Relaciones entre las reacciones químicas y las diferentes formas de energía

La tercera tendencia en los temas que se advierte en este siglo corresponde al estudio de las reacciones químicas y las diferentes formas de energía: esto es, se gestan las leyes de la Termodinámica Química, la Electroquímica y la Cinética Química.

La invención de la pila de Volta en 1799, abre una etapa de obtención de nuevos elementos a través del proceso opuesto: la electrodescomposición de sustancias compuestas. Pioneros en el estudio de la electrólisis de las sustancias químicas son W. Nicholson (1753–1815), que estudia la descomposición electroquímica del agua acidulada, y Humphry Davy (1788–1829), que obtiene por primera vez metales tan activos como el potasio y el sodio por procedimientos electrolíticos. Su discípulo M. Faraday (1791–1867) deduce en 1832, apoyado en resultados experimentales, las leyes cuantitativas de la electrólisis de las disoluciones acuosas.

Michael Faraday nació el 22 de septiembre de 1791 en Newington Surrey, al sur de Londres, y falleció el 25 de agosto de 1867 en Hampton Court, Surrey en Londres. Inglaterra. La actividad de Faraday lo lleva a diferentes campos de la química física, pero su descubrimiento supremo se encuentra en la llamada Ley de Inducción Electromagnética, ley física que sustenta el funcionamiento de los generadores de electricidad movidos por distintas fuentes de energía, de los transformadores, de los frenos magnéticos.

Otros desarrollos para la producción de energía eléctrica a partir del fenómeno químico se concretan en 1836 con la pila de Daniell y hacia mediados de la centuria con el invento del acumulador eléctrico y luego de la pila seca.

Los primeros elementos de una teoría que explicara los fenómenos electrolíticos van a ser desarrollados por el químico sueco Svante August. Arrhenius (1859–1927) en 1884. Esta teoría marca el inicio de una nueva rama del saber químico: la electroquímica.

Svante August Arrhenius nació en Vik, Suecia el 19 de febrero de 1859, y murió el 2 de octubre de 1927, en Estocolmo. Fue catedrático de la Universidad de Estocolmo desde 1895 a 1904. En este año pasa a dirigir el Instituto Nobel de Química Física, hasta su muerte. Su tesis doctoral se basa en las investigaciones de las propiedades conductoras de las disoluciones de electrolitos. Sus trabajos en electroquímica le valieron el Premio Nobel en 1903. Además, trabajó en aspectos fisicoquímicos de la velocidad de reacción, estableciendo su dependencia con la temperatura.

El nacimiento de la termoquímica (estudio de las relaciones entre el acto químico y el calor involucrado) está marcado por los trabajos de G.H. Hess (1802–1850), que demuestran que el calor implicado en una transformación química sólo depende del estado inicial y final del sistema y no de las etapas del proceso. Constituye la ley de Hess, publicada en 1840, expresión del principio más universal de transformación y conservación de la energía.

En 1876 corresponde a Josiah Gibas (1839–1910) el mérito de relacionar en un cuerpo teórico coherente las tres magnitudes que caracterizan en términos termodinámicos un proceso químico: la variación de energía libre, la variación de entalpía y la variación de entropía. A partir de entonces, la termodinámica se convierte en una disciplina con capacidad predictiva para evaluar la tendencia de una reacción a verificarse en una dirección dada. En otras palabras, la reversibilidad del fenómeno químico a partir de entonces comienza a tratarse en términos cuantitativos.

Otra esencia de las reacciones químicas que comienza a ser descifrada en el ocaso del siglo XIX es el problema de la rapidez con que estas se manifiestan. Comprender los factores que inciden sobre la rapidez a la que se verifica una transformación química presupone la capacidad de gobernarla convenientemente. La experiencia demostraba que, por ejemplo, la hidrólisis del almidón se aceleraba por la presencia de ácidos, y un efecto semejante era producido también por un producto aislado de las levaduras, la diastasa. El primer peldaño en la edificación de la teoría de la cinética química fue puesto por el propio Arrhenius, quien en 1889 estudia la correlación existente entre la rapidez con que se efectúa una reacción química y la temperatura. Los resultados experimentales le permiten deducir una nueva magnitud, la energía de activación. Este concepto conduce a la elaboración de la teoría de las colisiones efectivas como forma de interpretación de las reacciones químicas a partir de las nociones de la teoría atómico-molecular de la constitución de las sustancias.