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Afinidad química

En física química y química física , la afinidad química es la propiedad electrónica por la cual especies químicas diferentes son capaces de formar compuestos químicos . [ 1 ] L...

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En física química y química física , la afinidad química es la propiedad electrónica por la cual especies químicas diferentes son capaces de formar compuestos químicos . [ 1 ] La afinidad química también puede referirse a la tendencia de un átomo o compuesto a combinarse mediante reacción química con átomos o compuestos de composición diferente.

El término afinidad se ha utilizado figurativamente desde aproximadamente 1600 en discusiones sobre relaciones estructurales en química, filología , etc. Históricamente, la afinidad química se ha referido a la " fuerza " que causa reacciones químicas . [ 2 ] La definición amplia, utilizada generalmente a lo largo de la historia, es que la afinidad química se refiere a las formas en que las sustancias entran en descomposición o resisten la descomposición. [ 3 ]

El término moderno afinidad química es una variación ligeramente modificada de su precursor del siglo XVIII, "afinidad electiva" o atracciones electivas, término utilizado por el profesor de química del siglo XVIII William Cullen . [ 4 ] No está claro si Cullen acuñó la frase, pero su uso parece ser anterior al de la mayoría de los demás, aunque se extendió rápidamente por toda Europa y fue utilizado en particular por el químico sueco Torbern Olof Bergman a lo largo de su libro De attractionibus electivis (1775). Las teorías de afinidad fueron utilizadas de una u otra forma por la mayoría de los químicos desde mediados del siglo XVIII hasta el siglo XIX para explicar y organizar las diferentes combinaciones en las que las sustancias podían entrar y de las que podían ser extraídas. [ 5 ] [ 6 ]

Historia

Primeras teorías

La idea de afinidad es extremadamente antigua. Se han realizado numerosos intentos para identificar sus orígenes. [ 3 ] Sin embargo, la mayoría de estos intentos, salvo en términos generales, resultan infructuosos, ya que las "afinidades" constituyen la base de toda la magia , siendo, por lo tanto, anteriores a la ciencia . La química física , no obstante, fue una de las primeras ramas de la ciencia en estudiar y formular una "teoría de la afinidad". El término affinitas fue utilizado por primera vez en el sentido de relación química por el filósofo alemán Alberto Magno alrededor del año 1250. [ 7 ]

En el siglo XVII , científicos como Robert Boyle , John Mayow , Johann Glauber , Isaac Newton y Georg Stahl propusieron ideas sobre la afinidad electiva en un intento de explicar cómo se genera calor durante las reacciones de combustión . [ 8 ]

Según el historiador de la química Henry Leicester, el influyente libro de texto de 1923, Termodinámica y la energía libre de las reacciones químicas, de Gilbert N. Lewis y Merle Randall, propició la sustitución del término "afinidad" por el término " energía libre " en gran parte del mundo angloparlante.

Según Prigogine, [ 9 ] el término fue introducido y desarrollado por Théophile de Donder . [ 10 ]

Antoine Lavoisier , en su célebre Traité Élémentaire de Chimie (Elementos de Química) de 1789 , hace referencia a la obra de Bergman y analiza el concepto de afinidades o atracciones electivas. Johann Wolfgang von Goethe utilizó este concepto en su novela Afinidades electivas (1809).

Representaciones visuales

Tabla de afinidad de Geoffroy (1718): En la cabecera de la columna se encuentra una sustancia con la que todas las sustancias que aparecen debajo pueden combinarse, y cada columna debajo de la cabecera está clasificada según su grado de "afinidad".

El concepto de afinidad estaba estrechamente ligado a la representación visual de sustancias en una tabla. La primera tabla de afinidad , basada en reacciones de desplazamiento , fue publicada en 1718 por el químico francés Étienne François Geoffroy . El nombre de Geoffroy es conocido principalmente por estas tablas de "afinidades" ( tables de rapports ), que fueron presentadas por primera vez a la Academia Francesa de Ciencias en 1718 y 1720.

Durante el siglo XVIII se propusieron numerosas versiones de la tabla, y químicos destacados como Torbern Bergman en Suecia y Joseph Black en Escocia la adaptaron para incorporar nuevos descubrimientos químicos. Todas las tablas eran esencialmente listas, elaboradas mediante la recopilación de observaciones sobre las interacciones de las sustancias entre sí, mostrando los distintos grados de afinidad que exhiben los cuerpos análogos por diferentes reactivos .

Fundamentalmente, la tabla era la herramienta gráfica central utilizada para enseñar química a los estudiantes y su disposición visual se combinaba a menudo con otros tipos de diagramas. Joseph Black, por ejemplo, utilizó la tabla en combinación con diagramas quiásticos y circulares para visualizar los principios básicos de la afinidad química. [ 11 ] Las tablas de afinidad se utilizaron en toda Europa hasta principios del siglo XIX, cuando fueron reemplazadas por los conceptos de afinidad introducidos por Claude Berthollet .

concepciones modernas

En física química y química física , la afinidad química es la propiedad electrónica por la cual especies químicas diferentes son capaces de formar compuestos químicos . [ 1 ] La afinidad química también puede referirse a la tendencia de un átomo o compuesto a combinarse mediante reacción química con átomos o compuestos de composición diferente.

