La Química, una ciencia… …milenaria Analizando el origen de la vida, es fácil percatarse de que el papel que ha jugado la Química ha sido esencial. No sólo porque han sido procesos químicos y nucleares los que han permitido la aparición de todos y cada uno de los elementos que se encuentran ordenados en el sistema periódico, sino porque las interacciones y reacciones químicas han sido las responsables de que esos elementos se unan unos a otros hasta crear las moléculas que nos constituyen a nosotros mismos y a todos los objetos que nos rodean. Centrándonos en la Historia de la civilización, el hombre siempre ha buscado de procesos y materiales que mejoren su calidad de vida. Dentro de los procesos, el descubrimiento del fuego ocupa un lugar preferente. El fuego no es más que la manifestación extrema de un proceso en donde se libera calor (en este caso, la calcinación de la madera para formar ceniza). Sin embargo, su uso permitió no solo mejorar la comodidad de los primitivos hogares cuando las temperaturas eran muy bajas, sino que supuso un avance en la consumición de alimentos previamente cocinados. Por su parte, la búsqueda de nuevos materiales tuvo como máximo exponente la sucesiva utilización de metales como el hierro, el cobre y aleaciones como el bronce (cobre más estaño). Con estos nuevos materiales, se abrió la posibilidad a utilizar armas de caza más efectivas, recipientes donde cocinar los alimentos y, en último caso, dar rienda suelta a la creatividad durante el tiempo libre de nuestros primitivos antepasados.
Acercándonos bastante más a nuestra época actual, el antecedente más inmediato de la Química nos lo encontramos en las prácticas alquímicas que se extienden a lo largo de toda la Edad Media, hasta bien entrado el siglo XVII. La Alquimia supuso uno de los movimientos de pensamiento más oscuros en la Historia de la Ciencia. Hoy en día sabemos que los alquimistas tenían como principal objetivo conseguir la transmutación de los metales, es decir, transformar un metal cualquiera en oro. Como es lógico, tales planes hicieron que los alquimistas adquirieran fama de magos y hechiceros, cosa que también fue fomentada por ellos mismos. Durante siglos, muchos fueron los alquimistas que dedicaron su vida a este fin, con resultados para todos los gustos, pues muchos de ellos murieron en sus propios laboratorios a consecuencia de explosiones e incluso por el hecho de probar las mezclas obtenidas (tradición bastante arraigada en la época). Algunos de ellos llegaron a afirmar que habían conseguido la transmutación y la obtención de oro, pero estudios a lo largo de muchos años han llegado a la conclusión de que lo que realmente habían obtenido eran mezclas de tonalidades doradas y de densidades parecidas a las del oro, pero que no era propiamente oro. Sin embargo, muchos de los estudios teóricos llevados a cabo por alquimistas son un auténtico misterio hoy en día, puesto que los alquimistas se comunicaban entre ellos a través de tratados en donde no aparecía prácticamente ni una sola línea explicando el procedimiento seguido, sino solo grabados y dibujos en donde cifraban un mensaje solo conocido por ellos. De ahí que digamos que fue un movimiento muy oscuro y cerrado, si bien permitió
aportar a la futura Química una base de instrumentos y operaciones perfeccionadas en el tiempo que fue más que notable. La gran ruptura con las actividades clandestinas, y con un método negado con la universalidad inherente a toda ciencia, la llevó a cabo Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794), químico francés que con toda justicia se le llama “padre de la Química moderna”. Lavoisier supuso la sistematización del trabajo en el laboratorio, el uso constante y adecuado de la balanza, la anotación minuciosa de todos los datos, la creación de una nomenclatura que fuera común para todos los químicos del mundo. Por no hablar de sus trabajos importantísimos con el oxígeno y diversas reacciones químicas, que le llevaron a los que seguramente sean sus grandes logros: enunciar el principio de la conservación de la masa, y desterrar la teoría del flogisto (heredada todavía de la alquimia, según la cual la materia estaba constituida en parte por este compuesto que no se podía captar nunca, lo cual ya demuestra su falta de criterio científico). A partir de Lavoisier, la Química ha estado en perpetuo avance, aportando permanentemente productos que la sociedad ha sabido aprovechar, en la mayoría de las ocasiones, en beneficio de todos (como es el caso de compuestos que van desde el amoniaco hasta la lejía, pasando por el importantísimo sector de los polímeros). Sin embargo, pese a que se puede pensar que la Química es una ciencia anticuada, nada más lejos de la realidad. Podemos afirmar sin ningún riesgo que la Química es una ciencia…
…evolucionada… •
…en sus laboratorios Los laboratorios son el lugar de trabajo de buena parte de los químicos y en donde el progreso de esta ciencia tiene su máxima expresión. En los últimos años, la evolución de los laboratorios ha sido enorme, no sólo por la calidad de los instrumentos que se manejan, sino también por la necesidad de cumplir una serie de normas de seguridad establecidas por ley. Como ejemplo, tenemos una foto de cómo eran los laboratorios en los años 40, y cómo son en la actualidad.
