1.1: Preludio a la Química

La descomposición explosiva del triyoduro de nitrógeno que se muestra en el video es un ejemplo emocionante (y contundente) de química en acción. Para muchos de nosotros, esta explosión es obra de químicos que trabajan magia en el banco de laboratorio. En realidad, la química es mucho más amplia. Las transformaciones de la materia pueden ser tan rápidas y explosivas como muestra el video, o implicar la lenta descomposición de los organismos vivos en combustibles fósiles. Los compuestos que nos rodean en la vida cotidiana tienen muchas propiedades que habrían sido concebidas como magia hace apenas unos siglos. ¿Te imaginas describir a generaciones anteriores letreros de neón o electricidad de baterías? ¿Te imaginas lo que dirían al ver la descomposición del triyoduro de nitrógeno?

El triyoduro de nitrógeno es un explosivo de contacto. Aquí tengo algunos en cinco papeles de filtro apilados sobre un soporte de anillo y el papel de filtro original está justo al lado de la izquierda de la pantalla (si miras cuando detona puedes ver una nube púrpura secundaria desde la izquierda).

La ciencia de la química se ocupa de la composición, las propiedades y la estructura de la materia y de las formas en que las sustancias pueden cambiar de una forma a otra. Ya que cualquier cosa que tenga masa y ocupe espacio puede clasificarse como materia, esto quiere decir que la química está involucrada con casi todo en el universo. Pero esta definición es demasiado amplia para ser útil. La química no es la única ciencia que se ocupa de la composición y transformaciones de la materia. Alguna materia está compuesta por células, las cuales se transforman por meiosis y otros procesos que estudian los biólogos. La materia también está compuesta por partículas subatómicas llamadas leptones, que se transforman por procesos como aniquilación estudiados por físicos. Los químicos son únicos porque entienden o explican todo, desde nuestros cuerpos hasta nuestro universo, en términos de las propiedades de poco más de 100 tipos de átomos que se encuentran en toda la materia y la asombrosa variedad de moléculas y otras estructuras de escala atómica que se crean formando y rompiendo enlaces entre átomos. En la videoexplosión, los enlaces se rompen en las moléculas de triyoduro de nitrógeno (NI ₃) y los átomos se recombinan para formar nitrógeno (N ₂) y yodo (I ₂). Por lo que la química se define por su enfoque, no por su tema. La química explica o entiende cualquier tema en términos de las propiedades de los átomos y moléculas. La química, en otras palabras, no es sólo algo que sucede en los laboratorios. Es una perspectiva única, o forma de entender, todo lo que nos rodea, e incluso dentro de nosotros. La química continúa en lugares tan diversos como la bacteria más pequeña, un campo de trigo en maduración, una moderna planta manufacturera, las biosferas de planetas como la Tierra, los vastos alcances del espacio interestelar, e incluso tus ojos y cerebro mientras lees estas palabras.

ChemPrime reconoce que la perspectiva química puede agregar a nuestra comprensión de cualquier cosa que capte nuestro interés. Nuestro objetivo será agregar otra dimensión, la comprensión en términos de las propiedades de los átomos y las moléculas y cómo interactúan, a muchos temas, dejando así claro cómo el estudio de la química es de importancia para una amplia variedad de personas. Los biólogos, por ejemplo, han examinado organismos cada vez más pequeños, células y componentes celulares, hasta que, en el estudio de virus y genes, unieron fuerzas con químicos que estaban interesados en moléculas cada vez más grandes. El resultado fue un nuevo campo interdisciplinario llamado biología molecular, y un refuerzo de la idea de que los organismos vivos son sistemas químicos complicados y altamente organizados. Los químicos interactúan de manera similar con los científicos en áreas como la física química, geoquímica, farmacología, toxicología, ecología, meteorología, oceanografía, y muchas otras. La práctica actual en estos campos es tal que una persona que carece de conocimientos químicos básicos se encuentra en grave desventaja, porque la perspectiva del nivel molecular se ha vuelto tan importante.

