Durante casi toda su existencia, la teoría atómica ha tenido mucho más de filosofía que de ciencia. Oculta a los ojos de gran parte de los científicos, para los que investigaban las propiedades de la materia era indudable de que estaba compuesta por átomos. El problema con el que se enfrentaban era su incapacidad para obtener sustancias puras. La química arrastraba todavía el lastre de los cuatro elementos griegos. El descubrimiento del oxígeno, nitrógeno, hidrógeno y otros elementos químicos hizo que volviera a ponerse de moda la teoría atómica, pero con un enfoque totalmente diferente. El culpable, un meteorólogo cuáquero llamado John Dalton (1766-1844).
Llega la teoría atómica
La pasión de Dalton era la meteorología. Construía barómetros, termómetros y pluviómetros para poder entender lo que constituía su máxima obsesión: la humedad y el ciclo del vapor de agua en la atmósfera. Pero lo más importante fue descubrir que el aire contenía cuatro veces más nitrógeno que oxígeno -y pequeñas trazas de dióxido de carbono-. Este hallazgo espoleó su interés por investigar cómo reaccionaban entre sí los gases. En sus experimentos se dio cuenta que al combinar una cierta cantidad de gases siempre quedaba algo de los gases primitivos sin reaccionar. Por ejemplo, el oxígeno y el hidrógeno siempre se combinaban en una proporción de ocho a uno.
Este hecho había sido descubierto poco tiempo antes por el francés Joseph Louis Proust (1755-1826), que en esos momentos estaba peleando por convencer a sus colegas de que cada sustancia química estaba compuesta por una cantidad dada de elementos puros. Daba igual cómo se hubiese obtenido una sustancia, siempre contenía los mismos «cuerpos simples» combinados en las mismas proporciones. Reflexionando sobre todos estos interrogantes Dalton llegó a la conclusión de que podían explicarse si suponía a la materia compuesta por átomos. También encontró que la hipótesis atómica explicaba una ley que acababa de descubrir: todos los gases se expanden la misma cantidad si se les aumenta en la misma proporción la temperatura.
Agua H2O
Agua H2O
Dalton y los átomos
En 1805 Dalton, ante sus colegas de la universidad de Edimburgo, presentó «una nueva visión de los primeros principios o elementos de los cuerpos y sus combinaciones». Durante su conferencia anunció que su idea produciría «cambios muy importantes en el sistema de la química y reduciría todo a una ciencia muy simple, e inteligible hasta para el de más bajo entendimiento». De modo tan modesto Dalton -excelente conferenciante- introdujo la teoría atómica en la química. Una teoría que presentaba dos importantes avances: establecía una escala relativa de pesos para los elementos químicos -primitiva, por supuesto, pero la primera en ser propuesta-, e introdujo un sistema de símbolos para los elementos y los compuestos, para representar tanto su identidad como sus masas.
Dalton siguió trabajando en su teoría hasta que en 1808 presentó su clásico Un nuevo sistema de filosofía química donde señalaba que, a pesar de que no se podía medir el peso de los átomos por ser demasiado pequeños, sí podía medirse el peso relativo entre átomos. Dalton seguía sus reglas de sencillez, que en el fondo venían a decir que los compuestos siempre se formaban por la combinación química más sencilla. Así, el único compuesto de hidrógeno y oxígeno era el agua, luego debía ser oʘ, o sea OH, lo que introdujo el error de considerar el peso relativo del oxígeno de 8 en lugar de 16.
La publicación de la teoría de Dalton atrajo la atención del químico francés Joseph Louis Gay-Lussac (1778-1850). Había encontrado la misma relación entre el volumen y la temperatura de un gas hallada por Dalton pero la formuló de manera más explícita. Su interés se centraba en la combinación de gases y descubrió que dos gases siempre reaccionaban de forma que el cociente de sus volúmenes era un número entero. Así, un volumen de oxígeno se combina con dos de hidrógeno para dar dos de agua.
¿Cuánto pesan los átomos?
Ahora bien, si los átomos existían, debíamos ser capaces de medir sus pesos. Gran parte del esfuerzo químico durante la primera mitad del siglo XIX fue determinar de la manera más exacta posible los pesos de todos los compuestos conocidos. Y quien se dedicó con más ahínco a este cometido fue un sueco hipocondríaco, amante de las mujeres y de la buena comida llamado Jöns Jakob Berzelius (1779-1848).
Jöns Jakob Berzelius
Jöns Jakob Berzelius
El año en que Dalton anunció su teoría Berzelius obtenía una plaza de profesor de medicina y farmacia en la Facultad de Medicina de Estocolmo (años más tarde conocida como el Instituto Karolinska). En su laboratorio Berzelius se dedicó a aprender todo lo que pudo de química y con el dinero de su millonaria mujer disfrutó de los buenos placeres de la vida: viajar —ocasión que aprovechaba para mantener al día unos divertidos diarios donde describía con todo lujo de detalles las ‘formas femeninas’ de los países que visitaba—, comer —un día llegó a zamparse un menú francés de cuarenta platos—, beber aguas minerales —destinadas a curar sus enfermedades imaginarias— y a usar su soplete, un instrumento que era utilizado habitualmente para alcanzar los 1.500ºC e identificar los elementos que componían los minerales previamente desmenuzados.
Berzelius era muy bueno en esto y analizaba la composición de las colecciones de minerales de amigos y conocidos a cambio de comida y hospedaje —como, por ejemplo, hizo con la de Goethe—. En una de esas ocasiones, mientras trataba de identificar la composición de una misteriosa roca encontrada cerca de una mina de hierro en Suecia, Berzelius y su rico anfitrión descubrieron que se trataba de una mezcla de tungsteno con un nuevo elemento. En lugar de bautizarlo con el nombre de sueconium o berzelium —como hubiera sido de esperar— se le llamó cerio, en honor a un asteroide, Ceres, recién descubierto.
Jöns Jakob Berzelius
Jöns Jakob Berzelius
Una nueva nomenclatura
Berzelius enseguida se interesó por la propuesta de Dalton y en 1818 ya había identificado los pesos de cuarenta y cinco de los cuarenta y ocho elementos conocidos, y elaboró una lista con más de dos mil sustancias. La complejidad que encontró a la hora de nombrar los diferentes compuestos le hizo plantearse una nueva forma de notación para las diferentes sustancias químicas, completando así la notación introducida por Antoine Lavoisier en 1787. Identificó cada elemento con la primera letra de su nombre latino, y si había dos que empezaban por la misma añadía la segunda. En el caso de sustancias compuestas, un número en subíndice indicaba la proporción en que se encontraba el elemento en cuestión. El agua sería a partir de entonces H2O, el anhídrido carbónico CO2 y el ácido sulfúrico H2SO4.