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…en sus instrumentos Si los laboratorios son el lugar de trabajo por excelencia, el correcto uso de los instrumentos y la evolución de los mismos es la exigencia a la que deben saber responder los químicos. En las últimas décadas, los instrumentos de análisis, por ejemplo, han conseguido determinar con más precisión y exactitud la concentración de diversas sustancias en una gran cantidad de muestras. De esa precisión y exactitud depende, por ejemplo, que podamos hacer análisis de sangre con una fiabilidad del 100%. Como ejemplo de esta evolución ponemos un grabado
antiguo en donde se muestra un aparato de destilación, enfrentado a cómo son hoy en día estos dispositivos.
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…en la calidad de los datos experimentales Como ya comentamos en el apartado de los instrumentos, los datos experimentales obtenidos por los químicos son cada vez más precisos y exactos. A ello ayuda la introducción de los ordenadores y de programas informáticos de análisis de datos, que aportan unos resultados muchísimo mejores y con una rapidez asombrosa. Por ejemplo, existen técnicas de análisis en donde la concentración de una especie viene determinada por el área que hay debajo de un pico como el que se muestra en la figura de abajo, lo cual no es ni más ni menos que aplicar la definición de integral. Antiguamente, la solución pasaba por recortar el pico impreso en un papel especial y pesarlo, para poder hacer una comparación con otros picos en función de la masa. Sin embargo, con la introducción de los programas informáticos, el ordenador puede ofrecer en menos de un segundo el área de todos los picos que queramos con una cantidad más que considerable de decimales (además de poder ofrecer resultados mucho más estéticos, cambiando los colores de los picos, nombrándolos, poniendo los datos en tablas organizadas…)
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…en sus fundamentos Toda ciencia se sustenta sobre una serie de principios, y en el caso de ciencias como la Física o la Química, estos principios tienen que demostrarse por medio de la experiencia. Entre los fundamentos más básicos de la Química se encuentra la existencia del átomo, algo que hoy se da por supuesto, pero que no siempre fue así. El primer antecedente del átomo como constituyente elemental de la materia nos lo encontramos en la filosofía de Demócrito, a partir del cual se creó la corriente del atomismo. Sin embargo, tal proposición constituía un postulado, corroborado por John Dalton en el siglo XIX. No obstante, esta visión no quedó indubitablemente corroborada hasta hace pocos años, cuando, gracias al desarrollo de microscopios cada vez más potentes, se consiguió ver y mover selectivamente átomos. En la imagen de abajo, podemos ver cómo con átomos de He sobre una superficie metálica y a temperaturas y presiones bajísimas, se pudo ir moviendo a los átomos hasta crear el logo de una famosa empresa de electrónica. Este caso constituye una excelente conclusión a todos los aspectos que hemos visto anteriormente.
