Sobre la historia del descubrimiento de los elementos químicos.

Como todos sabemos, hay 92 elementos en la naturaleza y todo en el mundo tiene uno o más de ellos. Los miembros de estos elementos tienen características diferentes, incluso muy diferentes. Por ejemplo, en términos de volumen, los átomos de hidrógeno son muy pequeños, mientras que los átomos de uranio son enormes en comparación con ellos. Elementos limitados se organizan y combinan de diferentes maneras para formar un colorido mundo material, que incluye rocas en la luna, muñecas Barbie, monos y un Airbus. Los humanos los descubrimos, los encontramos, los analizamos y también desarmamos y recombinamos algunos de ellos para obtener nuestros propios elementos. Los 118 elementos enumerados en la tabla periódica ahora incluyen 26 elementos sintetizados o descompuestos por los humanos.

Nadie duda ahora del punto de vista sobre los elementos, pero debemos admitir que el proceso de descubrimiento de elementos es todavía muy corto en comparación con la historia de la exploración humana en este campo. En el proceso de descubrimiento constante de elementos, la gente ha tenido confusión, preocupaciones y discusiones. Este artículo explora la historia del descubrimiento de elementos desde la perspectiva de la historia de la química.

1. Piensa en el mundo en "cuatro partes"

"Todo en el mundo está compuesto de unos pocos materiales simples". Esta idea se originó en Grecia en el siglo VI a.C. La región jónica, que ahora es la costa suroeste de Turquía. En la antigüedad, algunos de los criminales exiliados aquí fueron los fundadores de algunas teorías ideológicas, que más tarde se convirtieron en filosofía natural. La curiosidad de los griegos también fue un impulsor directo de esta idea, y nunca dejaron de pensar en los misterios de cómo funciona el mundo. Una de las preguntas más importantes y fundamentales es: ¿Cuál es la naturaleza de la materia?

Los pensadores y filósofos jónicos, liberados de las cadenas del pensamiento teológico, comenzaron a creer que las cosas y los fenómenos de la naturaleza debían explicarse mediante la lógica. Entre ellos se encontraba un hombre llamado Tales, reconocido en los círculos académicos como la primera persona en pensar en la esencia de la materia. En su época, la gran mayoría de los griegos eran comerciantes y se encontraban colonias griegas en casi todo el Mediterráneo. El comercio interregional se desarrolló rápidamente, siendo los principales artículos comerciales cereales, aceite de oliva, pescado seco, vino, metales, madera y esclavos. El auge del comercio le dio a Tales la conveniencia de viajar alrededor del mundo, y su propia experiencia de comerciar y viajar por Grecia también lo impulsó a pensar. Dijo que el principio o elemento básico del universo es el agua. Todo lo conocido en el universo está hecho de agua o es una variación del agua. El agua forma vapor, vuela hacia la atmósfera y cae de la atmósfera antes de convertirse en lluvia. La lluvia golpea el suelo, haciéndolo compacto y duro, convirtiéndose eventualmente en roca sólida. Entonces todo comienza con agua, evoluciona gradualmente y finalmente se convierte en agua.

El pensamiento cósmico de Taylor basado en el agua demostró que el mundo entero evolucionó esencialmente a partir de un elemento. Sus puntos de vista despertaron mucha controversia y su alumno favorito, Anaximandro, fue el oponente más vehemente. Creía que todo el mundo material era demasiado rico y maravilloso para imaginarlo basado en un elemento tan simple y ordinario: el agua. Los elementos básicos del mundo deben volverse más abstractos y universales. Anaximandro también propuso una forma invisible de protista llamada apeiron3 que tenía el poder de transformar y generar todo en el mundo. El alumno favorito de Anaximandro, Anaxímenes (585 a. C. - 525 a. C. - 525 a. C.), también abandonó la hipótesis del plasma. En su opinión, cualquier sustancia debe contener algo y nada puede contenerse. Creía que esta "sustancia determinada" era aire, ya que hay aire en casi todas partes de la Tierra.

