Subdisciplinas de la química
La química cubre un campo de estudios bastante amplio, por lo que en la práctica se estudia cada tema de manera particular. Las seis principales y más estudiadas ramas de la química son:
- Química inorgánica: síntesis y estudio de las propiedades eléctricas, magnéticas y ópticas de los compuestos formados por átomos que no sean de carbono (aunque con algunas excepciones). Trata especialmente los nuevos compuestos con metales de transición, los ácidos y las bases, entre otros compuestos.
- Química orgánica: Síntesis y estudio de los compuestos que se basan en cadenas de carbono.
- Bioquímica: estudia las reacciones químicas en los seres vivos, estudia el organismo y los seres vivos. Bioquímica es el estudio de las sustancias químicas, las reacciones químicas y las interacciones químicas que tienen lugar en los organismos vivos. Bioquímica y la química orgánica están estrechamente relacionados, como en la química médica o neuroquímica. Bioquímica también se asocia con la biología molecular y la genética.
- Química física: también conocidas como fisicoquímica, estudia los fundamentos y bases físicas de los sistemas y procesos químicos. En particular, son de interés para el químico físico los aspectos energéticos y dinámicos de tales sistemas y procesos. Entre sus áreas de estudio más importantes se incluyen la termodinámica química, la cinética química, la electroquímica, la mecánica estadística y la espectroscopia. Usualmente se la asocia también con la química cuántica y la química teórica.
- Química industrial: Estudia los métodos de producción de reactivos químicos en cantidades elevadas, de la manera económicamente más beneficiosa. En la actualidad también intenta aunar sus intereses iniciales, con un bajo daño al medio ambiente.
- Química analítica: estudia los métodos de detección (identificación) y cuantificación (determinación) de una sustancia en una muestra. Se subdivide en Cuantitativa y Cualitativa.
La diferencia entre la química orgánica y la química biológica es que en la química biológica las moléculas de ADN tienen una historia y, por ende, en su estructura nos hablan de su historia, del pasado en el que se han constituido, mientras que una molécula orgánica, creada hoy, es solo testigo de su presente, sin pasado y sin evolución histórica.
Además existen múltiples subdisciplinas que, por ser demasiado específicas o bien multidisciplinares, se estudian individualmente:
- astroquímica es la ciencia que se ocupa del estudio de la composición química de los astros y el material difuso encontrado en el espacio interestelar, normalmente concentrado en grandes nubes moleculares.
- electroquímica es una rama de la química que estudia la transformación entre la energía eléctrica y la energía química.
- fotoquímica, una subdisciplina de la química, es el estudio de las interacciones entre átomos, moléculas pequeñas, y la luz (o radiación electromagnética).
- magnetoquímica es la rama de la química que se dedica a la síntesis y el estudio de las sustancias de propiedades magnéticas interesantes.
- nanoquímica (relacionada con la nanotecnología).
- petroquímica es lo perteneciente o relativo a la industria que utiliza el petróleo o el gas natural como materias primas para la obtención de productos químicos.
- geoquímica: estudia todas las transformaciones de los minerales existentes en la tierra.
- química computacional es una rama de la química que utiliza computadores para ayudar a resolver problemas químicos. Utiliza los resultados de la química teórica, incorporados en algún software para calcular las estructuras y las propiedades de moléculas y cuerpos sólidos. Mientras sus resultados normalmente complementan la información obtenida en experimentos químicos, pueden, en algunos casos, predecir fenómenos químicos no observados a la fecha.
- química cuántica es una rama de la química teórica en donde se aplica la mecánica cuántica y la teoría cuántica de campos.
- química macromolecular: estudia la preparación, caracterización, propiedades y aplicaciones de las macromoléculas o polímeros;
- química medioambiental: estudia la influencia de todos los componentes químicos que hay en la tierra, tanto en su forma natural como antropogénica;
- química nuclear o física nuclear es una rama de la física que estudia las propiedades y el comportamiento de los núcleos atómicos.
- química organometálica se encarga del estudio de los compuestos organometálicos, que son aquellos compuestos químicos que poseen un enlace entre un átomo de carbono y un átomo metálico, de su síntesis y de su reactividad.
- química supramolecular es la rama de la química que estudia las interacciones supramoleculares, esto es, entre moléculas.
