CIERT IERTO O ES que la química, como parte de la ciencia, es un patrimonio universal. Cualquiera de sus leyes y teorías puede ser verificada en cualquier punto del planeta, siempre que se siga la experimentación adecuada. No obstante, el desarrollo de la ciencia ciencia sigue sigue modelos modelos cambiantes cambiantes de un lugar a otro. otro. La actividad actividad científica científica misma se desenvuelve desenvuelve en un medio local que influye sobre ella. Por esta razón, diversos pasaes de este capítulo contienen citas, datos y an!cdotas correspondientes al desarrollo de la química en "!xico. #ebido a diferentes razones, la investigación científica $a prosperado muy lentamente en el país. %n particular, la investigación química sufre un retraso adicional cuando se la compara con la que se realiza en otras ciencias b&sicas, tales como la física o la biología. 'in embargo, aquí se $an dado diversos $allazgos sobresalientes, algunos de los cuales vale la pena relatar en este capítulo. L(' )*("(' %N %L%"%N*(' + C("P%'*(' -Podría el lector levantar la vista del libro en este momento (bserve la solidez de las paredes de la casa, ese obeto met&lico, aquel vistoso &rbol, los colores de ese cuadro, el aire aparentemente inexistente, el caf! que toma en esa taza de pl&stico, el papel y la tinta de este libro... *odo, todo cuanto existe est& formado por una cantidad menor que cien elementos, del $idrógeno al uranio. /astan 01 de esos 2ladrillos2 para construir cualquier cosa. -Cómo es posible tal diversidad diversidad
Figura 1. Dos tipos de agregados agregados estables de átomos. a) Molécula del agua que muestra dos átomos de hidrógeno enlazados a un oxígeno. b) ed de cloruro de sodio. sodio. !n este este compue compuest sto o los átomo átomos s de cada cada elem element ento o adquie adquieren ren carga carga eléctrica " #orman lo que se conoce como iones. De aquí el nombre de sólidos iónicos.
Para los griegos, todas las cosas estaban $ec$as por diferentes proporciones de aire, agua, fuego y tierra. %sta visión cambió conforme pudieron separarse los componentes de las mezcla mezclas. s. 3sí, 3sí, los cientí científic ficos os encont encontra raro ron n susta sustanci ncias as puras puras que no podía podían n descomponerse en otras m&s simples. %stas sustancias reciben el nombre de elementos químicos. Por eemplo, $ace apenas dos siglos sabemos que ni el aire ni el agua son sustancias elementales.
4ue el ingl!s 5o$n #alton, un profesor de escuela, quien $acia principios del siglo pasado esbozó la respuesta6 *oda la materia est& formada de peque7ísimas partículas, losátomos, de los cuales existen en forma natural menos de una centena. #e esta forma surgió la primera clasificación de las sustancias puras. Los elementos est&n formados por una multitud de &tomos, pero todos equivalentes. Por su parte, loscompuestos contienen &tomos de dos o m&s diferentes elementos. 3sí, por eemplo, el $ierro es un elemento8 sólo contiene un tipo de &tomo, el de $ierro. 'in embargo, la $errumbre es $ierro oxidado, por lo tanto, un compuesto con &tomos de $ierro y oxígeno, al que pomposamente los químicos denominamos óxido de $ierro 9:::;. '<"/(L(' + 4=>"L3' ?<":C3' #esde el siglo pasado, los químicos usan letras may@sculas, seguidas en ocasiones por una min@scula, para dar símbolo a un &tomo o un elemento. 3sí, A significa un &tomo de $idrógeno, o tambi!n el elemento $idrógeno.
C
carbono
H
hidróge no
O
oxígeno
N
nitrógen o
P
fósforo
S
azufre
Los anteriores son los símbolos de los seis elementos constituyentes de todos los seres vivos. Los símbolos químicos provienen de palabras del latín. Por eemplo, 4e viene de ferrum, la palabra latina para designar al $ierro. %l extraño símbolo del sodio, Na, viene del latínnatrium.
Figura $. %uadro cronológico del descubrimiento de los elementos químicos. &e citan también las técnicas que lle'aron a los hallazgos. (omado de %ruz* %hamizo " +arritz* Estructura atómica. Un enfoque químico, ,ddison -esle" beroamericana -ilmington* 1/0.)
Los &tomos pueden formar agregados estables que caracterizan a todo material puro. n tipo de agregado, las moléculas, contiene unos pocos &tomos reunidos. (tros, por el contrario, est&n formados por enormes bloques de elementos repetidos que se encuentran enlazados, los llamados sólidos iónicos. %l n@mero de combinaciones que pueden alcanzarse a partir de 01 elementos es impensable, de allí la diversidad de ellas en la naturaleza.
Para abreviar y referir a las sustancias puras con propiedad, el químico $ace uso de fórmulas, expresando los elementos presentes y la proporción que existe en aquellas de cada uno de los &tomos. Cuando escribe 2 2a%l2, el químico $abla de una sustancia que sólo contiene sodio y cloro, y que por cada &tomo de sodio contiene uno de cloro. 'ólo $ay un compuesto con estas características6 la sal com@n. Por otro lado, el bicarbonato de sodio que se empleaba para combatir las agruras tiene por fórmula 2a3%45, por lo cual debe entenderse que cada &tomo de sodio viene acompa7ado de uno de $idrógeno, uno de carbono y tres de oxígeno. %N %L "%B:C( P>%A:'P)N:C( #esde antes de la Conquista, los pobladores del valle de "!xico sabían de la existencia y el aprovec$amiento de las sales alcalinas. %n tiempo de secas, estas sales afloraban a la superficie y formaban costras, que recibieron el nombre de tequixquitl o tequesquite. 'a$ag@n cita que6 2La tierra salitrosa se llama tequixquitlalli, que quiere decir tierra donde se $ace el salitre.2 %l lago de *excoco contiene DE de sales, entre las que sobresale el carbonato de sodio, 2a$%45, con FGE, y el cloruro de sodio, NaCl, con HF por ciento. %l comercio del tequesquite se $acía en :ztapalapa, nombre que significa 2pueblo donde se recoge la sal2 o ixtail . 3sí, en el nombre :xtapan de la 'al se $ace un uso redundante de dos lenguas. 3l a7adir el tequesquite a la comida se condimentaba con sal y se facilitaba la cocción de las legumbres. *ambi!n se lo empleó como detergente alcalinizante ligero.