A medida que el debate se fue ampliando, comenzaron a surgir otras teorías sobre la composición de la materia. Heráclito (540 a. C. - 480 a. C. - 480 a. C.), un antiguo filósofo materialista griego, creía que el fuego es la fuente de todas las cosas y que todas las cosas están cambiando. El cambio ocupa el lugar más importante del universo. El fuego, el elemento más activo, constituye el material de construcción más básico del universo. El mundo está hecho de fuego, el fuego se convierte en agua, el agua regenera la tierra, la tierra se licua para formar agua, el agua continúa cambiando para formar fuego, etc. Además, está la hipótesis del origen de la tierra de Jenófanes, que cree que la tierra es el origen de todas las cosas.

El filósofo Empédocles (494 a. C. - 432 a. C.) realizó la mayor contribución a la teoría elemental de la filosofía natural griega antigua. Se puede decir que su pensamiento sobre la composición básica de la materia en el universo está cerca de los conceptos de la teoría científica moderna. Empédocles sintetizó las diversas hipótesis y suposiciones de sus predecesores sobre un elemento básico que constituye todo en el mundo en un todo coherente y derivó un modelo que contiene cuatro componentes. Los cuatro componentes: agua, aire, fuego y tierra, cada uno tiene su propio papel que desempeñar, operan por igual y están interrelacionados. Empédocles señaló en su teoría de los cuatro elementos que estos cuatro elementos básicos, solos o en combinación entre sí, constituyen diversas sustancias en el mundo. Las cosas toman diferentes formas porque sus componentes se separan o recombinan bajo la acción de fuerzas externas, estas fuerzas externas tienen afinidad e impacto respectivamente; Las proporciones de los cuatro elementos en el proceso de composición determinan la forma de la materia. Por ejemplo, Empédocles creía que los huesos estaban compuestos de fuego, agua y tierra en una proporción de 4:2:2. Las ideas de Empédocles son muy similares a la teoría moderna de los elementos químicos. Por ejemplo, dijo que toda materia está compuesta de una determinada cantidad de una o de una determinada sustancia, y la cantidad no disminuirá si estas sustancias se mezclan entre sí en una determinada proporción; De hecho, algunas otras culturas alrededor del mundo tienen puntos de vista similares sobre cuestiones cósmicas. La antigua teoría china del Yin Yang y los cinco elementos es una de ellas. Los antiguos indios también propusieron la teoría de los cinco elementos: fuego, agua, tierra, aire y éter, como elementos de la materia.

2. De los "cuatro puntos" a la teoría del flogisto

La Alta Edad Media en Europa fue una era de oscuridad e ignorancia, pero la ciencia y la tecnología en Medio Oriente aún florecían. El antiguo concepto europeo de los cuatro elementos comenzó a desarrollarse lentamente entre los alquimistas árabes. Uno de los investigadores famosos fue Khabir Ibn Hayyan, quien nació en los siglos XIV y XV del mundo y varias de las obras más influyentes sobre alquimia y metalurgia fueron publicadas por él o en su nombre. Entre ellos, El producto de fundición perfecto (1678), El libro del horno (1678), El juicio perfecto (1678) y La verdadera invención (1678). En estos libros, Habir ibn Khyan describió en detalle todos sus importantes experimentos químicos. A partir de su descripción, descubrimos que no era sólo un técnico común y corriente, sino que también tenía una comprensión asombrosa de algunos procesos de reacción química simples. Esto también incluye teoría elemental y comprensión interpretativa. Habir ibn Hoyan creía que todos los elementos metálicos están compuestos de gonio y azufre, pero en diferentes proporciones. Entonces, en teoría, cualquier metal puede descomponerse en gonio y azufre, y luego producir nuevos elementos metálicos en otra proporción.

Un siglo después, el médico persa Al-Ruiz volvió a desarrollar esta teoría. Clasificó los productos químicos utilizados en metales, ácido sulfúrico, bórax, sal, piedra, etc. según el sabor, la solubilidad o la textura de los elementos. Este método de división fue el primer intento de teoría moderna de compuestos y elementos. Al Ritz añadió un tercer factor, la sal, a la dicotomía de los elementos, y propuso la hipótesis de que todas las sustancias sólidas están compuestas por estos tres elementos (palacio, azufre y sal) en diferentes proporciones, porque estas tres sustancias representan tiene tres características. : inflamabilidad, volatilidad y solubilidad.

