Filosofía de la química

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<center>Figura 2. Tabla periódica de escalón izquierdo</center>
A diferencia de la tabla periódica tradicional,en la tabla periódica de escalón izquierdo el helio se ubica encabezando los metales alcalino-térreos. Como resultado, todos los elementos de este grupo tienen dos electrones en la capa de valencia. Una segunda característica es que el bloque ''s'' completo se ha desplazado a la derecha y el helio es parte de él. Sin embargo, que dicho elemento se encuentre fuera del grupo de los gases nobles es considerado desagradable por algunos químicos. Aunque no hay duda de que este elemento debe integrar el grupo de los alcalino-térreos según su configuración electrónica, algunos químicos han rechazado esta estrategia al afirmar que el principal objetivo de la tabla periódica es representar las propiedades químicas de los elementos y no sus configuraciones electrónicas; actualmente existe un intenso debate al respecto (Scerri 2013, Labarca 2013, Tsimmerman 2013). Otra característica que posee la tabla de Janet es que los lantanoides y actinoides se incorporan al cuerpo principal de la misma. Una de las virtudes de su diseño es que muestra una forma regular, evitando así “huecos” entre grupos de elementos, como el existente entre berilio y magnesio con boro y aluminio, tal como se presenta en la tabla periódica convencional. Además, la tabla convencional muestra un primer periodo de sólo dos elementos (hidrógeno y helio); por el contrario, en la representación de Janet todas las longitudes de periodo se repiten según la secuencia 2, 2, 8, 8, 18, etc.   ===La ubicación del hidrógeno y del helio=== Generaciones de químicos y físicos han debatido acerca de la mejor ubicación del hidrógeno y del helio en el sistema periódico. En relación con el hidrógeno, las opciones usualmente consideradas son: a) en el grupo 1 (metales alcalinos), ya que posee un electrón en la capa de valencia; b) encabezando el grupo 17 (halógenos), dado que los átomos de hidrógeno pueden formar iones negativos, al igual que los elementos de ese grupo; c) en el grupo 14, el grupo del carbono, dado que el hidrógeno muestra la mitad de su capa de valencia completa (2 electrones), al igual que el carbono (4 electrones); o bien por su electronegatividad; y finalmente, d) “flotando” sobre el cuerpo principal de la tabla debido a las dificultades para integrar un grupo en particular. La posición del helio en la tabla periódica también exhibe inconvenientes. ¿Debería permanecer encabezando la familia de los gases nobles, tal como en la tabla tradicional, o, por el contrario, debería ser parte de la familia de los metales alcalinotérreos de acuerdo con su configuración electrónica? En los últimos tiempos, Scerri (2010, 2011) ha afirmado que el problema de la posición del hidrógeno y del helio tiene una solución correcta. Este autor propuso un nuevo criterio categorial para resolver la cuestión: la preservación o la creación de nuevas tríadas de elementos. Scerri recupera la idea de tríadas de elementos, propuesta por Johann Döbereiner en 1817, pero ahora con el número atómico en lugar del peso atómico. El resultado de la aplicación de este criterio es que el helio debe permanecer entre los gases nobles, dada la tríada “perfecta” de números atómicos He(2), Ne(10), Ar(18). A su vez, el hidrógeno se convierte en parte de los halógenos, de acuerdo con la tríada H(1), F(9), Cl(17). Sin embargo, el estatus epistemológico de las tríadas de elementos como criterio para resolver esta cuestión es actualmente motivo de controversia.  ===Los elementos en el grupo 3=== Otro debate en curso es el que se centra en los elementos que deben integrar el grupo 3. Las tablas periódicas tradicionales incluyen los elementos escandio (21), itrio (39), lantano (57) y actinio (89). Sin embargo, algunos químicos y filósofos de la química consideran que los dos últimos elementos deben sustituirse por lutecio (71) y lawrencio (103). Esta modificación ha sido sugerida apelando tanto a sus propiedades físicas y químicas (Jensen 1982, 2015), como al enfoque de las tríadas de elementos, dada la tríada “perfecta” Y(39), Lu(71), Lw(103) (Scerri 2011). Esta propuesta se ha aplicado ya en muchos libros de texto y en nuevos diseños de tablas periódicas, aunque todavía se aprecia cierta resistencia a tal sustitución (Clark y White 2008, Lavelle 2008).   ===La reducción de la tabla periódica=== Dos son las perspectivas actuales sobre el problema de la reducción de la tabla periódica. La primera de ellas adopta un enfoque matemático que apela a los estudios periódicos de la similitud, la teoría de grupos y la teoría de la información. El resultado de estos estudios está comenzando a analizarse. El segundo enfoque se centra en la aplicación de la mecánica cuántica a la tabla periódica. Scerri (2012) señala que la teoría cuántica proporciona sólo una explicación parcial de la forma de la tabla periódica, ya que, si bien es posible predecir ciertas propiedades individuales de los elementos, no permite capturar propiedades globales tales como la pertenencia de los elementos a ciertos grupos y las relaciones entre ellos. La idea de las configuraciones electrónicas como responsables de las propiedades químicas de los elementos es casi un dogma que generaciones de estudiantes debe aprender. Sin embargo, Scerri hace hincapié en que este enfoque no es apropiado, por ejemplo, para decidir el lugar del hidrógeno y del helio o bien los elementos que pertenecen al grupo 3, como se ha señalado.  