Figura 5. !l caracol . 6as aguas del lago de excoco siguen siendo apro'echadas ho" para obtener carbonato de sodio. %omo primer paso* la industria &osa excoco emplea un enorme e'aporador solar* 7de 088 hectáreas9* :ue concentra en sales las aguas extraídas del subsuelo. (#oto tomada del artículo ;un caracol gigante permanece acti'o;* ICYT, n. cortesía del ingeniero ,lberto ?rbina del azo.)
L(' )C:#(', L3' /3'%' + L3' '3L%' %n química, como en todas las ciencias, se acostumbra efectuar clasificaciones. %n este caso, lo que se clasifica son los tipos de sustancias puras conocidas. %xisten unas I losácidosI con sabor agrio, que cuando se disuelven en agua liberan partículas llamadas iones $idrógeno 9 3@;. n eemplo es el vinagre, que es una disolución de &cido ac!tico en agua. (tras sustancias Ilas bases, tambi!n llamadas álcalisI tienen un sabor amargo y se sienten resbalosas al tacto. 3l disolver una base en agua se reduce la
proporción de iones $idrógeno. La lec$e de magnesia que tomamos contra la acidez estomacal es una base. 'e puede decidir si un compuesto es ácido o base gracias a sustancias especiales, llamadas indicadores,que cambian de color en función de la concentración de los iones $idrógeno presentes. Por eemplo, el papel tornasol adquiere color roo en presencia de un &cido, y azul frente a una base. Aasta un t! negro cambia de color al a7adirle unas gotas de limón, -verdad )cidos y bases desempe7an un papel esencial en la química de nuestra vida diaria. 'on ampliamente utilizados en diversos procesos de manufactura y de ellos depende, entre otras cosas, el correcto funcionamiento de nuestro cuerpo y el de todos los seres vivientes. Por eemplo, la acidosis o la alcalosis de la sangre pueden provocar la muerte. :gualmente, la mayoría de las cosec$as crecen sanamente en suelos ligeramente &cidos. #e esta forma, del an&lisis que lleve a cabo y de las medidas que tome el químico agrícola, depende la productividad del suelo y, por lo tanto, la existencia de suficiente alimento. 3mbos tipos de compuestos se combinan, aniquilando uno al otro sus propiedades originales. %l resultado es la formación de una sal. La sal com@n A2a%l, cloruro de sodio I se obtiene al combinar un &cido que contiene cloro 9 3%l, &cido clor$ídrico; con una base que posee sodio 9 2a43, $idróxido de sodio o sosa c&ustica, que, por cierto, es com@n para las amas de casa, pues Jes buena para destapar ca7os obstruidosK;. %n el cuadro D se muestran los nombres de algunas sales con sus aplicaciones. CUADRO 1. Algunas sales y sus aplicaciones.
Nombre
Aplicaciones
Bicarbonato de sodio (polvo para !nti"cido hornear Bro#uro de plata $#ulsiones fotogr"ficas Carbonato de sodio deshidratado %anufactura del vidrio& ablandador (sosa de lavar de agua Para deshielo de calles ' aceras en Cloruro de calcio países frios Cloruro de potasio Sustituto de la sal libre de sodio $lectrólito corporal& #anufactura Cloruro de sodio (sal de #esa de cloro ' sosa ca)stica Para obtener de derivados *luoruro de sodio (fluorita fluorados (el teflón de las sartenes por e+e#plo Se #ezcla con la sal co#)n para ,oduro de sodio prevenir el bocio Nitrato de plata !gente cauterizante Per#anganato de potasio -esinfectante ' fungicida Sulfato de alu#inio ' potasio ,ndustria del vidrio& pig#entos ' (alu#bre tintorería Sulfato de a#onio *ertilizante $studios gastrointestinales& Sulfato de bario pig#ento blanco
Sulfato de calcio dihidratado .eso para construcción Sulfato de cobre pentahidratado /intura& fungicida (azul de vitriolo Sulfato de #agnesio Purgante heptahidratado (sal de $pso# Sulfato de sodio decahidratado Purgante (sal de 0lauber !gente fi+ador en el proceso /iosulfato de sodio fotogr"fico $s característico de todas las sales for#ar cristales 1ue son la #anifestación #acroscópica del arreglo interno ordenado de sus "to#os2 (*>3' ''*3NC:3' C(N(C:#3' 3N*%' #% L3 C(N?:'*3 La sal com@n era apreciada por los antiguos mexicanos. 'e dice que su carencia fue motivo de guerra entre aztecas y tlaxcaltecas. %ntre otras sales conocieron tambi!n el alumbre, la mica, el yeso y la calcita, con las que fabricaron colorantes, recubrieron muros y labraron columnas. >especto a las piedras preciosas, trabaaron la turquesa, el ade, el azabac$e, el oo de gato, el rubí y el &mbar. Los dignatarios aztecas usaban, en forma exclusiva, piedras preciosas verdes de fluorita 9fluoruro de calcio;, mineral del que "!xico sigue siendo primer productor mundial. %l cristal de roca 9cuarzo; fue bellamente trabaado en el "!xico antiguo. %n "onte 3lb&n, (axaca, se encontraron copas, oreeras y cuentas de este material. 'e piensa tambi!n que son mixtecas las calaveras de cristal de roca del "useo del Aombre en París y del /rit&nico de Londres. 'u cer&mica era poco t!cnica, pero muy artística. Los olleros de *laxcala, a uicio de ómara, $acían tan buena loza como la que $abía en %spa7a. n buen n@mero de minerales servía para la elaboración de colores para pintura, especialmente los óxidos de $ierro, el negro de $umo y las arcillas mineralizadas. %l color roo que obtenían de la coc$inilla 9nocheztli ; , o sangre de tunas, fue exportado a todo el mundo por los espa7oles y utilizado durante siglos. %l barro y el adobe fueron materiales comunes de edificación en las m&s antiguas construcciones del valle de "!xico 9el cerro del *epalcate y la pir&mide de Cuicuilco;. Los aztecas obtenían una especie de cemento al mezclar la cal con una arcilla negra. Por otra parte, los muros de las casas de "octezuma estaban revestidos con aspe, una variedad cristalina del cuarzo, de muy diversos colores. CUADRO 2. Los metales en el México antiguo.