En términos modernos, relacionamos la afinidad con el fenómeno por el cual ciertos átomos o moléculas tienden a agregarse o unirse. Por ejemplo, en el libro de 1919, Química de la vida humana, el médico George W. Carey afirma que «la salud depende de una cantidad adecuada de fosfato de hierro Fe₃ ( PO₄ ) ₂ en la sangre, ya que las moléculas de esta sal tienen afinidad química por el oxígeno y lo transportan a todas las partes del organismo». En este contexto anticuado, la afinidad química a veces se utiliza como sinónimo de «atracción magnética». Muchos escritos, hasta aproximadamente 1925, también hacen referencia a una «ley de afinidad química».

Ilya Prigogine resumió el concepto de afinidad diciendo: "Todas las reacciones químicas conducen al sistema a un estado de equilibrio en el que las afinidades de las reacciones desaparecen".

Termodinámica

La definición actual de la IUPAC es que la afinidad A es la derivada parcial negativa de la energía libre de Gibbs G con respecto al grado de reacción ξ a presión y temperatura constantes . [ 12 ] Es decir,

A=−(∂GRAMO∂ξ)PAG,T.{\displaystyle A=-\left({\frac {\partial G}{\partial \xi }}\right)_{P,T}.}

De ello se deduce que la afinidad es positiva para las reacciones espontáneas .

En 1923, el matemático y físico belga Théophile de Donder derivó una relación entre la afinidad y la energía libre de Gibbs de una reacción química . Mediante una serie de deducciones, de Donder demostró que si consideramos una mezcla de especies químicas con la posibilidad de una reacción química, se puede probar que se cumple la siguiente relación:

A=−ΔrGRAMO.{\displaystyle A=-\Delta _{r}G.\,}

Con los escritos de Théophile de Donder como precedente, Ilya Prigogine y Defay en Termodinámica Química (1954) definieron la afinidad química como la tasa de cambio del calor de reacción no compensado Q' a medida que la variable de progreso de la reacción o extensión de la reacción ξ crece infinitesimalmente:

A=dQ′dξ.{\displaystyle A={\frac {{\mathrm {d} }Q'}{{\mathrm {d} }\xi }}.\,}

Esta definición es útil para cuantificar los factores responsables tanto del estado de los sistemas en equilibrio (donde A = 0 ) como de los cambios de estado de los sistemas fuera del equilibrio (donde A ≠ 0).

Véase también

Referencias

  1. 1 2 Chisholm 1911 , Afinidad, Química
  2. ↑ Thomas Thomson . (1831). Un sistema de química , vol. 1, pág. 31 (la afinidad química se describe como una "fuerza desconocida"). 7.ª ed., 2 vols.
  3. 1 2 Levere, Trevor, H. (1971). Afinidad y materia: elementos de filosofía química 1800-1865 . Gordon and Breach Science Publishers. ISBN 2-88124-583-8.{{cite book}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  4. ↑ Véase Arthur Donovan, Química filosófica en la Ilustración escocesa, Edimburgo, 1975.
  5. ↑ Eddy, Matthew Daniel (2004). "Elementos, principios y la narrativa de la afinidad" . Foundations of Chemistry . 6 (2): 161– 175. doi : 10.1023/B:FOCH.0000035061.02831.45 . S2CID 143754994 . 
  6. ↑ Sobre la variedad de teorías de afinidad, véase Georgette Taylor, Variaciones sobre un tema; Patrones de congruencia y divergencia entre las teorías de afinidad del siglo XVIII, VDM Verlag Dr Muller Aktiengesellschaft, 2008.
  7. ↑ Malthauf, RP (1966). Los orígenes de la química. Pág. 299. Londres.
  8. ↑ Partington, JR (1937). Breve historia de la química. Nueva York: Dover Publications, Inc. ISBN 0-486-65977-1
  9. ↑ I. Prigogine. (1980). Del ser al devenir. Tiempo y complejidad en las ciencias físicas . San Francisco: WHFreeman and Co.
  10. ^ de Donder, T. (1936). La afinidad . Ed. Pierre Van Rysselberghe. París: Gauthier-Villars
  11. ↑ Eddy, Matthew Daniel (2014). " Cómo ver un diagrama: una antropología visual de la afinidad química" . Osiris . 29 : 178–196 . doi : 10.1086/678093 . PMID 26103754. S2CID 20432223 .  
  12. ↑ "Libro Verde y Libro de Oro de la IUPAC en formato .pdf" .

Lecturas adicionales

  • Este artículo incorpora texto de una publicación que ahora es de dominio público : Chisholm, Hugh , ed. (1911). " Afinidad química ". Encyclopædia Britannica . Vol. 1 (11.ª ed.). Cambridge University Press. pág. 301.     
  • Kim, Mi Gyung (2008) [2003]. Affinity, That Elusive Dream: A Genealogy of the Chemical Revolution . Transformations: Studies in the History of Science and Technology. Cambridge, Massachusetts: The MIT Press. ISBN 978-0262612234.
  • McEvoy, John G. (2010). La historiografía de la revolución química: patrones de interpretación en la historia de la ciencia . Londres: Pickering & Chatto. ISBN 978-1848930308.