "hervido" en forma de masa esponjosa, que se asemeja a la masa, se encontraba en la parte inferior del horno. Esta masa, por regla general, incluía numerosas impurezas y residuos de carbón (aunque, en algunos casos, las escorias se eliminaron del horno a través de un canal especial).

Con el fin de producir cualquier producto a partir de dicho sustrato, fue necesario eliminar primero las impurezas extrañas de los granos. Esto se hizo con la ayuda de la forja - frío y caliente. Al final, fue posible obtener flash iron para su uso posterior.

La "invención" del método de fabricación de queso para la producción de hierro, como han sugerido los historiadores, ocurrió durante la fundición directa de plomo o cobre. Como se sabe, este proceso fue acompañado por la adición no solo de carbón y el mineral correspondiente a los hornos de fundición, sino también de hematites. Y es precisamente en este escenario, muy probablemente, que el primer grito de hierro fue obtenido por el hombre. Es posible que el horno para la fundición de cobre simplemente se convierta en un horno para quemar queso.

Sucedió que obtener cobre o estaño es mucho más fácil que el hierro. Incluso a pesar de que los minerales de cobre y estaño en la naturaleza son mucho menos comunes que el hierro. Es por eso que el proceso de fabricación de queso resultó ser una etapa muy importante en el desarrollo de la metalurgia ferrosa. Esta tecnología se ha mejorado constantemente: a través de la mejora de la explosión o el aumento del tamaño de los hornos. Sin embargo, todas estas mejoras no resolvieron el problema principal: el hierro instantáneo no contenía prácticamente carbono en sí mismo, lo que significa que no podía competir con el bronce. Las cosas no eran lo suficientemente duras en comparación con los productos de bronce. Es por esta razón que el hierro en aquellos días se usaba más para hacer joyas. En la producción de hierro, solo era necesario cambiar algo.

Dominar la tecnología de cementación y endurecimiento del hierro

La siguiente ronda de progreso en el desarrollo del negocio metalúrgico fue el surgimiento de la tecnología de la llamada "cementación", así como la extinción y el temple térmico del hierro. El desarrollo de estos tres procesos está conectado con el comienzo de una Edad de Hierro en toda regla.

Bajo cementación se entiende el proceso de saturación artificial del carbono con carbono. Esta tecnología ha sido dominada por el hombre en primer lugar. Se utilizaron diversos materiales para la cementación del hierro sangriento. Inicialmente, la masa criogénica se calcinó en el ángulo óseo, posteriormente en otras sustancias con un alto contenido de carbono. El dominio de la tecnología de cementación le dio a una persona la oportunidad de obtener las primeras muestras de acero, aunque muy primitivas.

El hierro "cementado" ya ha ganado en comparación con el bronce en su dureza. Al mismo tiempo, el grado de saturación de un carbono con carbono dependía de la temperatura de calentamiento del hierro.

Tras el descubrimiento de la técnica de lechada, se descubrió un efecto de enfriamiento. El hombre se sorprendió al descubrir que el carbono saturado y el hierro enfriado se vuelven aún más fuertes. Para tal agua de enfriamiento, se usó nieve o hierro, simplemente se dejó al aire libre y frío. El efecto fue incluso en este último caso.

Los dos procesos anteriores, muy probablemente, fueron descubiertos por el hombre por casualidad. Es poco probable que los antiguos herreros pudieran explicar la verdadera naturaleza de estos procesos. Esto es evidenciado por las fuentes escritas encontradas de esos tiempos. En particular, pueden encontrar momentos muy interesantes. Por lo tanto, el hecho de fortalecer la resistencia del hierro durante el endurecimiento se explica a menudo por teorías fantásticas o místicas. Por ejemplo, en las crónicas de Asia Menor, datadas en el siglo IX a. C., puede encontrar una forma colorida de endurecer el hierro al "hundir la daga" en el cuerpo de un "esclavo musculoso". Fue la fuerza del esclavo, en opinión del autor de este texto, lo que hizo que el metal fuera más sólido. No menos interesante es el fragmento separado tomado de la Odisea de Homero, donde se compara la quema del ojo del Cyclops con la inmersión de la cuchilla de hierro al rojo vivo en agua helada. Además, el último procedimiento al que Homer se refiere como el "tratamiento del hacha". A partir de esto, los antiguos griegos probablemente no entendieron la naturaleza del proceso de endurecimiento del metal, pero le dieron un significado especial y mágico.