El alquimista suizo Paracelso (1493-1541) sintetizó los dos puntos de vista anteriores y utilizó sustancias ardientes como método para explorar la composición de las sustancias. Según las notas de su secretaria, "Su cocina siempre estaba llena de chispas, con sus tierras alcalinas, su sublimación de ácido sulfúrico humeante, la poción de Rex, el petróleo, el polvo de arsénico, el polvo abrasivo, su misteriosa preparación de alcanfor, y había algún brebaje de Dios". -sabe-de qué se trataba el humo, y casi me asfixia hasta la muerte en una ocasión cuando me mostró el espíritu en su alambique y presionó mi hurra sobre él. El extraño olor a humo me golpeó. fosas nasales y garganta, y el vapor venenoso casi me hizo desmayar." Paracelso concluyó de experimentos similares que los cuatro elementos básicos de los antiguos griegos eran en efecto. Elemento básico de toda la materia, pero se puede dividir en lo que los árabes llaman tres elementos (tributo , azufre, sal). En su opinión, las cuatro sustancias que se liberan cuando se quema una rama son el humo (gas), la llama (fuego), el líquido (agua) expulsado de la fractura y las cenizas (tierra) que quedan tras la quema.

El humo que se eleva es el tributo, las llamas representan el azufre y las cenizas son la sal.

Respecto al fenómeno de la quema de ramas de árboles, el químico británico Rober Boyle en 1658 dijo: "En cuanto a la teoría de la quema de ramas de árboles verdes, la llama producida durante la combustión no puede descomponerla en elementos, solo puede descomponerse en algunas mezclas, la diferencia es que estas mezclas tienen otra forma ". Boyle defendió que la investigación química debe deshacerse de su posición subordinada a la alquimia o la medicina y convertirse en una ciencia independiente dedicada a la exploración de la naturaleza. Para determinar la química científica, Boyle creía que primero había que resolver uno de los conceptos más básicos de la química: los elementos. Boyle utilizó una serie de experimentos para cuestionar la visión tradicional de los elementos. Señala que estos elementos tradicionales no son necesariamente elementos auténticos. Para la solidificación de muchas sustancias, como el oro, no contienen estos "elementos" y es imposible separar elementos como el azufre, el mercurio y la sal del oro. Por el contrario, las sales de estos elementos son descomponibles. Boyle creía que sólo las sustancias simples que no podían descomponerse químicamente eran elementos. Por ejemplo, el oro se puede alear con otros metales o disolver en agua regia para ocultarlo, pero aún así se puede devolver a su forma original y reciclar. Mercurio también. Como fuente de todas las cosas, no hay cuatro o tres elementos, sino que deben ser muchos.

En tercer lugar, Lavoisier y Dalton

Siguiendo a Boyle, en 1789, el químico francés y fundador de la química moderna Antoine Lavoisier publicó "Teoría de los elementos químicos". En su artículo, Lavoisier resumió los elementos conocidos por la humanidad y los dividió en cuatro categorías: elementos gaseosos, elementos metálicos, elementos no metálicos y elementos turcos. El número total de elementos descubiertos en ese momento era 33. Lavoisier dijo que el principio de división de los elementos es "ya no podemos descomponernos", por lo que todas las sustancias que no se pueden descomponer son llamadas elementos por él. Sin embargo, añadió: "Esto de ninguna manera significa que podamos decir con confianza que lo que ahora consideramos materia simple nunca más se descompondrá en dos o más partículas elementales en el futuro... a menos que futuros experimentos y observaciones puedan refutar este argumento”. Efectivamente, entre los 33 elementos nombrados por Lavoisier, más tarde se confirmó que había 8 compuestos que podían descomponerse. Entre los ocho elementos se encuentran la cal, el sílice, la sal de Epsom y la luz y el calor, que no son elementos en absoluto. Los 23 elementos restantes incluyen oro, plata, cobre, hierro, mercurio, estaño, plomo, antimonio, azufre, carbono, zinc, arsénico, bismuto, fósforo, platino, níquel, molibdeno, manganeso, M, H, N, O, W. y compañía

