Filosofía de la química

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La OM fue considerada como una mejor alternativa para superar los límites mostrados tanto por la teoría electrónica de Lewis como por el modelo de repulsión de pares de electrones de la capa de valencia (RPECV). En particular, OM puede explicar fenómenos tales como la presencia de compuestos deficientes en electrones (por ejemplo, el diborano), la estabilidad de las especies H<sub>2</sub><sup>+</sup> y el paramagnetismo del oxígeno. En esta teoría, los electrones ya no se encuentran en los átomos o entre pares de átomos, sino que están deslocalizados en toda la molécula y ocupan orbitales denominados ‘orbitales moleculares’. Esto implica que los electrones ya no se limitan a los enlaces individuales; por el contrario, la teoría asigna electrones a la totalidad de la molécula. Por lo tanto, el enlace covalente se describe ahora en términos de orbitales moleculares distribuidos en toda la molécula.
 
 
===Dos explicaciones del enlace químico===
 
Un análisis superficial de las dos teorías podría llevar a concluir que OM y EV sólo difieren en el conjunto de aproximaciones necesarias para generar la función de onda. Sin embargo, una reflexión más detenida revela que hay profundas diferencias conceptuales entre estas dos explicaciones.
 
La primera diferencia importante reside en la construcción de la función de onda. EV se centra en el par de electrones responsable de la unión covalente mediante el análisis de la molécula de H<sub>2</sub>. Por su parte, OM toma una especie molecular, el ión hidrógeno molecular H<sub>2</sub><sup>+</sup>, como punto de partida. Así, en la EV, los electrones se localizan en enlaces individuales, mientras que en la OM, por el contrario, los electrones están deslocalizados en los orbitales moleculares en toda la molécula. Otra divergencia consiste en la representación de la molécula suministrada por las dos teorías. En la EV una molécula se representa como un grupo de átomos unidos entre sí por medio de la superposición localizada de orbitales atómicos de la capa de valencia. Por el contrario, en la OM una molécula se representa como una colección de núcleos con orbitales moleculares deslocalizados en toda la molécula.
 
Ahora bien, ¿cuál ha sido el grado de aceptación de ambas teorías en la comunidad científica? En el momento de su formulación, EV fue adoptada inmediatamente por los químicos, siendo la primera teoría que describió cuantitativamente un enlace químico. Sin embargo, OM comenzó gradualmente a ganar aceptación debido a su fácil aplicación en las computadoras. A pesar del predominio de esta teoría en la química computacional, los químicos utilizan el esquema conceptual de la EV, principalmente en química orgánica para el diseño de nuevas moléculas y nuevas reacciones.
 
Desde la década de 1980, EV comenzó a resurgir convirtiéndose en una alternativa atractiva a OM, aunque debe puntualizarse que nunca fue eclipsada por OM en los libros de texto de introducción a la química. La mayoría de los químicos aceptaron la superioridad de OM sobre EV para los estudios cuantitativos, pero continuaron empleando esta última debido a su claridad conceptual para racionalizar las ideas químicas en forma cualitativa. Actualmente, ambas teorías desempeñan papeles complementarios (Shaik y Hiberty 2008), y su uso depende de los factores considerados relevantes para cada propósito: fácil implementación computacional, fácil visualización, ventaja para la enseñanza, etc.
 
En la nueva literatura filosófica sobre el tema, el punto de partida es el trabajo de Robin Hendry (2008a). Este autor establece dos concepciones del enlace químico: la estructural y la energética. La primera tiene sus raíces en la teoría química estructural que se inició alrededor de 1860 a partir de los trabajos de August Kekulé; de acuerdo con esta teoría, una molécula es una entidad compuesta de dos o más átomos que se mantienen unidos. El propósito central de la concepción estructural del enlace covalente es retener las ideas explicativas suministradas por las fórmulas estructurales clásicas. Por lo tanto, desde este punto de vista, los enlaces químicos son, al menos para las sustancias moleculares, las partes materiales de la molécula responsables de las relaciones submoleculares espacialmente situadas entre los centros atómicos individuales. Esta concepción sigue guiando la práctica de la química sintética.
 