El acero endurecido tiene un inconveniente importante: es una fragilidad excesiva. Reducir significativamente su permitido el descubrimiento de la tecnología térmica del hierro. Esta tecnología consiste en calentar productos a 727 grados centígrados (esta es la temperatura límite de la deformación de la estructura de hierro).

No se debe pensar que dominar las tecnologías de cementación, temple y revenido del hierro fue simultáneo. De hecho, estos procesos duraron alrededor de mil años! Pero fue el descubrimiento y la mejora de estas tres tecnologías lo que, de una vez por todas, puso fin a la competencia irreconciliable entre el bronce y el hierro.

El desarrollo de la metalurgia en la Edad Media

En la Edad Media, las fundiciones ya han cambiado significativamente. En primer lugar, alcanzaron una altura de dos o tres metros. Y en segundo lugar, trabajaron con la ayuda de la energía del agua: sopladores que ponen en movimiento tuberías especiales o ruedas de agua grandes.

En la Europa medieval, los llamados "estucos" estaban muy extendidos: enormes y altos hornos que llevaron a la metalurgia ferrosa a una nueva etapa en su desarrollo. Estos hornos estaban equipados con una tubería de 4 metros para mejorar la tracción y los motores de agua. A veces los fuelles llevaban a varios trabajadores en movimiento. Las crestas glandulares se extrajeron de tal horno una vez al día.

La curiosa historia de la invención y la penetración del plasofano en Europa. Los inventaron en la India en el primer milenio antes de Cristo. Luego, un nuevo invento cayó en la vecina China, y de allí, en el siglo VII d. C., al mundo árabe. En el siglo XIII, los árabes trajeron estos maravillosos hornos al sur de la Península Ibérica, desde donde se extendieron rápidamente por toda Europa.

En términos de rendimiento y parámetros técnicos, la placa de yeso estaba muy por encima de sus predecesores: los hornos para quemar queso. La temperatura de fusión en él se alcanzó más alta, lo que hizo posible obtener hierro fundido de alta calidad. En un día, un fitófano podría producir más de dos quintales de hierro. Es cierto que el hierro fundido de una instalación de este tipo era, por regla general, inadecuado. El hecho es que él estaba en el fondo del horno, mezclando con escorias. Para limpiarlo, se requirió la forja, que el hierro fundido no cedió. Otras formas de limpiarlo en ese momento no lo sabían.

Sin embargo, algunas naciones aún lograron encontrar una aplicación incluso para ese tipo de hierro "sucio". Los hindúes, por ejemplo, hicieron ataúdes para los difuntos. Pero en el Imperio otomano se hizo de hierro fundido y se fabricaron balas de cañón.

La invención de un nuevo tipo de hornos - blauofen

Los metalúrgicos medievales establecieron un patrón importante: cuanto más alto es el punto de fusión del mineral en el horno, más producto (hierro) se puede obtener en la salida. Después de este descubrimiento, comenzaron a modernizar sus plasmófonos: para aumentar la altura de las tuberías y establecer un sistema para precalentar el aire. Así, en el siglo XV, aparecieron nuevos tipos de hornos en Europa: el blauofeno.

Sin embargo, los hornos modernizados sorprendieron casi inmediatamente a los metalúrgicos. El rendimiento del producto final ha aumentado de hecho, pero al mismo tiempo, la cantidad de residuos, el hierro inadecuado, ha aumentado en un 20%. Sucio, o, como también se llamaba, el propio hierro de "cerdo" tan congelado en el fondo de los nuevos hornos. Mezclado con la escoria de hierro fundido, como antes, no era adecuado para la fundición. Como regla general, se le permitió fabricar martillos, yunques y otros equipos en bruto. Es cierto que las balas de cañón de blauofennogo de hierro fundido salieron mejor.

Otro punto positivo de los blauofenos es que la cantidad de acero a lo largo de los bordes de las placas de hierro en estos hornos se ha incrementado significativamente. Por supuesto, esto complació a los metalúrgicos. Sin embargo, por otro lado, fue muy y muy difícil separar ese acero del hierro estropeado. Y en esta situación, diferentes naciones fueron de diferentes maneras, resolviendo este difícil problema.

Entonces, en la India, todas las fuerzas arrojaron la mejora de la tecnología de forja para lograr una distribución más uniforme del carbono en el producto. Y estos esfuerzos han dado sus frutos, los indios recibieron damasco, acero muy fuerte y elástico, del cual produjeron acero frío de primera clase. Bulat también se produjo en Irán y Asia Central.


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