En este y en un post posterior (a publicar en unos días) se recoge, de manera gráfica, la historia del átomo, desde los tiempos de Demócrito hasta nuestros días. Realizada por Sergio Menargues, profesor de educación secundaria.
El 22 de marzo de 1868 nacía Robert Millikan (1868-1953). Quizás fue el científico estadounidense más famoso de su época.
El 20 de marzo de 1916 se recibe el artículo Die Grundlage der allgemeinen Relativitätstheorie en la redacción de la revista Annalen der Physik. El artículo, de 54 páginas, escrito por Albert Einstein pone las bases de la Teoría de la Relatividad General. La referencia del artículo es Ann. Phys. 1916, 354 (7), 769-822. El artículo completo se puede descargar aquí.
Originalmente solo existía una Ciencia Natural, que se denominaba . Con la adquisición de nuevos conocimientos, ésta se dividió en diversas ramas, dando lugar a las cuatro ciencias naturales clásicas: Física, Química, Biología y Geología. Desarrollos posteriores de las Ciencias Naturales clásicas dieron lugar a nuevas especialidades [Bioquímica, Biofísica, Geoquímica, Geofísica, Físicoquímica (o Química Física), Paleontología] como híbridos de las anteriores. Desde hace unos años, la especialización se está acentuando llegando a lo que considero tercera y cuarta generaciones de Ciencias naturales.
En este y en el siguiente post se recoge, de manera gráfica, la historia del átomo, desde los tiempos de Demócrito hasta nuestros días.
Nota: Este post participa en el XXVII Carnaval de Química, que se aloja en este blog Educación Química
Nota del 22 de septiembre de 2013: El título del post y la primera diapositiva se han cambiado. La diapositiva con la definición de mol (Ostwald, 1900) ha sido añadida.
Remitido por: Sergio Menargues Profesor de Educación SecundariaConferencia en la Universidad del País Vasco en Bilbao.
¿Qué hubiese sido de la química si Albert Einstein hubiese dedicado su talento a desarrollar los fundamentos de la química? Se hará un repaso histórico de la química, desde los alquimistas a Lavoisier, Avogadro, Mendeleev, el desarrollo de la termodinámica, el nacimiento de la química físca y las aportaciones de la mecánica cuántica. Finalmente se discutirá el papel que las matemáticas y la física teórica tendrán en el establecimiento de las bases teóricas de la química y las repercusiones que tendrá en el futuro de la química y de la ciencia.
Más información en el cartel.
El 4 de octubre de 1971 se estableció el mol como la unidad de materia en el Sistema Internacional de Unidades Científicas.
El mol es la cantidad de sustancia de un sistema que contiene tantas entidades elementales como átomos de carbono hay en 0’012 kg de carbono-12. La naturaleza de las partículas elementales debe especificarse y pueden ser átomos, moléculas, iones, electrones u otras partículas. La cantidad de partículas contenidas en los 12 gamos de carbono-12 es, por definición, el Número de Avogadro.
Este número se bautizó de esta manera en homenaje a Avogadro, que en 1811 formuló su hipótesis (ver imagen), la cual permitió racionalizar muchos resultados conocidos de química en su época, pero que pasó prácticamente inadvertida durante casi 50 años. La hipótesis de Avogadro no fue aceptada hasta el congreso de Karlruhe (organizado por Kekulè y otros, celebrado en septiembre de 1860), gracias al trabajo de difusión realizado por Cannizzaro. Un artículo sobre el congreso de Karlsruhe se puede descargar aquí.
En un artículo anterior ya conté algunas cosas sobre el Número de Avogadro y su historia.
A continuación se expone un artículo recientemente publicado en Anales de Química (2012, 108, 177) sobre la determinación experimental del Número de Avogadro, que es importante para redefinir la unidad de masa en el Sistema Internacional de Unidades.