- química teórica incluye el uso de la matemática y física para explicar o predecir fenómenos químicos.
- química toxicológica: estudia la toxicidad de sustancias químicas naturales o artificiales sobre el medioambiente y el ecosistema, incluido el ser humano, a corto y largo plazo.
Los aportes de célebres autores
Hace aproximadamente 455 años solo se conocían doce elementos. A medida que fueron descubriendo más elementos, los científicos se dieron cuenta de que todos guardaban un orden preciso. Cuando los colocaron en una tabla ordenada en filas y columnas, vieron que los elementos de una misma columna tenían propiedades similares. Pero también aparecían espacios vacíos en la tabla para los elementos aún desconocidos. Estos espacios huecos llevaron al científico ruso Dmitri Mendeléyev a pronosticar la existencia del germanio, de número atómico 32, así como su color, su peso, su densidad y su punto de fusión. Su “predicción sobre otros elementos como —el galio y el escandio— también resultó muy atinada”, señala la obra Chemistry, libro de texto de química editado en 1995.
Químicos relevantes del siglo XX-XXI ganadores del Premio Nobel de Química
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Muchos científicos han contribuido al crecimiento de la Química a través de importantes descubrimientos que los han hecho merecedores del Premio Nobel en Química. A modo de ejemplo, entre mucho de ellos, podemos citar a Emil Fischer que descubrió la síntesis de la glucosa y otros azúcares, Maria Curie por sus estudios en el campo de la radiactividad descubriendo el radio y el polonio. Theodor Svedberg, por el invento y la aplicación de la ultracentrífuga; Irene Curie, hija de Maria Curie, por construir el primer reactor nuclear que utilizaba la fisión nuclear controlada. Otto Hanh por su descubrimiento de la fisión nuclear, Linus Pauling por su estudio de la estructura atómica de las proteínas y la anemia falciforme causada por defecto genético en la producción de hemoglobina. Luis Federico Leloir por el descubrimiento de los procesos químicos que dan lugar a la formación de azúcares en las plantas, Paul Crutzen compartió el Nobel con Mario Molina y Sherwood Rowlands por el descubrimiento del papel de los óxidos de nitrógeno y de los fluorocarbonos en la destrucción de la capa de ozono, Roger David Kornberg por el descubrimiento del modo en que las células copian la información genética. Los últimos científicos que han obtenido el Premio Nobel de Química han sido Stanley Whittingham y Akira Yoshino por el desarrollo de las baterías de iones de litio.
Campo de trabajo: el átomo
El origen de la teoría atómica se remonta a la escuela filosófica de los atomistas, en la Grecia antigua. Los fundamentos empíricos de la teoría atómica, de acuerdo con el método científico, se debe a un conjunto de trabajos hechos por Antoine Lavoisier, Louis Proust, Jeremias Benjamin Richter, John Dalton, Gay-Lussac, Berzelius y Amadeo Avogadro, hacia principios del siglo XIX.
Los átomos son la fracción más pequeña de materia estudiados por la química, están constituidos por diferentes partículas, cargadas eléctricamente, los electrones, de carga negativa; los protones, de carga positiva; los neutrones, que, como su nombre indica, son neutros (sin carga); todos ellos aportan masa para contribuir al peso.
Los tipos de átomos que forman las células son relativamente pocos:
Cada átomo tiene en su parte central un núcleo denso con carga positiva rodeado a cierta distancia por una nube de electrones con carga negativa que se mantienen en órbita alrededor del núcleo por atracción electrostática. El núcleo está formado por dos tipos de partículas subatómicas: los protones, que tienen carga positiva, y los neutrones, que son eléctricamente neutros. El número de protones presentes en el núcleo del átomo determina su número atómico. Un átomo de hidrógeno tiene un solo protón en el núcleo; por consiguiente el hidrógeno, cuyo número atómico es 1, es el elemento más liviano. La carga eléctrica de un protón es exactamente igual y opuesta a la carga de un electrón. El átomo es eléctricamente neutro; el número de electrones con carga negativa que se encuentra alrededor del núcleo es igual al número de protones con carga positiva que se encuentran dentro del núcleo; por ende, el número de electrones de un átomo también es igual al número atómico. Todos los átomos de un elemento tienen el mismo número atómico.
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