Respuesta adaptada de ¿Cómo sabemos que el agua es H2O si no podemos ver la estructura atómica y cómo se identifican los elementos?
Estoy totalmente en desacuerdo con que la evolución es la base de la biología , incluso si hablamos de biología moderna. Definitivamente es una teoría importante en el desarrollo de la biología evolutiva , pero hay desarrollos mucho más fundamentales. Para más información sobre esto, miraría la historia del vitalismo, ver, por ejemplo, este artículo sobre el tema del vitalismo. La teoría fundamental de la biología moderna, mucho más importante que Darwin, son las teorías que rodean el dogma central de la biología molecular. Del mismo modo, si bien las teorías de la gravitación de Newton y Einstein fueron fundamentales para la gravitación y partes de la mecánica, consideraría el trabajo de la electrodinámica de Maxwell (ver las ecuaciones de Maxwell) y la mecánica cuántica mucho más fundamental, y eso ignora otras áreas significativas de la física, incluida la óptica y Mecánica de fluidos y el trabajo de Bernoulli. Pero eso no es lo que preguntaste .
La teoría fundamental de la química es la teoría atómica. Y, sí, al igual que la teoría de la evolución de Darwin a menudo se llama despectivamente ‘solo una teoría’, la teoría atómica también es ‘solo una teoría’.
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La mayor parte de la teoría atómica se descubrió a través de cuidadosos experimentos químicos y algunos axiomas científicos, que se remontan al trabajo de John Dalton y Antoine Lavoisier (ver la Ley de proporciones múltiples). Pero, estas luminarias también cometieron algunos errores sorprendentes en el juicio también. Consideremos estas declaraciones axiomáticas y lo que deseamos demostrar:
Axioma 1: las cosas iguales a la misma cosa son iguales entre sí.
Axioma 2: la materia no se crea ni se destruye
Teoría: toda la materia está compuesta de mezclas de sustancias indivisibles llamadas átomos.
Aunque el axioma 2 ya no es cierto en la física subatómica, a nivel atómico y químico, es y sigue siendo un axioma de la química, que cede en gran medida el campo de la teoría mecanicista subatómica al campo de la física. Los axiomas son declaraciones de hecho que son más difíciles de probar que de refutar, por lo que si no está de acuerdo en que los axiomas anteriores son ciertos, no tiene sentido hablar más de esto, ya que no acepta la lógica fundamental de la química.
La primera tabla de masa atómica relativa (peso atómico) fue publicada por John Dalton (1766-1844) en 1805, basada en un sistema en el que la masa atómica relativa de hidrógeno se definió como 1. Estas masas atómicas relativas se basaron en la estequiometría proporciones de reacción química y compuestos, un hecho que ayudó mucho a su aceptación: no era necesario que un químico se suscribiera a la teoría atómica (una hipótesis no probada en ese momento) para hacer un uso práctico de las tablas. Esto conduciría a cierta confusión entre las masas atómicas (promovidas por los defensores de la teoría atómica) y los pesos equivalentes (promovidos por sus oponentes y que a veces diferían de las masas atómicas relativas por un factor entero), que duraría gran parte del siglo XIX.
Aquí está el desafío: los sólidos se pesan con relativa facilidad, pero en las condiciones adecuadas, el agua, el oxígeno, el dióxido de carbono y el hidrógeno son todos gases y no se pesan tan fácilmente. Además, todos tienen diferentes densidades a diferentes temperaturas, por lo que el volumen es un proxy pobre para los átomos, no depende de la cantidad de moléculas y no es una propiedad coligativa. Para empeorar las cosas, cualquier experimento estará sujeto a un error experimental, por lo que cualquier relación que esté ligeramente desviada, digamos una relación de 15 átomos de hidrógeno a 8 átomos de oxígeno medidos por el experimento debido a que el hidrógeno se difunde a través del contenedor que intentas mantener adentro, crea una estructura muy complicada para el agua que es ridículamente incorrecta.