El Número de Avogadro (NA) es uno de los iconos de la química. Con su definición, significado y valor, NA relaciona las escalas atómico-molecular y macroscópicas de la materia. NA se define como el número de átomos presentes en 12 gramos del isótopo 12 del carbono (12C), lo que se traduce en el número de partículas (átomos, iones, moléculas, electrones, etc.) en un mol de partículas. Su valor, aproximadamente 6,022 x 10^23 partículas por mol (mol^-1) da idea del pequeño tamaño de átomos y moléculas.
Los intentos iniciales de determinar el valor de NA se remontan a mediados del siglo XIX (Loschmidt, 1865), culminando en los experimentos de Perrin (1908) basados en propuestas teóricas de Einstein (1905). Desde la determinación del valor de NA por Perrin, se han realizado medidas más precisas de su valor (ver W. B. Jensen, J. Chem. Ed. 2010, 87, 1302), cuya inexactitud se ha cifrado en 4,4 partes por 100 millones (108).
Sin embargo, en la actualidad hace falta determinar el valor de NA con una precisión mayor de 2 partes en 100 millones ¿Por qué tanta precisión?
El objetivo es redefinir la unidad de masa en el Sistema Internacional de Unidades, dejando a un lado la definición basada en la masa de un cilindro de platino-iridio, y redifiniendo en términos de constantes de la naturaleza, siendo la de Plank (h) la más adecuada para esta redefinición. La constante de Planck se puede determinar indirectamente a partir de medidas de la constante de Rydberg (R∞), la magnitud física medida con más precisión, y del Número de Avogadro (NA). En los últimos años se han descrito diversos métodos para determinar NA con precisión, que se basan en la determinación de la densidad de un monocristal por difracción de rayos X, como propuesto por W. H. Bragg y W. L. Bragg en 1913. Para conseguir estas medidas precisas, se ha usado un monocristal esférico perfecto de un kilogramo de silicio enriquecido en el isótopo 28 (99, 995% del isótopo 28 del silicio). Para obtener un resultado experimental satisfactorio, es necesaria la determinación precisa del peso atómico relativo del silicio.
En una reciente publicación en Analytical Chemistry (2012, 84, 2321-2327), Mester y colaboradores han determinado el peso atómico de 28Si usando espectrometría de masas ciclotrónica. El peso atómico determinado para el Silicio-28 es 27,97696839(24), lo que da un valor de 6,02214040(19) x 10^23 mol^-1 para NA.
Para un artículo reciente describiendo la historia y las nuevas unidades del Sistema Internacional de Unidades, ver Anales de Química 2012, 108, 236. El título del artículo es Sistema Internacional de Unidades: resumen histórico y últimas propuestas, escrito por Gabriel Pinto, Manuela Martín-Sánchez y María Teresa Martín-Sánchez
Bernardo Herradón García CSIC b.herradon@csic.es
A continuación se recomiendan algunos libros de física que pueden ser de interés para los químicos. Los libros están escritos desde perspectivas históricas y divulgativas.
Cinco ecuaciones que cambiaron el mundo (Guillen)
Libro de divulgación científica muy entretenido. Describe de manera sencilla cinco ecuaciones fundamentales en la historia de la ciencia, con pasajes de la obra y el entorno científico de los protagonistas de la historia.
Las cinco ecuaciones son:
1) Ley de la Gravitación Universal de Isaac Newton.
2) Ley de la Presión Hidrodinámica de Daniel Bernoulli.
3) Ley de la Inducción Electromagnética de Michael Faraday.
4) La Segunda Ley de la Termodinámica, principalmente debida a Rudolf Clausius.
5) La Teoría de la Relatividad Espacial de Albert Einstein.
Subtítulo: El poder y la oculta belleza de las matemáticas.
Debolsillo editoral
2010
Thirty Years that Shook Physics. The Story of Quantum Theory (Gamow)
George Gamow ha sido uno de los protagonistas de la historia de la física en el siglo XX. Cuenta, en historias cortas, algunos de los hitos y desarrollos de la teoría cuántica, desde la radiación del cuerpo negro al descubrimiento del mesón.
Reeditado por Dover en 1985, de la edición de 1966.