Demócrito
John Dalton
“Moviendo átomos”
…omnipresente “Todo es Química”. Ésta es una de las máximas que a lo largo de las últimas décadas determinados sectores científicos han utilizado para intentar mejorar la percepción que la sociedad tiene de la Química. Vamos a demostrar que en el fondo, tal máxima esconde una gran verdad. Pensemos, por ejemplo, en el agua del grifo que todos los días utilizamos para beber, fregar los platos, lavarnos los dientes, cocer alimentos, etc. Sin duda alguna, la potabilización del agua ha sido uno de los grandes logros de la Humanidad, y en donde la Química juega un papel esencial. Sin este proceso, numerosas enfermedades todavía seguirían asolando por medio de epidemias a la población, y el grado de bienestar estaría a años luz del que hoy en día tenemos. Agentes como el cloro o los alguicidas permiten que aguas embalsadas puedan ser consumidas por las personas. Por eso, no siempre somos justos cuando nos quejamos del sabor que puede tener el agua. Seguro que muchas personas antes, habrían dado mucho por poder disponer de agua potable, aunque tuviera un cierto sabor por la presencia de agentes químicos que nos garantizan la salubridad de la misma. Pero la Química también juega un papel importantísimo en otro proceso que cada día se esta haciendo más acuciante por la escasez de recursos hídricos ante una población en crecimiento: el reciclado del agua. Sin duda, en un futuro no muy lejano, será necesario reciclar buena parte del agua que utilizamos, para poder volver a utilizarla en actividades que puedan tolerar su uso, evitando así el gasto de agua potable que pueda usarse con mejores fines Otro ejemplo que podemos utilizar es el de los agentes químicos que nos garantizan la estabilidad de las cosechas, que cada vez son mayores para poder abastecer a una población en crecimiento. Dentro de estos agentes, los fertilizantes, abonos químicos y pesticidas son los ejemplos más importantes, y los que, es absurdo negar, tienen una peor prensa. Qué duda cabe que el empleo de estos agentes acaba afectando al sabor y calidad de buena parte de los alimentos que se cultivan con su uso. Pero es evidente que el volumen de las cosechas a lo largo de todo el año sin su empleo, sería muy inferior. Además, sin el uso adecuado y según establezcan las leyes de pesticidas, crearía una gran inseguridad en el abastecimiento en caso de aparecer diversas plagas que asolan en muy poco tiempo la cosecha de todo un año. Siguiendo con la alimentación, la evolución del mercado en las últimas décadas muestra una clara tendencia hacia el consumo preferente de alimentos enlatados o precocinados. En este tema, la Química participa activamente por medio del aporte de estabilizantes, conservantes, colorantes y aromatizantes a
este tipo de alimentos. Sin duda, el debate sobre si tales añadidos son o no saludables y adecuados en la dieta diaria permanecerá abierto indefinidamente y no es objeto de este artículo el exponer las visiones, pero lo evidente es que en una sociedad en donde la cultura del mercado de barrio y de la compra diaria está extinguiéndose en favor del consumo en grandes superficies, sería imposible que los alimentos de nuestras despensas pudieran durar lo suficiente como para ser consumidos en un estado adecuado, acorde al tiempo que éstos suelen estar almacenados. Otro sector donde la ciencia Química está teniendo una participación muy importante es el de la energía. Como vimos anteriormente, el fuego supuso que los alimentos pudieran ser cocinados, y los hogares, calentados. Sin embargo, resultaría tedioso que tras un duro día trabajando/estudiando, tuviéramos que obtener fuego al modo antiguo, ayudándonos de un palo y unas piedras (por no hablar del siempre molesto aire que desbarataría muchos de nuestros intentos). Pero hoy, gracias a la industria petroquímica, una buena parte de los hogares están conectados a redes de combustibles como el gas natural, el butano o el propano, que nos hacen nuestra vida muchísimo más fácil. Tampoco nos podemos olvidar de los combustibles como la gasolina o el gasoil, que mueven a coches, trenes y autobuses. Es evidente, que el uso masivo de estos combustibles ha traído consigo el grave problema de la contaminación y los gases de efecto invernadero, pero la Química, en su faceta más medioambiental, también se preocupa actualmente de aportar nuevos materiales y compuestos