Metal
Oro
Símbolo
Aplicaciones
! u
3os #exicanos lla#aban a este ele#ento teocuitlat (excre#en to de los dioses2
Por su color ' belleza era considerado el sí#bolo del Sol2 Se extraía por e+e#plo de los ríos de Oaxaca ' 4eracruz
Plata
! g
Cobre
C u
$sta6o
Sn
%ercuri o
H g
Plo#o
Pb
*ue utilizada para hacer adornos tanto sagrados co#o para los nobles2 Se la encontraba en estado nativo en las arenas de los ríos2 No obstante se explotaba en 'aci#ientos de Pachuca /axco ' 5u#pango2 3os ob+etos de plata abundaban en el #ercado de la gran /enochtitlan2 /uvo #)ltiples usos2 3os zapotecas lo incluían en #onedas ' hachas2 3os #a'as en cascabeles co#o orna#ento dedicado al dios de la #uerte2 Se han hallado palas de cobre de los agricultores aztecas2 Se obtenía ' traba+aba en /axco ' se vendía en el #ercado de /enochtitlan2 -el cenote sagrado de Chich7n ,tz" se extra+eron ob+etos de #etal2 4arios gra#os de #ercurio nativo se hallaron en una tu#ba #a'a en Cop"n (Honduras2 $ste #etal fue conocido por los indígenas de Chilapa ' tal vez por los de /e#ascaltepec ($stado de %7xico2 ! pesar de su poco uso se le ha encontrado co#o parte de aleaciones2 Se vendió en /enochtitlan con el no#bre
de tenetztli(piedra de luna2 Hierro
*e
3o conocieron por for#ar parte de #eteoritos ' aparente#ente no se utilizaba2
Para construir armas emplearon el vidrio volc&nico 9obsidiana; y extraían diversas resinas 9incluido el $ule; que empleaban como pegamentos en la pintura y la medicina. Los aztecas producían varios tipos de teidos. %l m&s com@n era el hequen, fabricado con las fibras de magueyes y agaves. La clase alta empleaba vestidos de algodón blanco. Aacían papel con la corteza del &rbol amatl. %l az@car, que obtenían por evaporación del aguamiel, la usaban en su alimentación, lo cual era un luo en la %uropa de aquella !poca. *ambi!n conocían la fermentación, por medio de la cual fabricaban el pulque. >especto a los metales, los aztecas conocían los siete elementos de los alquimistas 9oro, plata, cobre, esta7o, mercurio, plomo y $ierro8 v!ase el cuadro 1;. 'e $a insistido en que sólo trabaaban los metales nativos, o sea que nunca alcanzaron la edad del $ierro, ya que este metal lo encontraron @nicamente en meteoritos. 'in embargo, seg@n Aumberto %strada, un $ac$a $allada en "onte 3lb&n, con DE de $ierro, prueba lo contrario. La $erbolaria se desarrolló enormemente en el "!xico precortesiano. Los aztecas curaban sus males con plantas medicinales. %n DGGG, un m!dico indígena de Boc$imilco, "artín de la Cruz, recopiló en un libro los medicamentos empleados por los mexicas 9v!ase la figura F;. %ste libro, con material gr&fico excepcional, apareció en D01G en la /iblioteca del Maticano, despu!s de siglos de aparente p!rdida.
Figura =. !l libro sobre herbolaria medicinal mexicana de Martín de la %ruz es un importante legado para la botánica " la medicina tradicionales. oda'ía en aBos recientes* su estudio permitió al grupo del doctor Cosé 6uis Mateos* en el IMSS* encontrar el principio acti'o del cihuapahtli o zoapatle. De la %ruz cita que este 'egetal se empleaba para #acilitar el parto. 6as in'estigaciones rati#icaron que el zoapatle contiene un poderoso ocitósico (pro'oca la
contracción del
L3 ?<":C3 %N L3 C(L(N:3 Cierto es que la llegada de los espa7oles alentó la producción en beneficio de la metrópoli, pero tambi!n rigió la formación y desarrollo de la Nueva %spa7a. Por muc$os a7os se asentó aquí el liderazgo en diversas ramas de la mineralogía. La primera industria original de nuestro país se creó en Pac$uca en DGGG, gracias al genio de /artolom! de "edina. 'u proceso de recuperación de la plata por amalgamación con mercurio $a sido calificado por /argalló como 2el meor legado de Aispanoam!rica a la metalurgia universal2. La formación de la amalgama de los metales preciosos con el mercurio permite su extracción en frío, proceso muc$o m&s barato que el de la fundición. Posteriormente, $acia DG, este proceso metal@rgico fue modificado por el cl!rigo minero 5uan (rdó7ez y "ontalvo, a partir de un m!todo de amalgamación en caliente, desarrollado en Per@. :rónicamente, una misión alemana intentó introducir esta t!cnica en DO a "!xico, indicando que acababa de ser descubierta en 3ustria por el barón #e /orn. n vasco, 4austo de %l$uyar, se encargó del >eal Cuerpo de "inería de la Nueva %spa7a en D01. #iez a7os antes $abía descubierto el elemento químico llamado $oy tungsteno, al que bautizó como olframio 9por eso su símbolo químico es Q;. %l$uyar fue el primer profesor de química en "!xico. %l libro de texto que empleaba era el Tratado elemental de química, 9D0; de 3ntoine Laurent Lavoisier8 el creador de la química moderna. %sta obra fue traducida al espa7ol, en "!xico en D0, un a7o antes que en %spa7a. #entro del >eal Cuerpo de "inería, 3ndr!s "anuel del >ío destacó por su trabao de an&lisis químico de minerales mexicanos. %n DRD, como resultado del estudio de un mineral de Simap&n, #el >ío descubrió un elemento químico m&s, al que llamó eritronio. Posteriormente lo convencieron de que $abía confundido al eritronio con el cromo 9Cr;, lo que resultó falso. %l metal fue redescubierto en DHR por 'efstrom, quien lo denominó vanadio 9M;, como lo conocemos $oy. %n realidad, la primera aportación americana a la tabla de los elementos fue el platino 9Pt;, que era conocido por los indígenas de 'udam!rica y fue presentado al mundo científico en DF. 'alvo esta contribución pre$isp&nica, el eritronio 9vanadio; fue el primer elemento químico descubierto en 3m!rica. Aabrían de pasar D1G a7os para descubrir el siguiente, en un laboratorio de %stados nidos. "%*3L%' + N(T"%*3L%' Aacia mediados del siglo B:B, gracias al $allazgo de un buen n@mero de elementos y a la aceptación que $abía logrado la teoría atómica de #alton, surgió la llamada clasificación periódica de los elementos, realizada por "endeleiev en DO0.
Figura . abla periódica corta. 6os cuadros en blanco corresponden a los metales. !l mexicano Del ío descubrió el metal de transición llamado ho" 'anadio. 6os noEmetales se presentan con pantalla oscura. !n la zona #ronteriza (pantalla clara) están los elementos que presentan propiedades de ambos conuntosG los elementos an#otéricos.
#e acuerdo con la similitud de sus propiedades, los 01 elementos se arreglan en filas y columnas de la tabla periódica. %n la parte izquierda e inferior de la tabla se encuentran los metales y en la superior derec$a los no-metales. 'us propiedades pueden consultarse en el cuadro H. CUADRO 3. Características e metales y no!metales.
Propiedades
Metales
No-metales
Propiedades químicas:
!l reaccionar con agua sus Bases óxidos for#an Sus iones son general#ente Positivos
8cidos Negativos
Propiedades físicas:
!pariencia Brillantes Opacos Conducción del calor ' la Buenos %alos electricidad conductores conductores Pueden 9uebradizos -efor#aciones ' rupturas de los desfor#arse sin ro#pen sólidos ro#perse f"cil#ente %L ':L( B:B %N N%'*>( P3<'
se
!ntes del #ovi#iento de independencia para ser precisos en :;<= recorrió %7xico el ilustre barón ale#"n !le+andro de Hu#boldt 1uien describió con lu+o de detalle la vida ' costu#bres del %7xico de a1uella 7poca2 >especto al co#ercio del +abón 1ue fuera introducido al país con la llegada de los espa6oles #enciona? $n Puebla %7xico ' 0uadala+ara la fabricación de +abón sólido es ob+eto de co#ercio considerable2 3a pri#era de estas f"bricas produce cerca de @<< <<< arrobas al a6o A#"s de : <<< ilogra#osD2 $n la intendencia de 0uadala+ara se cuentan por el valor de @E< <<< pesos2 *avorece #ucho a esta fabricación la abundancia de sosa 1ue se encuentra casi por todas partes en la #eseta interior de %7xico a @ <<< o @ F<< #etros2 $l te1ues1uite cubre la superficie del terreno sobre todo en el #es de octubre en el valle de %7xico en las orillas de los lagos de /excoco de 5u#pango ' de San Cristóbal& en los llanos 1ue rodean a la ciudad de Puebla& en los 1ue se extienden desde Cela'a hasta 0uadala+ara222 ,gnora#os si se debe su origen a la desco#posición de las rocas volc"nicas o a la acción lenta de la cal sobre la sal2 $n %7xico por E@ pesos se co#pran : F<< arrobas de tierra te1ues1uitosa una tierra arcillosa i#pregnada de #ucho carbonato ' de un poco de sal2 $stas : F<< arrobas purificadas en las f"bricas de +abón dan F<< arrobas AG= g2D de carbonato de sodio puro2 #espu!s de que :turbide asumiera el poder, se creó la 'ección de 4armacia dentro del %stablecimiento de Ciencias "!dicas. %n ella laboró Leopoldo >ío de la Loza, un mexicano ilustre que nació en la capital de la >ep@blica en DR. 3llí obtuvo los títulos de ciruano y farmac!utico, y el diploma de m!dico. %s autor del primer tratado mexicano de química8 que lleva el titulo de Introducción al estudio de la química 9DF0T DO1;. >ío de la Loza fue, por muc$os a7os, profesor de química y estudió los productos naturales existentes en diversos vegetales mexicanos. %n uno de ellos $alló el &cido pipitza$oico, descubrimiento que lo $izo merecedor de un importante premio internacional. 4undó la 'ociedad 4armac!utica, cuyo principal obetivo fue la edición de laarmacopea !exicana , que consta de multitud de sustancias y preparaciones curativas utilizadas en el país. %n esa misma !poca, cuando la química org&nica daba sus primeros balbuceos como ciencia, un mexicano llamado Micente (rtigosa trabaó en %uropa, donde aisló y analizó el alcaloide del tabaco, la nicotina, al que le dio la fórmula %18 31 2$, a partir de los resultados del porcentae presente de cada elemento6 %H >5.5I, 3H /.I y 2H 1>.1I. Los an&lisis m&s modernos informan la siguiente composición6 %H >=I* 3H 0.>I y 2H 1>.5I. Memos que los resultados de (rtigosa son sumamente buenos para su !poca.
Fórmula 1. Fórmula desarrollada de la nicotina* el alcaloide del tabaco.
3 su regreso a "!xico, (rtigosa no continuó con su trabao, lo cual quiz& se debió a una ausencia total de infraestructura para realizar investigación. racias a la fundación del :nstituto "!dico Nacional, en D, se amplió la investigación de las plantas mexicanas y se analizó la posibilidad de fabricar medicamentos en gran escala. ?<":C3 (>)N:C3 % :N(>)N:C3 #e forma muy general, se acepta que la química es el estudio de las sustancias, su estructura, su composición " las transformaciones en las que inter#ienen. 3$ora bien, por razones $istóricas se acostumbra dividir las sustancias en dos grandes grupos6 las org&nicas y las inorg&nicas. #e esta manera, tradicionalmente se $a $ablado de la existencia de dos químicas, la org&nica y la inorg&nica. 3unque muc$as sustancias org&nicas, como el az@car, el vinagre o el alco$ol, $an sido conocidas desde la 3ntigUedad, fueron aisladas por primera vez en el siglo BM:::. %n esa !poca, este tipo de compuestos se obtenía por la acción de los seres vivos. Por eemplo, el &cido l&ctico fue aislado de la lec$e por 'c$eele 9DF1TDO;, quien demostró que su presencia es la causa de que la lec$e se agrie. 5uan 5acobo /erzelius propuso que los compuestos org&nicos sólo podían obtenerse por la acción de la fuerza #ital y que por lo tanto existían dos tipos de compuestos en la naturaleza6 los materiales inorg&nicos, presentes aun en ausencia de vida, y los org&nicos, reservados para la materia animada. Poco le iba a durar el gusto a /erzelius, pues en D1 el químico alem&n 4ederico QV$ler preparó urea 9que se sabía era un producto de desperdicio de los seres vivos; a partir de una sal inorg&nica llamada cianato de amonio.
Fórmula $. eacción de -Jhler. Krimera muestra de que no sólo dentro de los organismos 'i'os pueden realizar trans#ormaciones de substancias inorgánicas en orgánicas.
3 pesar de lo arbitrario de la clasificación, !sta persiste $asta nuestros días. Aoy se llama química org&nica a la relacionada con los compuestos que contienen carbono 9salvo algunas excepciones, como los óxidos de carbono o los carbonatos;. Como veremos en el siguiente capíptulo, el carbono es un elemento peculiar. %xisten tantos compuestos de carbono que conviene estudiarlos en paquete. No obstante, $ay que subrayar que la química es @nica. Los compuestos org&nicos e inorg&nicos tambi!n reaccionan entre sí. na rama moderna de la química, la organomet&lica, se encarga del estudio de un tipo de compuestos que no podríamos clasificar dentro de ninguna de las dos químicas tradicionales. L3 C>%3C:=N #% L3 P>:"%>3 %'C%L3 #% ?<":C3 #urante este siglo, la ciencia central $a prosperado notablemente en "!xico. 'in embargo, su desarrollo no $a sido espectacular, sino m&s bien moderado. *al vez sea la m&s rezagada de las ciencias b&sicas. 3 principios de siglo, la incipiente industria se reducía a la producción cervecera, minera, de az@car, de $ilados y teidos, así como de algunos productos farmac!uticos. %l pavoroso dato de un RE de analfabetismo en el país refleaba el atraso cultural e intelectual generalizado. La fuga de t!cnicos extraneros, debida al inicio del movimiento
revolucionario y a la primera uerra "undial, marcaba la urgente necesidad de formación de personal especializado. #esde luego, poco puede prosperar una ciencia sin la existencia de un semillero de científicos y t!cnicos. Para la química, esta fec$a llegó en septiembre de D0DO. Por iniciativa de don 5uan 'alvador 3graz, a la mitad del movimiento revolucionario se creó la %scuela Nacional de ?uímica :ndustrial 9$oy 4acultad de ?uímica;, que en febrero de D0D se incorporó a la UNAM. La idea de 3graz era 2instalar los cursos de peritos químicos industriales W...X obreros químicos y peque7os industriales, y a los ingenieros químicos y doctores en química2. %ste @ltimo programa no pudo arrancar sino d!cadas despu!s, pero $ay que destacar que 3graz fue un gran visionario que apreció la necesidad de complementar la formación de profesionales con la de investigadores químicos. Ysta es la manera correcta de formar personal t!cnico que vaya m&s all& de la simple actitud imitativa y dependiente. 4ue una desdic$a que, por falta de fondos, el doctorado no $aya podido iniciarse entonces. Aacia D0D0 se anexa a la %scuela la carrera de farmacia, que $asta entonces se realizaba en la %scuela Nacional de "edicina. Pronto se crearon los laboratorios de an&lisis y el de preparación de productos químicos org&nicos e inorg&nicos. 3dem&s, se instaló una planta de !ter y se levantaron nuevos edificios destinados a las industrias org&nicas de fermentación, az@cares y almidones, tanantes y curtientes, y farmac!utica. L(' P>:"%>(' /%C3>:(' Cuando 5os! Masconcelos ocupó la 'ecretaría de %ducación P@blica surgió la iniciativa de becar a los meores alumnos para realizar estudios complementarios en %uropa. 3sí, por acuerdo de la Presidencia, en D01D se otorgaron las primeras diez becas para estudiar en diferentes universidades alemanas. #urante la estancia de estos primeros becarios mexicanos de la química ocurrió en 3lemania un $ec$o sin precedentes6 la gran inflación. "ientras que en febrero de D011 un dólar se cambiaba por HRR marcos, $acia mediados de D01H el dólar llegó a valer cuatro billones de marcos. J+ resulta que las becas se pagaban en dólaresK 3ntes de esta inflación, con menos de la d!cima parte de la beca se cubrían todos los gastos de estancia. 