Quantum Theory. A Graphic Guide (McEvoy y Zárate)
El libro describe, de manera muy sencilla y compresible, los conceptos básicos de la teoría cuántica desde una perspectiva histórica. El libro está ilustrado con numerosos dibujos, que facilitan su lectura.
Originalmente publicado en 1996 y reimpreso en 2007 por Icon Books.
Einstein 1905 (Stachel, ed)
Editado por John Stachel.
El subtítulo es “Un año milagroso. Cinco artículos que cambiaron la física“.
Se ha editado una edición de bolsillo en la colección “Drakontos Bolsillo” (Editorial Crítica) de marzo de 2012. El original es de 1998, reeditándose en 2005 para la edición del centenario. El prólogo está escrito por Roger Penrose.
El trabajo realizado por Stachel es excelente. Hace una introducción histórica-científica de Albert Einstein. Esta introducción está muy bien documentada y no cae en los tópicos habituales de otras biografías de Albert Einstein. Los cinco artículos publicados por Einstein en 1905 en Annalen der Physik son comentados extensamente, teniendo en cuenta la circunstancia histórico-científico del momento.
Aunque Einstein es una super-figura de la historia de la física, sus publicaciones en 1905 también fueron fundamentales para el desarrollo de la química. Hay que recordar que la tesis doctoral de Einstein (objeto de su primer artículo de 1905) abordaba el problema de la determinación del tamaño de las moléculas. En su segundo trabajo amplia este tema de trabajo, explicando el movimiento Browniano y desarrollando métodos teóricos para determinar el número de Avogadro, lo que posteriormente llevó a cabo experimentalmente Jean Perrin. El trabajo teórico de Einstein, confirmado por Perrin, supuso un espaldarazo a la existencia de moléculas, lo que en aquella época no estaba aceptada por toda la comunidad científica.
En la publicación número 3 desarrolla una nueva cinemática, modificando los conceptos de tiempo y sistema de referencia absolutos; que aplica a los cuerpos cargados, ampliando la teoría electromagnética de Maxwell. Aquí establece la base de lo que Einstein definió como el “Principio de la Relatividad”. La cuarta publicación desarrolla la anterior, llegando a la conclusión de la equivalencia de la masa y la energía.
La quinta publicación de Einstein en este año milagroso es esencial para la química. Einstein desarrolla una teoría de la interacción de la energía y la materia, cuyas conclusiones sirven para explicar fenómenos, como el efecto Stokes, el efecto fotoeléctrico y la ionización de gases por luz ultravioleta. Einstein parte de premisas distintas a las que había partido Planck al explicar la radiación del cuerpo negro, pero llega a las mismas conclusiones. Esta publicación, por la que fue galardonado con el Premio Nobel en 1921, es una auténtica maravilla de razonamiento y unarevolución científica; y establece de manera inequívoca la naturalezza de la radiación electromagnética, la materia y la interacción entre ambas (en definitiva, como me gusta decir en mis charlas, lo que estudian los científicos de la naturaleza).
Un gran libro a un precio muy asequible (9’85 € me costó en la última Feria del Libro de Madrid).
Bernardo Herradón-G.
CSIC
Libro de divulgación científica muy entretenido. Describe de manera sencilla cinco ecuaciones fundamentales en la historia de la ciencia, describiendo pasajes de la obra y el entorno científico de los protagonistas de la historia.
Las cinco ecuaciones son:
1) Ley de la Gravitación Universal de Isaac Newton.
2) Ley de la Presión Hidrodinámica de Daniel Bernoulli.
3) Ley de la Inducción Electromagnética de Michael Faraday.
4) La Segunda Ley de la Termodinámica, principalmente debida a Rudolf Clausius.
5) La Teoría de la Relatividad Espacial de Albert Einstein.
Subtítulo: El poder y la oculta belleza de las matemáticas.
Autor: Michael Guillen
Debolsillo editoral
2010
Bernardo Herradón-G
CSIC
Los Avances de la Química. Educación Científica (y algo de Historia ...). 