que permitan aprovechar fuentes renovables de energía. El caso más importante sin duda es el de las células fotovoltaicas, que aprovechan la energía solar para producir energía. En un país como España, donde hay regiones donde más del 70% de los días está despejado el cielo, esta fuente de energía es más que considerable. El problema que presentan estas células es su bajo rendimiento, de entorno al 6-8%. Es decir, que transforman en electricidad una parte muy pequeña de toda la energía que reciben. Pero actualmente existen muchos grupos de investigación, entre los que ocupan un lugar preferente los Químicos Orgánicos, que están intentando buscar nuevas moléculas y técnicas de síntesis que permitan aumentar este rendimiento hasta, por lo menos, un 12-15%, lo cual ya empezaría a ser una cifra desde la que poder ver la energía solar desde otro punto de vista más rentable. Finalmente, otro ejemplo de cómo la Química está presente en nuestra vida cotidiana lo constituye toda la industria del plástico. Como muestra de que este sector esta viviendo unos tiempos absolutamente revolucionarios, podemos poner como prueba el reciente Mundial de fútbol celebrado en Sudáfrica. En los estadios que fueron sede mundial, se empleó un plástico de última generación capaz de soportar la nada desdeñable cifra de 600Kg de peso en el extremo del mismo, que siempre suele ser la zona más castigada desde un punto de vista mecánico. Pero la innovación también se encuentra en los pigmentos de estos mismos asientos, que también han sido recientemente fabricados con el objetivo de ser mucho más resistentes a las inclemencias atmosféricas y a la propia radiación del sol (curiosamente, una de las principales causas de deterioro de algunos plásticos). Nuevamente, los plásticos constituyen una fuente de debate en torno a su contaminación. Sin duda, la existencia de plásticos que no son biodegradables y que no se someten al proceso adecuado de reutilización, son una rémora para el medioambiente. Pero, nuevamente, la Química está empezando a ofrecer alternativas a esta situación. Quizás el ejemplo más sorprendente, siguiendo dentro del Mundial de fútbol, es el hecho de que muchos combinados nacionales utilizaron camisetas fabricadas a partir de botellas de plástico recicladas. Este proceso de reciclado consistía en extraer de 8 botellas de plástico usadas, los poliésteres que las
componían, para después utilizar los mismos en las fibras que se entretejen en la camiseta. Desde luego sería muy interesante que esta misma técnica se utilizara en las miles de camisetas que se venderán tras el Mundial, pero no dejaría de resultar cuanto menos chocante que unas camisetas obtenidas a partir de botellas usadas lleguen a costar las desorbitadas cifras que se manejan.
…comprometida con la seguridad En la sociedad actual, una de las primeras relaciones que se hace es la de igualar Química con peligro. Sería absurdo negar desde un punto de vista técnico que algunos procesos y productos químicos resultan peligrosos y nocivos para la salud. Sin embargo, el grado de desarrollo de la Química en materia de seguridad ha sido espectacular. Como ejemplos de cómo la Química tiene a la seguridad como uno de sus objetivos permanentes vamos a hablar del etiquetado de los productos químicos. Actualmente, todo producto químico comercializado presenta en el recipiente que lo contiene una etiqueta en donde se resume la información más importante sobre sus propiedades quimicofísicas y sobre precauciones de seguridad. Toda esta información suele disponerse del modo en que se sintetiza en el siguiente esquema:
Entre los símbolos que explican las principales precauciones que hay que tener en su uso, se ha desarrollado un completo decálogo de imágenes (bastante inquietantes, hay que admitirlo) que nos pone sobre aviso. Un resumen de las principales imágenes que es interesante conocer como cultura general son las que se exponen en el siguiente cuadro
Con respecto a los productos químicos que suelen manejarse en un laboratorio, es evidente que bastantes de ellos suponen un cierto riesgo en su manejo. Sin embargo, en los últimos años se han desarrollado numerosos materiales regulados por ley para evitar el contacto y exposición a estos compuestos mientras se trabaja con ellos. Por ejemplo, las campanas extractoras son actualmente el lugar de trabajo típico
