Descubrimiento de nuevos elementos químicos

Si en la Antigüedad fueron conocidos siete elementos metálicos (oro, plata, hierro, cobre, estaño, plomo y mercurio) y dos no metales (carbono y azufre); el esfuerzo de la alquimia medieval sumó el conocimiento de otros cinco (arsénico, antimonio, bismuto, zinc y fósforo), y el siglo XVIII, con el estudio de los gases, dejó como fruto el descubrimiento de cuatro nuevos elementos (hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y cloro), mientras el análisis de minerales aportaba la identificación de nueve metales (cobalto, platino, níquel, manganeso, tungsteno, molibdeno, uranio, titanio y plomo), en total, a las puertas del siglo XIX eran conocidos 27 elementos químicos. Hacia 1830, se conocían cincuenta y cinco elementos, es decir, que se había duplicado en treinta años la cifra de elementos descubiertos en más seis milenios de práctica humana.

El principal problema epistemológico que quedaba pendiente de resolver consistía en aclarar la forma en que se enlazan los átomos en la estructura particular de la sustancia y edificar un sistema de símbolos y notaciones que permitiera una comunicación universal.

¿Qué sistema de símbolos adoptar para representar las fórmulas de las sustancias elementales y compuestas como reflejo simplificado de la estructura de las sustancias?
El sistema jeroglífico de representación de los elementos químicos heredado de la alquimia fue sustituido por un sistema más racional de notación simplificada que se asocia a la representación de una o dos letras iniciales (con frecuencia derivadas de los nombres en latín, plata = argentum, Ag). Este sistema de notación fue propuesto por el químico sueco Jöns J. Berzelius (1779-1848).

Jöns J. Berzelius nació en 1779 en el pueblecito de Wafversunda y murió en 1848 en Estocolmo. Su papel fue fundamental en la elaboración de la química moderna; le corresponde el mérito de haber ampliado y enriquecido la química en todas sus ramas más importantes. Presentó una primera tabla de equivalentes, introdujo los conceptos de isomería, polimería y alotropía, estudió la catálisis, enunció las leyes de la electroquímica y aisló numerosos cuerpos simples.

Jöns J. Berzelius se fijó como tarea fundamental la investigación de las proporciones químicas y de las leyes que las regulan. Como punto de partida de sus ensayos tomó las combinaciones del oxígeno, elemento que constituye el centro a cuyo alrededor se estructura la química a partir de Lavoisier. Determinó con gran precisión el peso atómico de numerosos elementos. A su pequeño laboratorio de Estocolmo acudieron numerosos jóvenes; entre ellos se encontraba Friedrich Wöhler (1800-1882), que consiguió realizar en 1828 la síntesis de la urea, con lo cual desapareció la frontera entre química orgánica e inorgánica. Berzelius desarrolló su teoría electroquímica. Para Berzelius la propiedad fundamental de las partículas más diminutas es su polaridad eléctrica.

Otra de sus valiosas aportaciones es la creación de la formulación química. Como símbolo de una sustancia simple o elemento se emplea la inicial de su nombre griego o latino, seguido en algunas ocasiones de una segunda letra en minúscula. Así, el símbolo H significa hidrógeno (hidrogenium), S (sulfur) azufre, O (oxygenium) oxígeno, N (nitrogenium) nitrógeno, C (carboneum) carbono, Fe (ferrum) hierro, etc. Estos símbolos no sólo expresan la naturaleza del elemento, sino también su peso atómico, es decir, que son también símbolos numéricos.
Berzelius fue también el primer químico que concibió desde un punto de vista atomístico las combinaciones orgánicas y que manifestó su convencimiento de que la ley de las proporciones múltiples es válida también en la química orgánica. Aceptó ya la existencia de complejos de átomos en los compuestos orgánicos, los llamados “radicales”, que pueden intercambiarse con otros (radicales equivalentes), igual que si se tratase de átomos individuales. Desgraciadamente, Berzelius no distinguió muchas veces entre átomos y moléculas, contribuyendo así a la confusión que reinaba en la química a mediados del siglo XIX.

Dado que entre los químicos no había acuerdo sobre las fórmulas de compuestos, se sugirió que todos los químicos europeos importantes se reunieran y finalmente se pusieran de acuerdo. Esta reunión, que tuvo lugar en Karlsruhe en 1860, fue el primer congreso científico internacional de química. Uno de las científicos más destacados del congreso fue el químico italiano Cannizzaro, quien expuso las ideas de otro científico italiano, Amadeo Avogadro (1776-1856), y logró aclarar la diferencia entre un átomo y una molécula (que es un conjunto de átomos). Con ello, poco a poco, los pesos atómicos quedaron bien definidos y las fórmulas químicas se hicieron unívocas. Es en esta reunión donde se aprueba la propuesta de Cannizzaro que sugiere que se adopten conceptos diferentes para molécula y átomo, considerándose molécula la cantidad más pequeña de sustancia que entra en reacción conservando sus características físicas, y entendiéndose por átomo la más pequeña cantidad de un cuerpo que entra en la molécula de sus compuestos.