Hendry afirma que la concepción estructural se enfrenta a algunos retos: el holismo mecánico cuántico y la deslocalización de electrones, por un lado, y el problema de las sustancias cuyas estructuras no pueden ser adecuadamente representadas por las fórmulas clásicas de valencia, por otro. Los primeros desafíos provienen de la incompatibilidad entre la ontología de la química estructural y la ontología de la química cuántica. Dado que, en principio, los electrones no pueden distinguirse (no tienen individualidad), la descripción de la mecánica cuántica no puede depender de la identidad de los electrones individuales. En el modelo de Lewis los enlaces están compuestos de electrones localizados, lo que no ocurre en OM, como se ha visto. El último desafío proviene de aquellas sustancias que presentan limitaciones a la regla del octeto (por ej. BeCl<sub>3</sub>, PF<sub>5</sub>, SF<sub>4</sub>). Sin embargo, afirma Hendry, estos casos fueron objeciones a la regla del octeto más que a la concepción clásica de enlace químico como un par de electrones compartidos. Otro tipo de argumento ha apelado a la dimensión pragmática para defender la concepción estructural, dado su éxito empírico en descubrir y sintetizar nuevas sustancias (Stemwedel 2006).
 
Por su parte, la concepción energética, en lugar de buscar las partes materiales responsables de la unión de la molécula como un todo, se centra en los cambios de energía comunes a todos los casos de enlace químico. En este sentido, el enlace implica la estabilización energética de la molécula. Esta concepción se refiere así a una teoría del enlace químico en lugar de una teoría de los enlaces. En otras palabras, mientras que el enlazamiento es real, los enlaces no lo son.
 
Ahora bien, ¿es posible afirmar que EV y OM son efectivamente teorías científicas? Si bien los términos ‘teoría’ y ‘modelo’ suelen ser utilizados como sinónimos por los científicos, algunos trabajos recientes se han ocupado del tema. En este sentido, sobre la base de la comparación entre ambos enfoques, se ha argumentado que no puede hablarse de teorías científicas en sentido estricto, sino que se ajustan mejor a la noción de ‘modelo’ (Lombardi y Martínez González 2012, Adúriz-Bravo, Labarca y Lombardi 2014).
 
Como vemos, aunque el concepto de enlace químico juega un papel central tanto en las explicaciones químicas como en las predicciones, su elucidación no es una tarea sencilla. Los diferentes enfoques teóricos -de la concepción clásica de Lewis a los divergentes marcos teóricos de la química cuántica- ponen de relieve que el concepto de enlace covalente sigue siendo difícil de dilucidar. Estos enfoques coexisten en la práctica química y, en consecuencia, parecería natural argumentar en favor de un enfoque pluralista para entender la naturaleza del enlace químico, enfoque defendido por algunos químicos teóricos y filósofos de la química. Uno de ellos es el Premio Nobel Roald Hoffman, quien afirmó que “cualquier definición rigurosa de un enlace químico está destinada a ser empobrecedora”; por tanto, aconseja “divertirse con la difusa riqueza de la idea” (citado en Ball 2011, 28).
 
 
==La naturaleza de los elementos químicos==
 
Junto con las nociones de sustancia y estructura, el concepto de ‘elemento’ es una de las categorías centrales del mundo químico: juega un papel relevante tanto en las reacciones químicas como en el sistema periódico. Con el advenimiento de la filosofía moderna de la química en la década de 1990, una nueva generación de filósofos de la química, químicos e historiadores de la química intentó clarificar la noción de ‘elemento’. Dicha tarea puso de relieve la complejidad del problema científico-filosófico, dado tanto el carácter polisémico del concepto como, asimismo, las divergencias en cuanto a la terminología a emplear. La pregunta “¿qué es un elemento?” ha sido motivo de un largo debate desde los albores de la filosofía griega hasta nuestros días. En este sentido, químicos y  filósofos de la química han identificado diferentes sentidos en los que se interpreta actualmente el término ‘elemento’.
 