dentro de un laboratorio. Estas campanas estancas tienen un sistema extractor de aire, que elimina cualquier gas que pueda formarse durante una reacción. Además, tienen una ventana regulable para manipular los instrumentos que hay en su interior, pero mientras no sea necesario, estas ventanas están cerradas, para que si hay, por caso, una explosión, no haya ninguna proyección de material y reactivos hacia el exterior. Este tipo de materiales de seguridad se ha desarrollado para no renunciar al manejo de determinadas sustancias más o menos tóxicas que son útiles para sintetizar otros compuestos que no son para nada tóxicos, sino beneficiosos para la sociedad. Éste es el caso del benceno (el anillo aromático más famoso), que hasta hace pocos años no se descubrió que era cancerígeno, pero que, sin embargo, es la base de infinidad de compuestos derivados (Como es el caso del ácido acetilsalicílico, que tiene un anillo aromático idéntico al del benceno en su estructura, aunque con diversos grupos sustituyentes) En este sentido, se han desarrollado numerosos índices y catálogos sobre sustancias químicas, en donde se glosan absolutamente toda la información referente a la sustancia, incluyendo, sobre todo, la forma de responder ante un determinado accidente con este compuesto implicado. Entre estos catálogos podemos destacar el de las Fichas Internacionales de Seguridad Química (FISQ). A continuación mostramos una parte de la ficha correspondiente al ácido sulfúrico:
…de impacto económico Un dato característico que diferencia a la Química del resto de ciencias es el hecho de que es la única ciencia pura que tiene asociada una industria de verdadero impacto en el Producto Interior Bruto (PIB) de los países desarrollados. Siendo más concretos, hasta no hace mucho tiempo, la producción de ácido sulfúrico en toneladas por año constituía uno de los indicadores económicos del progreso de un país. Muestra de ello es que países como EEUU producen en torno a 36000 toneladas por año, China, unas 7000, mientras que España suele producir aproximadamente 3400 toneladas, un valor muy próximo a Alemania y Francia (con 3500 y 4700 toneladas respectivamente) Centrándonos en el sector químico europeo, la industria química española supone el 8% del total de ventas llevadas a cabo en la UE-25, siendo por ello la 5ª potencia química europea, mientras que si la extrapolamos al resto del mundo, el puesto que ocupamos es el 8º. Dentro de España, el sector químico es el 4º que aporta más riqueza al PIB, con un volumen de ventas de unos 47.000 millones de euros, lo que supone un 9,3% del PIB.
Como consecuencia, de la crisis económica vivida desde el 2008 hasta la actualidad, el sector, al igual que el resto de industrias, se ha resentido laboral y productivamente, pero recientes estudios realizados por FEIQUE (Federación de Industria Química Española) apuntan que la industria química crecerá en sus ventas un 15% en 2010 y un 37% en 2011, convirtiéndose así en uno de los sectores que con mayor fuerza saldrá de la recesión.
Conclusiones Dentro del panorama de las ciencias, la Química suele situarse a medio camino entre varias opciones. Entre las ciencias puras, siempre se ha considerado que las Matemáticas son la base de toda ciencia. Son las encargadas de aportar un aparato de cálculo sobre el que sustentar todos los principios que dominan y rigen al resto de ciencias. Entre estas ciencias, sin duda, la que hace un uso mayoritario de las herramientas aportadas por las matemáticas es la Física, que, añadiendo sus propios principios, permite a la Química explicar y estudiar los fenómenos que son propios de su campo (Para darnos cuenta de la relación tan estrecha que hay entre la Química y la Física debemos saber que toda Facultad de Química tiene un departamento de Química-Física, donde se estudian fenómenos que quedan a medio camino entre los dos campos, como la termodinámica, la mecánica cuántica o el estudio de fenómenos de superficies) A su vez, la Química mantiene un flujo de información constante con otras ramas científicas como pueda ser la Biología (en concreto, la Bioquímica no es más que la aplicación de la Química al estudio de procesos y estructuras biológicas), o la farmacología (donde los estudios realizados en Química Orgánica son cruciales para la síntesis de nuevos medicamentos, la mayoría de ellos productos orgánicos) Por ello, podemos afirmar sin riesgo a equivocarnos:
