New System of Chemical Philosophy

Las metáforas visuales son a menudo esenciales en la ciencia cuando no puedes ver lo que estás estudiando. El químico inglés John Dalton, nacido hace 250 años, ilustró su teoría atómica usando esferas de madera (imaginadas), perforadas con agujeros para alfileres que les permitían ser unidas en racimos. Pero hay peligros para esos apoyos mentales. En la década de 1880, los estudiantes estaban tan familiarizados con las esferas que uno (enseñado por el prominente defensor de la teoría atómica Henry Enfield Roscoe) declaró: "Los átomos son trozos redondos de madera inventada por el Sr. Dalton".

Hoy en día, los átomos Dalton propuesto en su seminal Nuevo Sistema de Filosofía Química (Segunda parte) (1808) son rutinariamente revelados por microscopía y cristalografía. Están acorralados en trampas electromagnéticas, empujadas como mármoles usando microscopios de barrido, incluso fabricadas y monitoreadas una a una en formas super pesadas usando aceleradores de partículas. Nadie los confunde con trozos de madera.

Tampoco lo hizo Dalton. Articuló la idea antigua de que la materia se construye a partir de partículas fundamentales de una manera que la alineó con los principios cuantitativos de la reacción química aclarados a finales del siglo XVIII. Esas reglas macroscópicas, decía, provienen de la combinación sistemática de cuerpos microscópicos: sólidos, masivos y duros, como Isaac Newton lo había puesto en una frase que Dalton quería citar.

Sin embargo, en cierto sentido, incluso en la década de 1880, los átomos todavía no eran mucho más que las esferas modelo de Dalton. Debido a que permanecieron inobservados, varios científicos destacados se negaron a aceptar su realidad, entre ellos el físico Ernst Mach y el químico Wilhelm Ostwald. Algunos consideraban los átomos más que una comodidad heurística: una muleta que la mente podría usar para dar sentido a las transformaciones químicas. Por eso, a pesar de las dudas de Roscoe de que las bolas de madera de Dalton podrían inducir a error a los estudiantes, las pelotas tenían un papel valioso. Ellos mostraron cómo visualizar una entidad puede ayudar a cementar el concepto incluso cuando la evidencia directa es elusiva. Es una estrategia arriesgada afirmar la realidad física de algo que todavía no se ha observado (¿la materia oscura será realmente partículas?). Pero sin tal imagen, una teoría puede parecer poco más que metafísica.

Es tradicional situar el Nuevo Sistema de Filosofía Química de Dalton como un paso - quizás el más grande - en un largo camino hacia la moderna teoría atómica que comenzó con los antiguos atomistas griegos Leucipo y Demócrito en el siglo V AC y terminó con los átomos nucleares propuestos Por Ernest Rutherford y Niels Bohr a principios del siglo XX, luego la teoría cuántica y los microscopios de exploración de sonda. La "filosofía" en el título de Dalton significaba algo más cercano a una teoría científica que al razonamiento abstracto que tiende a connotear hoy. Sin embargo, su libro también representa una coyuntura importante para la filosofía de la ciencia. Hablaba de si la ciencia debía basarse en el empirismo o en la hipótesis explicativa -una cuestión que había ejercido Newton y Robert Boyle en el siglo xvn. No había nada nuevo en la idea de Dalton de la materia atomística; La cuestión era si tratar esto como una conjetura útil o como una realidad. Antoine Lavoisier, cuyo trabajo sobre las proporciones de combinación química fue crucial para Dalton, no tuvo tiempo para tales preguntas. Lavoisier insistió en que la meditación sobre "partículas finales" era metafísica - e infructuosa.

Entonces, ¿cómo Dalton, un modesto maestro educado en las escuelas de la aldea de Cumbria y excluido de Oxford y Cambridge por su quakerismo, tomó un salto imaginativo que eludió a los profesores distinguidos? Incluso si admitimos algo del polvo de hadas de "genio" en una explicación, no debemos descartar la amplia lectura de Dalton - de Boyle y Newton a Claude Louis Berthollet y Humphry Davy. Él también prestó la atención cuidadosa a los detalles cuantitativos de experimentos por los gustos de su amigo, químico de Mancunian Guillermo Henry, y Lavoisier. Dalton presentó su teoría atomística a la Sociedad Literaria y Filosófica de Manchester, de la que fue secretario, entre 1803 y 1805. Algunos de sus papeles fueron publicados en las memorias de la sociedad, pero se le instó a presentarlos como un libro, como él lo puso , En "los intereses de la ciencia, y su propia reputación".

El Nuevo Sistema es uno de esos libros fundacionales que no dice lo que usted podría pensar que debería. No se trata sobre todo de átomos. Las primeras 140 páginas aproximadamente del volumen 1 se refieren al calor ya sus efectos, mientras que el volumen 2 es una descripción detallada de los compuestos químicos inorgánicos. La teoría atómica de Dalton se limita al capítulo final de cinco páginas del primer volumen. Aquí, explica que las estequiometrías fijas de las reacciones químicas - tanto del elemento A se combina con tanto de B - pueden ser racionalizadas suponiendo que los átomos constituyentes se unen en "átomos compuestos" de relaciones simples, tales como 1: 1 o 1 : 2. El punto es más famoso y elocuentemente hecho en un plato que muestra bocetos de estos sindicatos. Un "átomo" de agua comprende un átomo cada uno de hidrógeno y oxígeno; Un átomo de amoniaco es un 1:

Las proporciones son incorrectas - el químico Jöns Jakob Berzelius corrigió muchas en las dos décadas siguientes. Y en 1813, propuso una representación alfabética (por ejemplo, H 2 O [ sic ]) en lugar de las bolas pictóricas de Dalton. Dalton, con el conservadurismo común a los pioneros, declaró esto "horripilante", diciendo que los símbolos "nublan la belleza y la simplicidad de la teoría atómica". Su disgusto pudo haber contribuido a un derrame cerebral en 1837.

El Nuevo Sistema no es una nueva teoría de la química. Entre otras cosas, no ofrece ninguna explicación de por qué reaccionan los átomos. Roscoe puso su dedo en él cuando dijo que el significado de la teoría de Dalton era su propuesta de que cada tipo de átomo tiene una masa única. Eso daba sentido a las cantidades en las que los elementos se combinaban y ofrecía la primera distinción general y fundamental entre un elemento y el siguiente, lo que finalmente se encarnó en la idea del número atómico.

Sin embargo, es la idea de los átomos como las unidades indivisibles de la materia que se clavan en la mente, porque los lectores pueden verlos en la página. Dalton no pretendía que sus diagramas pedagógicos de las uniones atómicas - "átomos compuestos", o moléculas como diríamos ahora - se tomen demasiado literalmente. No hay ningún indicio en su libro de forma molecular; Los arreglos de los átomos en las uniones binarias, ternarias y otras son puramente nocionales, y cuando Dalton dibuja "partículas de agua" empacadas en las formas cristalinas del hielo, también son esferas.

De todos modos, la representación visual de los átomos era sin duda la condición previa para la aparición de un concepto de estructura molecular, con átomos en relaciones espaciales fijas, a mediados del siglo XIX. Algo de este tipo seguramente habría aparecido si Dalton había "inventado" átomos como bolas de madera, pero esa innovación era más elocuente de lo que su inventor había previsto.