Por otra parte, el conjunto de los cuatro números cuánticos (''n'', ''l'', ''m'', ''s'') predice que las capas atómicas pueden contener un máximo de 2, 8, 18 o 32 electrones, lo que está de acuerdo con la longitud de los períodos de la tabla. Sin embargo, la mecánica cuántica no justifica la repetición de las longitudes de los periodos, excepto el primero. En este sentido, es interesante destacar el debate actual sobre el estatus de la regla de Madelung, la cual brinda el orden de llenado de los orbitales de átomos en fase gaseosa, a saber:  <center>1''s'' < 2''s'' < 2''p'' < 3''s'' < 3''p'' < 4''s'' < 3''d''… </center> ¿Se ha derivado esta regla a partir de primeros principios (''ab initio'')? Si así fuera, habría un fuerte argumento para apoyar el punto de vista reduccionista. Pero mientras que algunos autores afirman que el objetivo se ha alcanzado, otros señalan que la regla de Madelung es sólo una regla semiempírica (Scerri 2012). El químico teórico Eugen Schwarz (2007) ha señalado que esta regla es relativamente poco importante en el mundo químico, ya que se diseñó para átomos neutros, libres y no unidos químicamente mientras que la atención debería dirigirse, por el contrario, a los átomos unidos.  ==Clases naturales en química== La química es probablemente la disciplina paradigmática para estudiar clases naturales y al presente casi ha reemplazado a la biología en el estudio de este tema. En efecto, en la última década los debates se han centrado en el estudio de los elementos y compuestos químicos. La cuestión central en este contexto es: ¿son las clases naturales genuinamente naturales o meramente convencionales? En el contexto de la química, la pregunta sobre la existencia de las clases naturales ha estado estrechamente vinculada con la evaluación del microestructuralismo, la tesis según la cual las clases químicas pueden ser individuadas exclusivamente en términos de su microestructura (van Brakel 2000, Hendry 2008b, Needham 2011). El debate sobre las clases naturales ha estado marcado por dos perspectivas: el convencionalismo y el esencialismo. Según el primero, las clases naturales son meras agrupaciones convencionales de particulares, es decir, responden a criterios puramente humanos que no implican un correlato natural. Los convencionalistas pueden aceptar que la ciencia emplea ciertas clases, pero conciben la elección particular como una mera decisión conveniente que depende de los propósitos particulares, y que puede ser reemplazada cuando las circunstancias cambian. Por su parte, el esencialismo concibe a las clases naturales como poseedoras de esencias, esto es, una propiedad o un conjunto de propiedades que las identifica como tales. Mientras que el esencialismo fue una marca de la filosofía clásica, el convencionalismo se impuso durante el siglo XX a la luz del rechazo de la metafísica instaurado por el positivismo lógico del Círculo de Viena. No obstante, debido a algunas dificultades que enfrentó la perspectiva convencionalista, y también debido a la disminución de la influencia del positivismo lógico, el esencialismo experimentó un renacimiento durante los años ‘70 y los comienzos de los años ‘80, sobre todo en relación con las clases naturales. En la década de 1970, Kripke y Putnam desarrollaron una teoría de la referencia para los términos de clase natural, según la cual la referencia de los términos de clase está dada por propiedades esenciales descubiertas por la investigación científica.  Estos autores asumieron que la extensión del nombre de un elemento está determinada por su carga nuclear, en tanto propiedad microestructural descubierta por la ciencia. La esencia de todo aquello denotado por ‘oro’ es ser el elemento con número atómico 79. Un punto importante aquí es que la extensión de un término de clase está determinada por propiedades que los propios usuarios pueden ignorar. De hecho, antes del descubrimiento de la carga nuclear en las primeras décadas del siglo XX como criterio unívoco para identificar un elemento, los químicos fueron capaces de hacerlo por medio de las propiedades macroquímicas y las propiedades físicas, vale decir, sin conocer la estructura atómica. Sin embargo, según Kripke y Putnam, el descubrimiento del número atómico tiene prioridad explicativa: decir que ‘oro’ se refiere a la materia con número atómico 79 es el resultado de un descubrimiento empírico en lugar de una reconceptualización de la referencia del término. La alternativa supuestamente dicotómica entre esencialismo y convencionalismo