¿Quién unió la Física y la Química?
Por Lorenzo Hernández • 16 Nov, 2011 • Sección: Hablar de Ciencia, Preguntas con RespuestaEl alumnado de 3º, 4º y 1º de Bachillerato, estudia Física y Química en una sola asignatura. En 2º de Bachillerato ya se separan para profundizar en ambas materias. Si hemos conseguido, motivándolo, que algún alumno opte por estudiar la carrera de Química, por ejemplo, observará que tendrá asignaturas de Física y otras de Química, que a su vez se dividen en Química Orgánica, Inorgánica, Analítica, Instrumental, Mecánica, etc.
Pero hay una asignatura llamada Química Física que las une otra vez. ¿Quién está detrás de esta misteriosa reconciliación? Los que la hemos estudiado sabemos que trata sobre termodinámica. Como no, el calor tenía que estar detrás de esta unión. Al igual que el calor (en el lenguaje cotidiano) es lo que hace que nos reunamos cuando hace frío en cafeterías, en casas, en el sofá tapados con una manta o en la cama, el calor (en el lenguaje científico) es el que unió a estas dos ramas que inventamos y separamos para poder estudiar mejor la naturaleza.
Asimov, en su Breve historia de la química, relata cómo el calor y el químico ruso-suizo Germain Henri Hess unieron la Física y la Química para siempre.
En los siglos XVII y XVIII, los mundos de la química y la física parecían mutuamente bien delimitados. La química era el estudio de aquellos cambios que implicaban alteraciones en la estructura molecular. La física era el estudio de los cambios que no implicaban dichas alteraciones.
En la primera parte del siglo XIX, mientras Davy se ocupaba en alterar la ordenación molecular de los compuestos inorgánicos y Berthelot en alterar la de los compuestos orgánicos, los físicos estaban estudiando el flujo de calor. Este estudio del flujo de calor se denominó termodinámica (de las palabras griegas que significan «movimiento de calor»).
Sobresalientes en este campo fueron el físico inglés James Prescott Joule (1818-89) y los físicos alemanes Julius Robert von Mayer (1814-78) y Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz (1821-94). En la década de 1840 su trabajo puso en claro que en las vicisitudes sufridas por el calor y otras formas de energía, no se destruye ni se crea energía. Este principio se llamó la ley de conservación de le energía, o primer principio de la termodinámica.
Vinieron después los trabajos del físico francés Nicolás Léonard Sadi Carnot (1796-1832), del físico inglés William Thomson, posteriormente Lord Kelvin (1824-1907), y del físico alemán Rudolf Julius Emanuel Clausius (1822-88). Se demostró que el calor, abandonado a sí mismo, fluye espontáneamente desde un punto a mayor temperatura hacia otro a menor temperatura, y que a partir del calor se puede obtener trabajo solamente cuando existe tal flujo de calor a través de una diferencia de temperaturas. Esta inferencia fue generalizada para aplicarla a cualquier forma de energía que fluye desde un punto de mayor intensidad hacia otro de menor intensidad.
Clausius ideó en 1850 el término entropía para designar la proporción entre el calor contenido en un sistema aislado y su temperatura absoluta. Demostró que en cualquier cambio espontáneo de energía la entropía del sistema se incrementa. Este principio se llamó segundo principio de la termodinámica.
Tales avances en el terreno de la física no podían aislarse de la química. Después de todo, aparte del Sol, la mayor fuente de calor en el mundo del siglo XIX residía en reacciones químicas como la combustión de la madera, carbón o petróleo.
Otras reacciones químicas también desarrollaban calor, como por ejemplo, la neutralización de ácidos por bases. De hecho, todas las reacciones químicas implican algún tipo de transferencia térmica, bien de emisión de calor (y a veces de luz) al entorno, bien de absorción de calor (y a veces de luz) desde el entorno.
En 1840 los mundos de la química y de la física se unieron y comenzaron a marchar juntos con el trabajo de un químico ruso-suizo, Germain Henri Hess (1802-1850). Hess dio a conocer los resultados de cuidadosas medidas que había tomado sobre la cantidad de calor desarrollada en las reacciones químicas entre cantidades fijas de algunas sustancias. Logró demostrar que la cantidad de calor producida (o absorbida) en el paso de una sustancia a otra era siempre la misma, no importando por qué ruta química había ocurrido el cambio, ni en cuántas etapas. Debido a esta generalización (ley de Hess), Hess es considerado en ocasiones como el fundador de la termoquímica (química del calor).
Basándose en la ley de Hess, parecía altamente probable que la ley de conservación de la energía se aplicase tanto a los cambios químicos como a los cambios físicos. En realidad, generalizando más, las leyes de la termodinámica debían cumplirse probablemente tanto en la química como en la física.
Esta línea de experimentación y razonamiento sugería que las reacciones químicas -como los procesos físicos- tienen una dirección inherente y espontánea en la que la entropía crece. Pero la entropía es una cantidad difícil de medir directamente, y los químicos buscaron otro criterio más simple que pudiera servir como medida de esa «fuerza impulsora».
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