'e cuenta que uno de aquellos becarios, 4ernando (rozco 9luego director de la %scuela y del :nstituto de ?uímica;, vivía en un ala de un elegantísimo castillo alem&n. J?u! contraste con los becarios de d!cadas m&s tardeK Aacia D01F estudiaban becados en %uropa un total de 11 estudiantes mexicanos de química. 3l a7o siguiente, casi todos regresaron al país en busca de un lugar donde aplicar los conocimientos adquiridos. 'e encontraron con una ausencia total de la infraestructura necesaria para realizar investigación. 3lgunos se colocaron en industrias, a las que dieron una importante renovación8 otros participaron de cerca en el desarrollo de la %scuela I que llevaba entonces el nombre de %scuela Nacional de Ciencias ?uímicasI y $abrían de desempe7ar un papel importante en su consolidación. *al vez quien m&s sobresalió entre ellos fue el mismo 4ernando (rozco que residió durante sus estudios en aquel castillo. (rozco, doctorado en la niversidad de Aamburgo en an&lisis inorg&nico de metales, promovió la actualización de los planes de estudio y fue de los asesores dePEMEX que $icieron posible la producción del antidetonante de las gasolinas inmediatamente despu!s de la expropiación, tema en el que profundizamos en el segundo capítulo. Casi veinte a7os despu!s de que se fundó la %scuela de ?uímica se creó el :nstituto Polit!cnico Nacional, y en !l la %scuela 'uperior de :ngeniería ?uímica e :ndustrias %xtractivas. %n D0FD se creó en la UNAM el :nstituto de ?uímica, con fondos provenientes de la Casa de %spa7a y del /anco de "!xico. %l :nstituto vino a llenar el vacío de investigación química que existió durante muc$os a7os e $izo realidad el inicio de la formación de
científicos de esta &rea en "!xico. 'u primer director fue don 3ntonio "adinaveitia, uno de los refugiados espa7oles que "!xico acogió despu!s de la guerra civil. #on 3ntonio participó tambi!n en el dise7o del proceso que $izo factible el aprovec$amiento de las aguas del lago de *excoco para la fabricación de sosa c&ustica y carbonato de sodio. %sta moderna tecnolo$ía del tequesquite se implantó en la empresa 'osa *excoco en D0F1. Como relatamos m&s adelante, la especialidad del :nstituto fue la química org&nica. %n el a7o de D0F se graduó allí el primer doctor formado en el :nstituto. 'e trataba de 3lberto 'andoval Land&zuri, quien luego lo dirigiría por diecioc$o a7os. (tro egresado conspicuo de esos a7os fue 5os! 4. Aerr&n 3rellano, quien fundó y fue primer director de la #ivisión de %studios 'uperiores, $ec$o por el que la %scuela Nacional de Ciencias ?uímicas se transformó en la $oy 4acultad de ?uímica de la UNAM 3unque $an sido diversas y muy amplias las aportaciones de la química mexicana en este siglo, a manera de eemplo relatamos a continuación cuatro de ellas. L(' 3N*:C(NC%P*:M(' (>3L%' + L3 C(>*:'(N3 %n la misma d!cada de su fundación, el :nstituto de ?uímica $abría de coparticipar en uno de los descubrimientos modernos m&s sobresalientes6 la píldora anticonceptiva. La $istoria empieza en D0FH, cuando el estadounidense "arZer descubre en "!xico un vegetal, llamado 2cabeza de negro2, con alto contenido de diosgenina, una sustancia que "arZer sabía transformar en progesterona 9compuesto de la familia de los esteroides;. %sta $ormona es segregada por las mueres durante el embarazo, lo cual in$ibe la menstruación. Para industrializar su descubrimiento, "arZer se asoció con dos mexicanos, 'omlo y Le$mann, y creó la empresa 'yntex.
Figura . ;6a cabeza de negro; es un 'egetal mexicano de raíz tuberosa que sir'ió de materia prima para #abricar progesterona en los aBos cuarenta. ,nteriormente* un gramo de esta sustancia costaba unos doscientos dólares. %inco aBos más tarde* por los trabaos desarrollados en México* costaba sólo dos dólares. (omada del libro Una corporación, una molécula, &"ntex* México* 1/=.)
%l !xito acad!mico y comercial que tuvo la producción de $ormonas en "!xico fue espectacular. Aacia D0G0, los científicos de 'yntex $abían publicado m&s artículos sobre esteroides que cualquier otra institución acad!mica o industrial en el mundo. %n cuestión de diez a7os, nuestro país, del que no constaba previamente ninguna contribución notable en química b&sica, se $abía transformado en uno de los centros mundiales de una rama especializada de la química org&nica. Nos visitaron los m&s renombrados investigadores del mundo y se formaron en "!xico importantes grupos de científicos.
*al vez la labor m&s sobresaliente fue la del $idroc&lido 5es@s >omo 3rmería, investigador del :nstituto de ?uímica y de 'yntex, quien participó en diversos proyectos de síntesis a partir de progesterona, los que culminaron en D0GD con la síntesis de la cortisona, que contiene tres &tomos de oxígeno m&s, en posiciones cruciales, que la convierten en un eficaz antiinflamatorio y antiartrítico.
Fórmula 5. &i la posición de uno o más átomos di#iere de una molécula a otra* las propiedades de las sustancias pueden 'ariar enormemente. 6as #órmulas están escritas en una especie de taquigrafía química en la que se sobrentiende que en cada 'értice existe un átomo de carbono con los hidrógenos necesarios. ,) Fórmula molecular de la progesterona* la hormona del embarazo. L) Fórmula molecular de la cortisona* un potente antiin#lamatorio.