está anclada en el corazón de la química. De hecho, el ejemplo paradigmático en los argumentos de Kripke y Putnam es ‘agua es H<sub>2</sub>O’ o ‘agua = H<sub>2</sub>O’, un ejemplo acríticamente aceptado en general por la mayoría de los filósofos del lenguaje. El esencialismo en química toma así la forma de microstructuralismo. Este enfoque parece funcionar para los elementos químicos, ya que el número atómico es suficiente para identificar el elemento. Sin embargo, cuando el microstructuralismo se extiende de los elementos a los compuestos, las dificultades comienzan. Un compuesto químico se identifica principalmente por sus elementos constitutivos. Por ejemplo, el metano (CH<sub>4</sub>) es aquel compuesto que consiste de un átomo de carbono y cuatro átomos de hidrógeno. Sin embargo, la identificación de un compuesto sólo por su composición está seriamente cuestionada por el fenómeno de isomería, descubierto por Woehler en 1827. Por ejemplo, el ácido fulmínico y el ácido ciánico comparten la misma fórmula molecular CHNO, pero sus diferentes propiedades químicas y físicas hacen de ellos diferentes sustancias. En consecuencia, la existencia de isómeros muestra que la fórmula molecular no es suficiente para clasificar elementos. La microestructura de los compuestos químicos se refiere no sólo a los átomos en las moléculas, sino también a su disposición espacial. Needham y van Brakel argumentan que compuestos como el agua pueden tener una estructura dinámica que no puede ser descrita adecuadamente por sus fórmulas de composición química; en otras palabras, el agua no puede ser considerada como un compuesto formado por una colección de moléculas de H<sub>2</sub>O. Hendry lleva el argumento un paso más allá cuando subraya que cualquier muestra de agua líquida, incluso pura, contiene no sólo moléculas de H<sub>2</sub>O sino también H<sub>3</sub>O<sup>+</sup> e iones HO<sup>-</sup>. En la misma dirección, Needham y van Brakel han argumentado, en contra de los argumentos de Kripke y Putnam, que es posible utilizar las propiedades macroscópicas (ej. el punto triple) para identificar sustancias sin necesidad de apelar a las esencias microestructurales. Esto sería suficiente para rechazar la afirmación según la cual las microdescripciones son necesarias para identificar las sustancias químicas. El concepto clásico de sustancia química, señala Needham, es, al igual que la temperatura, un concepto macroscópico cuyo sentido está determinado por criterios que descansan sobre la teoría macroscópica, principalmente la termodinámica.  ==Conclusiones y Perspectivas== No mucho tiempo atrás la filosofía de la química seguía esperando reconocimiento como una legítima subdisciplina de la filosofía contemporánea de la ciencia. Como consecuencia de ello, en las reuniones académicas los filósofos de la química solían ser confinados a las sesiones de filosofía de la física. Esta situación se ha revertido casi completamente hoy. El creciente interés de los químicos, historiadores y filósofos de la ciencia en los problemas del mundo químico condujo a la filosofía de la química a ganar un fuerte impulso. Más allá de los temas tratados aquí, una amplia variedad de tópicos relacionados con la química son objeto de reflexión filosófica. Entre ellos se puede citar el estatus de las leyes y teorías químicas, modelos y explicaciones en química, el surgimiento de la química matemática, el problema de la visualización, la cuestión de la ética en química, así como temas metodológicos tales como experimentación, instrumentación y síntesis química. La nanotecnología es también un tema de creciente interés, en el que la química está particularmente involucrada (Schummer y Baird 2006). Por otra parte, en los últimos años las reflexiones filosóficas sobre la química han sido redescubiertas en obras clásicas de autores como Aristóteles, Kant, Hegel, Duhem, Bachelard y Cassirer, así como en renombrados químicos como Brodie, Ostwald, Polanyi, Wald, Caldin, Lavoisier, Paneth y Mendeleev, entre otros. Es de esperar, entonces, que esta amplia pluralidad de temáticas no sólo garantice el definitivo establecimiento social de la filosofía de la química, sino también una comprensión más profunda de una fascinante ciencia natural como la química.  ==Bibliografía== Adúriz-Bravo, Agustín, Martín Labarca y Olimpia Lombardi. 2014. “Una noción de modelo útil para la formación del profesorado de química”. En ''Avances en Didáctica de la Química: Modelos y Lenguajes'', editado por Cristian Merino, Agustín Adúriz-Bravo y Marcela Arellano, 37-49. Valparaíso: Pontificia Universidad Católica de Valparaíso. Ball, Philip. 2011. “Beyond the bond”. ''Nature'' 469: 26-8.  Bishop, Robert. 2005. “Patching physics and chemistry together”. ''Philosophy of Science'' 72: 710-22. Cerro, Mónica, y Gabriel Merino. 2009. “¿Moléculas sin esqueleto? La oportunidad perfecta para revisar el concepto de estructura molecular”. ''Educación Química'' XX: 187-91. Clark, Roy W., y Gary D. 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