Amadeo Avogadro nació en Turín el 9 de agosto de 1776 y murió en la misma ciudad el 9 de julio de 1856. El apellido de la familia se remonta a una antigua costumbre, por la que a los abogados que habían prestado servicios a las iglesias se les autorizaba a transmitir a sus herederos la profesión de las leyes. En 1789 Amadeo Avogadro se graduó en filosofía, algunos años más tarde en jurisprudencia, y en 1796 obtuvo el nombramiento oficial de doctor en ley eclesiástica. Con la creación de la Universidad de Turín en 1820, Avogadro asume la dirección de la primera cátedra de física sublime, que desempeñó tan sólo hasta 1821. Por razones políticas de la época se alejó de la universidad y en 1834 recuperó su cargo, que desempeñó hasta 1850. La carrera científica de Avogadro se encuentra íntimamente ligada a los estudios sobre la electricidad realizados por Volta.

Entre 1806 y 1807 Avogadro publicó una memoria sobre los cuerpos aislantes, donde admitió que en dichos cuerpos se generan alternadamente estados moleculares negativos y positivos que acaban volviéndolos neutros en su conjunto. Dedujo, además, que todos los fenómenos eléctricos pueden resumirse en fenómenos químicos. Algunos años más tarde se interesó por el concepto de acidez de base de las sustancias y describió los hidrácidos como ácidos sin oxígeno. Estableció la primera tabla de potenciales electroquímicos de los elementos, distribuyendo los ya conocidos en una sucesión en cuyos extremos se encontraban respectivamente los elementos más electronegativos y los más electropositivos. Cuando en 1808 Gay-Lussac (1778-1850) enunció las leyes de combinación de los elementos en estado gaseoso (Proust había publicado la ley de las proporciones definidas en 1801), Avogadro relacionó estas con la hipótesis atómica de John Dalton y consiguió formular su hipótesis, en la que los gases no estaban constituidos por un solo orden de partículas, sino por dos. Así pues, resultaba que todos los gases estaban constituidos por moléculas, las que a su vez estaban constituidas por una, dos o más moléculas elementales, o sea los átomos. Afirmó además que volúmenes iguales de gases diferentes, sometidos a idénticas condiciones de presión y temperatura, contienen el mismo número de moléculas. De las consideraciones de Avogadro se desprende la definición de molécula: Se entiende por molécula el más pequeño agregado de átomos, iguales o diferentes, capaces de existir independientemente y poseer todas las propiedades químicas y físicas de la sustancia que se encuentra constituida por un conjunto de moléculas. Avogadro, cuya obra constituyó una contribución sumamente importante a los estudios de electroquímica, como también a los problemas estrictamente físicos (capilaridad, viscosidad, tensión de vapor), estudió el estado sólido y el líquido, las soluciones de sólidos en líquidos y de sólidos en sólidos, además de la particular constitución molecular del carbono, y las relaciones existentes ente las propiedades físicas y químicas de los gases. Se interesó en los compuestos del silicio y del boro, y determinó con exactitud las primeras fórmulas químicas de los metales alcalinos y alcalinos terrosos.

Entre los asistentes al congreso de Karlsruhe se hallaba un científico ruso, por aquel entonces de 36 años: Dimitri Mendeleyev (1834–1907). Nacido en Siberia, era discípulo de Bunsen cuando escuchó la vehemente intervención de Cannizzaro en la reunión internacional y quedó vivamente impresionado. A su regreso a Rusia, ordenó los elementos de acuerdo a su peso atómico y pronto se dio cuenta de una periodicidad notable: la valencia del átomo -capacidad fija de cada elemento para combinarse con otros- subía y bajaba periódicamente. Si se colocaban los elementos en filas y columnas, siempre con átomos de igual valencia en la misma columna, se generaba una tabla periódica de los elementos. Las propiedades químicas de elementos en la misma columna resultaban muy semejantes entre sí. En 1869, Mendeleyev defendió la tesis de que una variación regular en las propiedades de los elementos químicos se podía observar si estos se ordenaban en un orden creciente de los pesos atómicos. La construcción de la tabla periódica de Mendeleyev no sólo dio lugar a la clasificación de los elementos químicos en familias o grupos sino que posibilitó la predicción de la existencia de elementos químicos aún no descubiertos y de las propiedades que estos debían exhibir. La sorprendente correspondencia entre estas predicciones y los descubrimientos de nuevos elementos que se producirían en los años subsiguientes demostró la validez de la ley periódica y constituyó un estímulo para la realización de estudios de nuevas correlaciones en la tabla propuesta.