Pocos a7os m&s tarde se produeron en "!xico los primeros antiovulatorios orales, que impiden que el óvulo abandone el ovario e interfieren por lo tanto en la gestación. Cinco a7os despu!s, millones de mueres en todo el mundo los estaban utilizando. 3ctualmente $ay muy diversos tipos de antiovulatorios y sigue estudi&ndose cómo establecer la inocuidad de su empleo prolongado. Por otra parte, 'yntex fue vendida a una compa7ía estadounidense y se transformó en una corporación internacional. Aoy alcanza ventas anuales por m&s de mil millones de dólares. %l centro de sus operaciones administrativas, de mercado y de investigación se ubicó en Palo 3lto, California. %n "!xico continuó la fabricación de productos esteroidales intermedios, mientras que la de productos terminados se desplazó a Puerto >ico y las /a$amas. %L :N'*:**( "%B:C3N( #%L P%*>=L%( 3 raíz de la nacionalización del petróleo en D0H, las compa7ías extraneras negaron la venta de tetraetilo de plomo 9antidetonante de la gasolina, v!ase el capítulo ::;.
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Fórmula =. etraetilo de plomo. ,unque meora el desempeBo de las gasolinas* la presencia de plomo en este compuesto es un agente gra'e de contaminación. 6a ma"oría de los metales pesados son tóxicos para los humanos.
#espu!s de un primer intento fallido, los ingenieros químicos mexicanos lograron, con la tenacidad que inspiran los bloqueos, ec$ar a andar una planta de tetraetilo que se instaló en el mismo lugar donde 1 a7os m&s tarde 9D0OO; se crearía el IMP. "!xico no sólo es el quinto productor de petróleo crudo en el mundo, sino tambi!n el decimosegundo de productos petroquímicos. Aacia D01 se encontraba entre los primeros cinco por el n@mero de plantas en desarrollo, situación que empeoró debido a la escasa inversión de los a7os críticos posteriores. %n el :nstituto se $an dise7ado cerca de DRR plantas petroquímicas y de refinación de petróleo. 'in embargo, no todo $a sido dise7o. %l IMP cuenta con m&s de DGR patentes con registro internacional, entre las que destacan las de procesos de $idrodesulfuración 9eliminación del contaminante azufre de las gasolinas y el diesel; y de desmetalización selectiva de residuos pesados 9conocido como proceso DEMEX;, con plantas que trabaan en el país y el extranero. %l aporte del :nstituto al desarrollo nacional $a sido muy importante. %n fec$a reciente concluyó, por eemplo, el estudio global de la calidad del aire en la zona metropolitana de la ciudad de "!xico, que permite simular y valorar el efecto que sobre la contaminación por azufre, $idrocarburos, óxidos de nitrógeno y ozono, tendría la aplicación de diversas medidas de control tales como algunos cambios en la composición de gasolinas y di!sel, el efecto de las fuentes móviles y fias, la eliminación de la refinería de 3zcapotzalco, etc!tera. %L A:%>>( %'P(N53 *al vez la tecnología mexicana m&s conocida en el extranero sea la que desarrolló la compa7ía Aoalata y L&mina 9 HYLSA; de "onterrey, respecto al llamado hierro espon%a. 'obre dic$a tecnología se informa en la &nc"clopedia of 'hemical Technolo$". %n D0G, un efecto de la guerra de Corea fue la elevación de los precios de la c$atarra.HYLSA, que producía aeroplanos a partir de c$atarra, $ubo de iniciar un programa de investigación cuyo resultado fue el proceso de reducción directa del mineral de $ierro. na tecnología tercermundista de primera línea. *reinta a7os m&s tarde, cuando la producción mundial de $ierro alcanza los mil millones de toneladas, la tecnología de HYLSA sigue siendo líder en el campo de obtención de $ierro por reducción directa.
Figura >. ,specto del hierro espona* mineral de hierro después de ser sometido al tratamiento de reducción directa (cortesía del doctor +abriel +oon* UANL.)
>%#CC:=N + (B:#3C:=N, P:L3>%' #% L3 ?<":C3 %l t!rmino oxidación se aplicó originalmente a la ganancia de oxígeno en un cambio químico. La formación de $errumbre a partir de $ierro es una oxidación, lo mismo que cualquier combustión. 3l proceso inverso, la p!rdida de oxígeno, se lo llamó reducción. Posteriormente, ambos t!rminos fueron ampliados para incluir la ganancia o p!rdida de $idrógeno o electrones 9v!ase el cuadro F;. CUADRO ". #igni$icao e oxidación y reducción
Se oxida la sustancia o el átomo que
Se reduce la sustancia o el átomo que
0ana oxígeno o pierde hidrógeno o Pierde oxígeno o gana hidrógeno pierde electrones o gana electrones
%n el proceso del $ierro espona, la proporción de oxígeno que se encuentra combinada químicamente con el $ierro en el mineral se va reduciendo paulatinamente gracias a la acción de una mezcla de $idrógeno 9 3$; y monóxido de carbono 9 %4;, que se alimenta a088 %. 3mbas sustancias toman &tomos de oxígeno del mineral 9se oxidan; para formar3$4 y %4$. #e esta manera, el óxido de $ierro del mineral, Fe$ 45 se convierte en Fe54=, luego en Fe4 y finalmente en el elemento 4e. %s decir, el mineral de $ierro se reduce 9pierde oxígeno;. %l resultado es un $ierro poroso, esencialmente con la misma forma y tama7o que la partícula del mineral, que es una magnífica car$a para la elaboración de acero en un $orno el!ctrico, pues est& libre de impurezas met&licas, es f&cil de manear y transportar y posee una composición química uniforme y precisa. L3 >%M(LC:=N M%>#% %n "!xico se inició y desarrolló el proceso conocido como re#olución #erde, el cual permitió a Norman /orlaug ganar el Premio Nobel de la Paz de D0R, por sus descubrimientos en el campo de la agricultura. %ste proyecto, con influencia política pero esencialmente biológico y bioquímico, revolucionó la producción agrícola e influyó en la consolidación de importantes grupos