El químico británico John Dalton desarrolló aún más la teoría de Lavoisier. Dalton se convirtió en monje desde la meteorología hasta la química y pronto logró importantes logros. Integró creativamente la aritmética y la química cuántica en la antigua teoría griega de los elementos químicos para producir su propia teoría de los elementos. Dalton creía que los elementos en realidad están formados por partículas diminutas que ya no se pueden separar; diferentes elementos tienen diferentes partículas constituyentes, y cualquier elemento específico sólo puede estar compuesto por partículas específicas. A estas partículas las llamó átomos. Cuando estos átomos se combinan en determinadas proporciones, se pueden producir diferentes compuestos. Debido a que los compuestos están compuestos de varios átomos y los átomos son indivisibles, las proporciones de los diversos elementos en el compuesto deben ser razones enteras simples.

Al mismo tiempo, Dalton comenzó a calcular el peso relativo de los átomos de varios elementos, empezando por el hidrógeno más ligero. A finales de 1810, Dalton había establecido escalas atómicas para más de 20 elementos, incluidos oxígeno, nitrógeno, fósforo, azufre, cobre, hierro, etc. En este punto, a los átomos invisibles para los humanos finalmente se les ha dado su propia escala física, esencia y características inherentes. Dalton también propuso el primer sistema de símbolos químicamente significativo: cada átomo estaba representado por un círculo con un símbolo definido, por ejemplo, un átomo de hidrógeno era un círculo con un punto en el centro y un átomo de oxígeno era un círculo hueco. Sin embargo, este conjunto de símbolos tuvo demasiados patrones y cambios, por lo que no fue adoptado por las generaciones futuras.

En cuarto lugar, la tabla periódica de elementos y Mendeleev

Otro problema importante en la investigación química del siglo XIX fue cómo clasificar todos los elementos. A lo largo del siglo XIX, los químicos intentaron encontrar un orden lógico en el que pudieran combinarse todos los elementos.

El químico sueco Jacob Berzelius propuso dividir todas las sustancias en "sustancias inconmensurables", incluidas la electricidad, el magnetismo, la luz y el calor, y "sustancias mensurables", que incluyen diversos elementos y compuestos. Los elementos se pueden dividir en oxígeno, no metales y metales. Los compuestos se dividen en minerales y "cuerpos organizados". Los elementos están ordenados según sus propiedades electrolíticas. En 1817, el químico Johann de Bereiner5 observó por primera vez algunas similitudes entre diferentes elementos, lo que se convirtió en un precursor de la teoría periódica de los elementos. Propuso que cada tres elementos se agruparan en función de similitudes en sus propiedades químicas. Por ejemplo, las propiedades químicas del estroncio son similares a las del calcio y el bario, y el peso atómico del estroncio está entre el calcio y el bario, por lo que De Bereiner clasificó estos tres elementos en una categoría, similar al "estado triplete" de la música. Más tarde, descubrió más trillizos similares. Si bien la idea finalmente se consideró errónea, inspiró un pensamiento más amplio. Entonces se propuso la idea de la "escala pentatónica".

Después de que se combinaron los descubrimientos del "triplete" y el "quinteto", la gente los combinó en una lista regular de elementos. En 1862, Chancourtois6 elaboró ​​la primera tabla periódica de elementos del mundo, que contenía 24 elementos. Chancortes observó que ordenar los elementos en filas según su peso atómico daba como resultado algunas características comunes, por lo que inscribió los símbolos de los diversos elementos en un cilindro en orden de peso atómico creciente, mostrando los elementos en una espiral ascendente. Posteriormente, el químico británico John Alexander Rayner Newlandsley publicó un artículo diciendo que si los elementos se ordenan en orden creciente de masa atómica, las características de un elemento aparecerán en las primeras ocho y últimas ocho posiciones de este orden. Newlands comparó este fenómeno periódico, que ocurre cada ocho posiciones, con la polifonía de octava en la música y lo llamó ciclo de "octava".