La química también subyace a una gran cantidad de tecnología moderna. La fabricación de productos básicos como el acero, el aluminio, el vidrio, los plásticos, el papel, los textiles y la gasolina involucran a químicos y químicos. Sin el abundante suministro barato de estas y otras sustancias que la química ha ayudado a producir, nuestras vidas serían mucho menos cómodas. Sin embargo, como ahora estamos empezando a descubrir, el uso insensible e indiscriminado de la tecnología puede producir tanto desventajas como beneficios. Los automóviles, las centrales eléctricas y los procesos industriales arrojan al aire sustancias nocivas que no siempre son fáciles o baratas de eliminar. Los ríos y lagos también se contaminan más fácilmente de lo que alguna vez pensábamos: sustancias que alguna vez se creían inofensivas ahora han demostrado ser lo contrario.

Los temas que involucran los efectos de la tecnología en el medio ambiente afectan a todos, no solo a los científicos. Las decisiones sobre ellas son políticas, al menos en parte, y requieren algún conocimiento químico por parte de los votantes así como de sus representantes electos. Por lo menos, un ciudadano necesita poder distinguir argumentos válidos e inválidos planteados por “expertos” científicos respecto a tales temas. (En algunos casos tal “pericia” puede ser principalmente una voluntad de hablar más que un dominio de las cuestiones científicas y políticas.) Es de esperar también que más personas sigan el ejemplo de Russell Peterson, anteriormente investigador de una gran empresa química, quien se desempeñó como Gobernador de Delaware y Presidente del Consejo Presidencial de Calidad Ambiental. Sólo por una combinación de científicos dispuestos a abandonar sus laboratorios y ciudadanos dispuestos a dominar algunos de los fundamentos de la ciencia se pueden tomar decisiones políticas inteligentes en una sociedad democrática. En efecto, tal combinación puede ser una necesidad si la democracia no va a degenerar en una oligarquía regida por quienes controlan a los expertos.

Dada la universalidad de la química, su papel central entre las ciencias y su importancia en la vida moderna, ¿cómo es posible aprender mucho sobre ella en poco tiempo? Si todo tiene un aspecto químico, porque los átomos y las moléculas pueden ayudar a entenderlo todo, ¿es el campo de la química tan amplio y abarcador que uno no puede dominar lo suficiente como para hacer que su estudio valga la pena? Creemos que la respuesta a esta segunda pregunta es un rotundo no! Todo este libro ha sido diseñado para ayudarte a aprender una buena cantidad de química en poco tiempo. Si tiene éxito, también se habrá respondido a la primera pregunta.

Una técnica importante y valiosa de la ciencia y los científicos es la de subdividir problemas grandes, aparentemente irresolubles en partes más pequeñas y simples. Si estos últimos se eligen con cuidado, cada uno puede ser dominado. Los pequeños avances individuales se pueden combinar para obtener un resultado importante y más complicado. Así, los químicos no han actuado asumiendo que debido a que todo el mundo puede ser entendido en términos de químicos y química, deberían tratar de estudiarlo todo a la vez. Más bien, muchos químicos hacen gran parte de su trabajo bajo condiciones controladas de laboratorio, avanzando en pequeños pasos hacia resultados más generales, útiles y emocionantes.

Dado que el proceso de estudio y comprensión de la química de las personas está lejos de ser completo, podemos estrechar nuestra área de interés considerablemente redefiniendo la química como aquellas cosas que los químicos pueden explicar a nivel molecular, o están tratando de explicar en términos de átomos y moléculas y sus propiedades. Esta visión más restringida constituye el tema principal de este libro. Esperamos que cuando lo hayas terminado, tengas una sólida formación en los hechos, leyes y teorías de la química, así como aquellos modos de comportamiento y pensamiento que los químicos han encontrado útiles para resolver los problemas que han enfrentado.