mexicanos de investigación, como el del Centro :nternacional para el "eoramiento del "aíz y del *rigo 9 CIMMYT;, el del :nstituto Nacional de :nvestigaciones 3grícolas 9 INIA; y el del Colegio de Posgraduados de C$apingo. %n veinte a7os, la productividad de maíz por $ect&rea pasó de 0G a D R Zilogramos y la de trigo, de D FD a H FR Zilogramos, lo cual constituyó un aporte que alivió en parte los problemas de escasez de alimentos y la desnutrición. #ebemos tener presente que se $ace necesario un importante apoyo financiero y tecnológico para lograr la generalización de este sistema en todo el país, dado que los problemas del campo siguen siendo muy graves. 3dem&s de las citadas, son varias las instituciones nacionales que realizan investigación de car&cter biológico y bioquímico, orientada al reino vegetal6 la 4acultad de ?uímica de la UNAM, el Centro de :nvestigación y %studios 3vanzados del :PN de :rapuato y el Centro de :nvestigación Científica de +ucat&n. Parte de la investigación se orienta $acia el meoramiento de las poblaciones vegetales para obtener mayor resistencia gen!tica a las enfermedades y a las plagas, así como $acia el desarrollo de una mayor tolerancia a la sequía y el almacenamiento. *odo esto es de gran importancia en un país en el que el maíz y el friol son la base de la alimentación, y donde RE de la superficie cultivada depende de la lluvia como @nica fuente de $umedad. N P>(/L%"3 >3M% + N3 %N(>"% P(*%NC:3L:#3# #espu!s de presentar este panorama de la química mexicana, vale la pena resaltar las razones por las que el desarrollo de la ciencia central $a sido tan moderado. #esde luego, la química comparte con otras ciencias una problem&tica com@n de financiamiento y ausencia de tradición, $eredadas de nuestra condición de país tercermundista. #e aquí se deriva la tra$edia de la ciencia mexicana. 'in embargo, esta ciencia presenta una característica muy peculiar, ya que de ella $a derivado una de las industrias m&s din&micas de la economía6 la industria química. %sto representa una gran ventaa y potencialidad, pero tambi!n un grave problema. Las aplicaciones de la química empezaron a darse aun antes de que !sta se estableciera como ciencia. Por eemplo, la edad de $ierro sólo pudo ocurrir mediante el aprendizae de la transformación de los minerales en metales, pero ello tuvo lugar milenios antes del nacimiento de Lavoisier y #alton. 3sí, el conocimiento empírico se adelantó grandemente al conocimiento científico, el cual es muy reciente. Con ello, muc$a gente se contentó con el saber hacer sin importar muc$o el saber por qué. 4ueron pocos los países donde se utilizó la química para comprender todos esos $ec$os y t!cnicas producto de la experiencia acumulada. "uy pronto esos mismos países pudieron acoplar la investigación fundamental con la producción de nuevos bienes. Nosotros importamos la manera de $acerlos, pero no cultivamos ni trasladamos la forma de conocer cómo desarrollar otros. 3sí, cuando en "!xico se presentó el fenómeno de la industrialización, la química participó como una actividad t!cnica 9m&s que científica; modelada por nuestro car&cter dependiente. #e esta manera, el eercicio creativo de la química y la ingeniería química se restringió a los espacios acad!micos universitarios, en franca desconexión con la producción, ya que !sta no necesitaba de creatividad, pues surgió como una actividad reflea. %ste es el gran reto de la química en "!xico6 lograr que se realicen nuevos descubrimientos que luego transiten, en el tiempo necesario, de la mesa de laboratorio a la instalación industrial o al campo y de allí se conviertan en beneficio para la población. %s urgente que se dee de concebir a la química como una ciencia 2para $acer cosas2 y que se piense en ella 2para conocer m&s cosas2, que luego nos beneficien m&s. Los pocos eemplos citados deben repetirse con m&s frecuencia. Pero ello sólo se lograr& cuando se adquiera total conciencia de la importancia capital que tiene para un país el
desarrollo de la ciencia y de sus aplicaciones originales. (tro ser& el estado de este país cuando tengamos menos cosas que aprender y m&s que ense7ar. Por a$ora, seguimos aprendiendo... /:/L:(>34<3 >%C("%N#3#3 /argalló, "., (a química inor$ánica " el beneficio de los metales en el !éxico prehispánico " colonial, UNAM, "!xico, D0OO. #e ortari, %., (a ciencia en la historia de !éxico, 4ondo de Cultura %conómica, "!xico, D0OH. arcía 4ern&ndez, A., )istoria de una acultad, UNAM, "!xico, D0G. arritz, 3. y 5. 3. C$amizo, *uímica, 3ddisonTQesley :beroamericana, Qilmington, D00F. Aern&ndez /., %. >., +esarrollo de la química inor$ánica en !éxico " la contribución de la acultad de *uímica en esa área, trabao monogr&fico, 4acultad de ?uímica, UNAM, D0O. 'iguiura. +, 2La ciencia y la tecnología en el "!xico antiguo2, 'iencia " +esarrollo , vol. , n@m. FH, marzoTabril de D01, pp. DDHTDFD. 'yntex, na corporación " una molécula , "!xico, D0O. *rabulse, %., )istoria de la ciencia en !éxico, 4ondo de Cultura %conómica, "!xico, D0H. Qaissblut$, ". et al, 2%l desarrollo de la ciencia y la tecnología en "!xico2, 'iencia " +esarrollo, vol. , n@m. FG, ulioTagosto de D01, pp. 1TH.