Puede notar que, aunque el lunar se asocia más comúnmente con el hidrógeno, todos los cálculos del peso atómico son hoy en día relativos al carbono. Hay una muy buena razón para esto: el carbono no se dimeriza o polimeriza fácilmente o “irreversiblemente”, por lo que el carbono es tanto un átomo como una molécula, y por el bien de “tienes que comenzar en alguna parte”, al carbono se le da una masa de 12 gramos por mol. Se quema, a menudo completamente, en una atmósfera que contiene oxígeno, lo que también es un punto de partida conveniente porque el oxígeno forma compuestos fácilmente con la mayoría de los elementos atómicos. De hecho:
Jöns Jacob Berzelius (1779-1848) fue instrumental en la determinación de masas atómicas relativas con una precisión cada vez mayor. También fue el primer químico en usar oxígeno como el estándar al que se referían otras masas. El oxígeno es un estándar útil, ya que, a diferencia del hidrógeno, forma compuestos con la mayoría de los otros elementos, especialmente los metales. Sin embargo, eligió fijar la masa atómica de oxígeno como 100, una innovación que no se dio cuenta.
Recuerde, antes de que pudiera tener una teoría de los átomos, el descubrimiento esencial fue que había una gran cantidad de relaciones indivisibles entre ambos lados de las reacciones que se completarían. Quema carbono completamente en oxígeno y se forma dióxido de carbono. Pese el hierro puro finamente dividido, déjelo oxidarse por completo y el peso del óxido aumentará en una fracción uniforme de oxígeno. El óxido aumenta de peso en una fracción racional múltiplo de oxígeno, de modo que 102 g de hierro siempre aumentan a 160 g de óxido. Además, usando carbón (carbón), puede revertir la reacción y formar hierro metal nuevamente.
Los minerales de hierro naturales son mezclas de hierro e impurezas no deseadas, o ganga. Estas impurezas generalmente se eliminan mediante “escoria” durante el proceso de fundición.
La escoria se eliminó mediante licuación, es decir, la ganga sólida se convirtió en escoria líquida. Por lo tanto, el proceso de fundición debe operarse a la temperatura o por encima de la cual la escoria es lo suficientemente fluida como para ser eliminada de los minerales.
La fundición podría realizarse en varios tipos de hornos, y la condición dentro del horno puede diferir, lo que afecta la morfología, la composición química y la microestructura de la escoria. Tome, por ejemplo, el horno de flores y el alto horno, que eran dos métodos comunes para fundir hierro. En el proceso de floración, se produjo un estado sólido de hierro. Esto se debe a que el proceso de floración se realizó a una temperatura más alta que la que el óxido de hierro puro podría reducirse a metal de hierro, pero más bajo que el punto de fusión del metal de hierro; por lo tanto, se obtuvo metal de hierro sólido. Se usaron altos hornos para producir hierro líquido.
Ninguna reacción experimental “prueba” los átomos, ni todos los experimentos. Pero después de medir, transformar, oxidar, reducir y convertir una gran cantidad de metales entre sí utilizando todo tipo de sustancias purificadas, comienza a alinear las diferentes proporciones. Aunque cualquier experimento produciría resultados ligeramente erróneos, al combinar múltiples experimentos y hacer muchos diferentes que estaban sujetos a diferentes tipos de errores ayudó a cancelar las debilidades de cualquier relación dada.
Como tal, la química tiene una gran deuda con la alquimia. A pesar de tener razones extrañas y a menudo irracionales sobre cómo convertir metales básicos como el hierro o el plomo en oro, los alquimistas inventaron un tesoro de posibles reacciones químicas: ¡sume estos dos y haga esto, y listo! En parte como producto de la diversa colección de alquimia, a la química actual se le enseña a menudo el estilo de un libro de cocina con un bestiario de nombres de inventores. Pero, al final, se hizo más fácil expresar estas razones como una matriz de objetos elementales atómicos (es decir, uno a la vez) indivisibles e indestructibles, y comenzó la práctica moderna de la química.
Y ahora que sabe más sobre los axiomas fundamentales de la química, probablemente verá los axiomas fundamentales de la física y la biología en una luz muy diferente.