El primero de ellos considera los elementos como fueron concebidos por los antiguos filósofos griegos. Empédocles elaboró la llamada “doctrina de los cuatro elementos”: agua, aire, tierra y fuego eran las partes constitutivas de la realidad natural. Según Aristóteles, estos elementos se determinan por las características de calor, frío, sequedad y humedad. Algunos de los filósofos presocráticos creían que tales elementos estaban formados por componentes microscópicos de formas variadas, lo cual explicaba la diversidad de sus propiedades. Las formas básicas de tales elementos eran la de los sólidos platónicos (tetraedro, octaedro, icosaedro y cubo). Cuando tiempo después se descubre un quinto sólido platónico, el dodecaedro, Aristóteles postula el éter como el “quinto elemento” o quintaesencia. La doctrina de los cuatro elementos ejerció gran influencia en la Antigüedad y en la Edad Media, y hasta bien entrada la época moderna.
 
Los filósofos griegos concibieron todas las sustancias compuestas por los cuatro o cinco elementos. Pero algunos de ellos creyeron que, además de un sentido composicional, estos elementos subyacían a todas las demás sustancias. Por tanto, los elementos se concibieron como principios, tendencias o potencialidades que daban lugar a sus propiedades observables. Surgía así la distinción entre la forma abstracta (o inobservable) de un elemento y su forma observable. Esta distinción ejerció un importante papel en el desarrollo de la química. Pero cuando la revolución científica hizo su entrada en escena, la concepción abstracta fue parcialmente abandonada.
 
En efecto, a fines del siglo XVIII Antoine-Laurent de Lavoisier fue el primero en concebir un elemento como la etapa final de la descomposición química; surgía así su caracterización sobre la base de la observación y la manipulación. En 1789 Lavoisier y sus colaboradores publicaron su famosa lista de 33 elementos como “cuerpos simples” o “sustancias simples”. La segunda conceptualización del término ‘elemento’ que aparece en la historia refiere entonces al dominio macroscópico: elementos como sustancias simples observables y tangibles que se pueden aislar. Esta caracterización de la noción de ‘elemento’ se encuentra comúnmente en los libros universitarios de química general.
 
Sin embargo, el sentido abstracto del término ‘elemento’ fue revalorizado por el químico ruso Dmitri Mendeleev en la década de 1860, al señalar que pese a que un elemento puede ser visto como una “sustancia simple” (aislable) con propiedades macroscópicas, también puede ser concebido como una “sustancia básica” (invisible) con una sola propiedad: su peso atómico. Según Mendeleev, el cuerpo simple y el compuesto quedan relegados al mundo de las apariencias. Si bien el elemento como sustancia básica no tiene existencia fenoménica, pues siempre está “escondido” en un cuerpo simple o compuesto, es el único principio explicativo, el sustrato de todo lo observable. Esta profunda distinción conceptual entre un elemento concebido como “sustancia básica” y como “sustancia simple” fue crucial para su propuesta del sistema periódico. Mendeleev hizo hincapié en que su clasificación periódica concernía con los elementos concebidos en un sentido abstracto y no en un sentido macroscópico, es decir, no con elementos como suelen encontrarse en frascos y botellas en los laboratorios (Scerri 2007).
 
A comienzos del siglo XX, el descubrimiento de la isotopía representaba una amenaza para la tabla periódica, puesto que el número de elementos como “sustancias simples” parecía aumentar muy rápidamente. Algunos químicos afirmaron entonces que la denominada “crisis de los isótopos”, tal como el evento fue conocido, implicaba el fin de la clasificación periódica como era conocida hasta entonces. Pero el radioquímico austríaco Fritz Paneth resolvió la crisis recordando la distinción filosófica de Mendeleev entre “sustancia simple” y “sustancia básica”. En consecuencia, el descubrimiento de los isótopos concernía con nuevos elementos concebidos como “sustancias simples”, pero el criterio primario de clasificación periódica implicaba el elemento en un sentido más fundamental del término. Asimismo, Paneth y Hevesy, trabajando con plomo y “radio plomo” (uno de los isótopos descubiertos) que Rutherford les había pedido separar químicamente, corroboraron la inseparabilidad química de los mismos, lo cual significaba que se trataba de dos o más formas del mismo elemento químico.
 
Siguiendo los trabajos de Anton van den Broek, en 1913 Henry Moseley estableció que el número atómico era un mejor criterio para ordenar los elementos que el peso atómico. Sobre la base de este aporte, por un lado, y del trabajo de Fritz Paneth por el otro, en 1923 la IUPAC (Unión Internacional de Química Pura y Aplicada) modificó la propiedad esencial de un elemento químico, pasando del peso atómico al número atómico (Scerri 2007). De este modo, surgía entonces la tercera concepción de “elemento químico”: la que identifica un elemento por su carga nuclear, es decir, con el número de protones en su núcleo. Esta caracterización fisicalista constituye el criterio primario de clasificación primaria para ordenar los elementos, la cual es respaldada por la IUPAC así como es recogida por muchos libros de texto de química.
 
Muchas reflexiones filosóficas actuales sobre el tema toman el trabajo de Lavoisier como punto de partida. Como fue señalado, Lavoisier brindó una concepción empírica de los elementos como la etapa final del análisis y renunciaba, así, a la idea de los elementos como “sustancias básicas” en favor de considerar los elementos como “cuerpos simples”, para usar una traducción de su propio término en francés ''corps simples''. Robin Hendry (2005, 2006a) ha desafiado este punto de vista, afirmando que no hay evidencia histórica de la intención de Lavoisier de privar a la química del sentido anterior de ‘elemento’. Según el autor, por el contrario, hay una continuidad conceptual en el papel teórico asignado a los elementos en las explicaciones químicas desde, al menos, el siglo XVIII.
 
Otros autores se han concentrado en el influyente trabajo de Paneth (1931, [2003]). Estos autores, si bien comparten en líneas generales dicha perspectiva, aportan comentarios, críticas y presentan visiones particulares del problema (Earley 2009, Ruthenberg 2009, Scerri 2012). Por ejemplo, Earley (2009) discute si los términos ‘sustancia simple’ y ‘sustancia básica’ son traducciones apropiadas de los términos alemanes ‘''einfacher stoff''’ y ‘''grundstoff''’, respectivamente, tal como fueron empleados por Paneth en su versión original. Por su parte, Scerri (2012) sugiere una posible crítica al trabajo de este autor, con el propósito de aclarar una cierta confusión en la relación existente entre los conceptos de sustancia básica, sustancia simple y elemento. Considera que la distinción de Paneth, tal como fue presentada, puede inducir a interpretar que “elemento” es la entidad fundamental, y que “sustancia básica” y “sustancia simple” son, de alguna manera, nociones derivadas de la noción más fundamental de “elemento”. Scerri introduce entonces el término ‘sustancia simple combinada’ para referirse a las sustancias compuestas por más de un elemento. Esto le permite resaltar que la noción de sustancia básica subyace tanto a la sustancia simple como a la sustancia simple combinada. Y afirma entonces que el sistema periódico, si bien se ordena a partir de los elementos concebidos como sustancias básicas, incluye asimismo a las sustancias simples combinadas, las cuales manifiestan asimismo periodicidad (reactividad química, propiedades físicas, etc.).
 
La naturaleza dual del concepto de elemento es resistida por algunos filósofos contemporáneos de la química desde posturas alternativas (Hendry 2006b, Needham 2006b, Vihalemm 2011). Estos autores, en líneas generales, niegan cualquier sentido metafísico a los elementos, y proponen superar las dificultades encontradas mediante una nueva perspectiva conceptual que incluye, en ciertos casos, una nueva terminología.
 
La pregunta sobre si los elementos como “sustancias básicas” deben considerarse como átomos neutros, átomos unidos o como elementos macroscópicos caracterizados por sus números atómicos concentran también las discusiones. Estas reflexiones filosóficas conducen naturalmente a las siguientes preguntas: ¿Qué representa tabla periódica actualmente? ¿Los elementos concebidos como “sustancias básicas” o los elementos concebidos como “sustancias simples” en el estado estándar de temperatura (298 K) y de presión (1 atm)? Como vemos, una buena cantidad de trabajo resta aún por hacer.
 
 
==Fundamentos de la Tabla Periódica==
 
La tabla periódica de los elementos es uno de los principales íconos de la ciencia contemporánea. El sistema periódico, que subyace a la tabla periódica, es una de las grandes ideas de la química ya que proporciona la manera de entender cómo los elementos reaccionan entre sí y ayuda a explicar las propiedades de los mismos.
 
Con la activa participación de químicos, físicos, historiadores, filósofos de la química y, en algunos casos, de científicos amateurs, varios son los temas en discusión, a saber: ¿Cuál es el origen de la tabla periódica? ¿Hay una mejor forma de presentar los elementos en el sistema periódico? ¿Puede la tabla periódica ser reducida a la mecánica cuántica? ¿Cuáles son las posiciones adecuadas para el hidrógeno y el helio? ¿Qué elementos deben formar el grupo 3? ¿Cuál es el papel de las tríadas de número atómico? ¿Cuál es el estatus de la ley periódica? A continuación, presentamos brevemente algunos de los debates sobre estos temas.
 
 
===El problema de la forma óptima===
 
A poco más de 140 años de la publicación de la primera tabla periódica de Mendeleev, se han presentado más de mil variantes de la misma; la forma de la tabla periódica es aún hoy objeto de interminables debates en el plano epistemológico. El punto central consiste en si existe una mejor manera de ubicar los elementos o, en otras palabras, si es posible una mejor representación de la periodicidad.
 
Algunos investigadores como Stewart, Rich y Laing afirman que es inútil tratar de encontrar una única representación de los elementos que dé cuenta de todas las relaciones importantes entre ellos. La mejor representación es sólo una cuestión de conveniencia y convención (Stewart 2005). Este punto de vista instrumentalista fue desafiado durante varios años por Eric Scerri (2007), quien defendió una posición realista, según la cual debe existir una mejor manera de ordenar los elementos en grupos de columnas, y es tarea de los filósofos de la química tratar de encontrar dicha forma óptima. Naturalmente, esto implica que algunas presentaciones del sistema periódico son superiores a otras. Sin embargo, Scerri abandonó finalmente la insistencia en dicha idea. Pero entonces, una pregunta clave es: ¿Cuál es la posición de la IUPAC con relación a los múltiples diseños existentes de la tabla periódica? ¿Existe alguna recomendación sobre el tema? La opinión de la División de Representación de la Estructura y Nomenclatura Química es clara: la IUPAC reconoce que una sola tabla no se ajusta a todos los usos; por tanto, avala la proliferación de representaciones del sistema periódico. Asimismo, la tabla periódica como la conocemos hoy día (Figura 1) es un ícono a menudo asociado con la IUPAC, aunque erróneamente: esto significa que ninguna forma específica de la tabla periódica ha sido aprobada por dicha institución (Leigh 2009).
 
Se ha sugerido que una base más satisfactoria para la representación del sistema periódico se alcanzaría si se comenzara cada período con valores de ''n'' + ''l'' (la suma de los dos primeros números cuánticos), en lugar de utilizar solamente ''n'', ya que ''n ''+'' l'' posee un estatus más fundamental (véase Figura 2). A pesar de la tradicionalmente aceptada representación bidimensional, algunos autores han cuestionado este punto de vista al proponer representaciones tridimensionales, lo cual deja de lado el tradicional concepto de ‘tabla’. Una de ellas, denominada “Árbol de los Elementos”, fue propuesta por Fernando Dufour en 1990, y destaca ciertas similitudes químicas no incluidas en la tabla de dos dimensiones. En 2005 Stewart diseñó la representación del sistema periódico como un espiral tridimensional, conocida como “Galaxia Química”, cuya ventaja radica en la eliminación de los espacios entre los gases nobles y los metales alcalinos, como en la tabla periódica tradicional, enfatizando así la continuidad entre los elementos.
 
Una tabla que actualmente concentra la atención de los expertos es la denominada “tabla periódica de escalón izquierdo", propuesta por el ingeniero francés Charles Janet en 1929 y diseñada según un criterio estético (Figura 2). Esta tabla fue revivida por el educador en química Gary Katz en 2001 (Katz 2001).
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<center>Figura 1. Tabla periódica convencional, de longitud media o de 18 columnas</center>
[[File:image032.jpg|center]]
<center>Figura 2. Tabla periódica de escalón izquierdo</center>
 
A diferencia de la tabla periódica tradicional,
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