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El trabajo de Heitler y London fue considerado como la demostración de la base mecánico cuántica del enlace químico. De acuerdo con Harris (2008), este trabajo ha constituido la base del argumento según el cual la química puede ser teóricamente reducida a la física. Pese a la amplia aceptación del trabajo inicial de Heitler y London, Linus Pauling fue el responsable de popularizar el enfoque EV dentro de la química. En particular, la generalización a las moléculas poliatómicas se debió a los trabajos de Pauling, John C. Slater, Henry Eyring, Michael Polanyi y George Wheland.
===La teoría del orbital molecular===
Al mismo tiempo que se desarrollaba la EV, surgió un enfoque alternativo para explicar el enlace químico. La teoría del orbital molecular se basaba en dos supuestos fundamentales. El primero de ellos, denominado campo autoconsistente (SCF por sus siglas en inglés), considera que para un electrón cualquiera su distribución de carga media es exactamente igual a la obtenida cuando de la ecuación de Schrödinger se toma el campo potencial como debido a las cargas de los núcleos y al promedio de la carga de los otros electrones. Para obtener la función de onda de un electrón se requiere asumir la función de onda de los otros, y para encontrarla es necesaria una segunda suposición: cuando un electrón está cerca de un núcleo particular en un sistema molecular, todas las fuerzas que actúan sobre él son debidas a ese núcleo y a los electrones cercanos al mismo. La función de onda de ese electrón es muy aproximada a la función de onda del átomo aislado. Para representar estas dos características básicas de la OM, la manera más apropiada para generar una función de onda molecular para cada electrón es mediante una ''combinación lineal de orbitales atómicos'' (CLOA). Esta función de onda se denomina orbital molecular y de ahí debe su nombre la teoría. La misma se debió principalmente a la obra de Friedrich Hund y Robert Mulliken, con importantes contribuciones de John Lennard-Jones, Erich Hückel y Charles Coulson.
En el caso de la molécula de hidrógeno los dos orbitales atómicos (1''s'') del estado basal se pueden combinar de dos maneras diferentes. La primera combinación Ψ<sup>''s''</sup> da como resultado una función simétrica con respecto al plano de los dos núcleos, y la segunda Ψ<sup>''a''</sup> da como resultado una función antisimétrica:
<center>Ψ<sup>''s''</sup> = Ψ''a'' + Ψ''b'' o Ψ<sup>''a''</sup> = Ψ''a'' - Ψ''b''</center>
La combinación simétrica es de menor energía que la de los orbitales atómicos 1''s'' del hidrógeno separados; por ello, en este caso, el orbital molecular se denomina de ''enlace''. Cuando la combinación es antisimétrica el orbital molecular es de ''antienlace''. Los electrones en una molécula descrita por la OM son añadidos de forma adiabática al sistema molecular, de tal manera que primero ocupan los orbitales moleculares de menor energía y, dado el principio de exclusión de Pauli, sólo pueden ocupar orbitales moleculares un par de electrones que tengan espín contrario. Según la OM, la combinación de orbitales moleculares que son ocupados por diferentes electrones es la mejor manera de describir una ecuación de onda para la molécula de hidrógeno, en la cual los dos electrones se encuentran en el orbital molecular de enlace Ψ
<center>Ψ = Ψ(1) Ψ(2) = [Ψ<sub>''a''</sub>(1) + Ψ<sub>''b''</sub>(1)] [Ψ<sub>''a''</sub>(2) + Ψ<sub>''b''</sub>(2)]</center>
A diferencia de la descripción que brinda la EV, en la OM un solo electrón puede describir la función de onda de un sistema molecular. Este es el caso de un orbital molecular ocupado por un electrón en la molécula H<sub>2</sub><sup>+</sup>, el cual permite asociar un mismo electrón a dos núcleos atómicos diferentes.
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, 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.
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