Quien finalmente resolvió la clasificación de los elementos químicos fue el famoso químico ruso Dimitri Mendeleev. Cuando Mendeleev dispuso los 63 elementos conocidos en orden ascendente de peso atómico, descubrió que las valencias de estos elementos también mostraban una reciprocidad rítmica. La valencia es un signo de la capacidad de un átomo para formar enlaces químicos de ese elemento. Al mirar la tabla, Mendeleev descubrió que las valencias de los elementos fluctuaban regularmente: 1, 2, 3, 4, 3, 2, 1, etc.

Inspirándose en el juego del solitario, Mendeleev escribió los nombres de los elementos en el reverso de las cartas y los dispuso en el orden de las cartas, horizontalmente por masa atómica y verticalmente por valencia. Además, la tabla periódica de elementos dispuesta de esta manera también tiene la función de predecir elementos no descubiertos, porque la posición de los elementos ordenados en la tabla predice las propiedades químicas, la valencia y el peso atómico de los elementos no descubiertos.

Mendeleev publicó un artículo titulado "Un nuevo sistema de elementos" en 1869, pero los principales círculos académicos occidentales no le prestaron atención porque los químicos de aquella época estaban cansados ​​de los diversos sistemas de clasificación. Hasta el 27 de agosto de 1875, el hijo de un enólogo francés descubrió un nuevo elemento, el galio, con un peso atómico de 69 y una valencia de 3. Las propiedades químicas, la valencia y el peso atómico del galio son exactamente consistentes con el elemento "similar al aluminio" predicho por Mendeleev en la tabla periódica de elementos. La gente finalmente se dio cuenta de la exactitud de la teoría de Mendeleev. El desarrollo científico posterior demostró que la tabla periódica de elementos de Mendeleev jugó un papel decisivo en el desarrollo de la química en ese momento y posteriormente. En memoria de Mendeleev, el elemento 101 lleva el nombre de Mendeleev.

Verbo (abreviatura de verbo) Conclusión

El ser humano vive ahora en la era de la información. Ya conocemos claramente la disposición atómica de miles de sustancias, pero todavía quedan innumerables por descubrir. La solución al misterio está esperando que la descubramos. El camino hacia la ciencia no puede ser fácil, y las tareas de la ciencia y los científicos todavía tienen un largo camino por recorrer. Mientras disfrutamos de las comodidades y el confort que brinda la civilización moderna, no olvidemos que todos los logros de nuestra civilización son el resultado del sudor y la sabiduría de nuestros antepasados.

Anotar...

1 Tales: 624 a.C. - 546 a.C., filósofo, matemático, astrónomo griego antiguo, fundador de la escuela milesia, defendió el materialismo simple.

Anaximandro: Anaximandro, 610 a.C. - 546 a.C., es conocido como el fundador de la astronomía.

3apeiron: griego, que significa “infinitamente pequeño” e “incierto”.

4 Sales de Epsom, concretamente óxido de magnesio y Mgo.

Johann de Bereiner: Johann de Bereiner, 1780-1849, químico alemán.

6 Alexandre Chancortes: también traducido como Berghier de Chancourteau, 1820-1886, geólogo francés.

Referencias y bibliografías:

1. Historia de la ciencia, A Chemist’s Review [EE.UU.] por Alan G. DeBose, Shijiazhuang, Hebei Science and Technology Press, 2000.

2. "Agua, vapor, fuego y tierra: la historia histórica del descubrimiento de los elementos" [inglés] escrito por Rebecca Lupu, traducido por Song Dynasty, Beijing, The Commercial Press, 2008

3. "Un nuevo sistema de filosofía química" [inglés] escrito por John Dalton, traducido por Li Jiayu, Wuhan Publishing House, Wuhan, 1996.

4. "Introducción a la Filosofía de la Química", Qiu Daoji, Nanjing Normal University Press, Nanjing, 2007