El joven Evariste Galois, tendría una convulsa vida y trágica muerte. Rechazado su ingreso en la Escuela Politécnica de París; calificados sus trabajos como incomprensibles; expulsado de la Escuela Normal por su actividad política al lado de la República; y perdido su genio en duelo caballeresco, es Galois, en solo un lustro de actividad científica, uno de los gigantes de las matemáticas del siglo XIX.

A partir de 1822 y hasta 1848, Charles Babbage proyectaría e intentaría construir sus máquinas de cálculo. Necesitó dinero y obtuvo préstamos. Incumplió con los plazos y padeció de crisis nerviosas. Pero la teoría y los principios de su "máquina analítica" , en su concepción,  es  la  de una computadora digital, una verdadera computadora que, en esa época, sólo un genio pudo haber imaginado.

En 1991 científicos británicos replicaron sus detalladas especificaciones para la construcción de una maquina diferencial y en efecto, la máquina de Babbage era capaz de realizar cálculos con una gran exactitud.

 Descendiente de judíos por ambas ramas,  el   matemático Georg Cantor nace en San Petersburgo pero a los 11 años su familia se traslada a Alemania.

Ingresó en la Universidad de Berlín en 1863, teniendo como profesores a Kummer, Weierstrass y su futuro enemigo Kronecker.  

En el año 1874, apareció el primer trabajo revolucionario de Cantor sobre la teoría de conjuntos. El estudio de los infinitos por parte de Cantor fue considerado por Kronecker como una locura matemática. Por este supuesto atacó vigorosamente a Cantor que mostró fragilidad y terminó a los 39 años en un manicomio.     No obstante, en sus momentos de lucidez siguió trabajando, obteniendo en este periodo sus resultados más interesantes. Murió en el manicomio de Halle en 1918.
     
 

Joule, hijo de un cervecero acomodado, fue discípulo de John Dalton en Manchester.   Al igual que Faraday, Joule fue un excepcional experimentador. Sus primeros trabajos fueron sobre electricidad, pues perseguía como propósito estudiar las eventuales ventajas del motor eléctrico sobre la máquina de vapor. Fundó en  su ciudad natal la Manchester Literary and Philosophical Society.

 Es difícil sobreestimar la contribución de Boltzmann en el desarrollo de la Física y en particular de la teoría cinética de los gases. Gracias a él se unieron dos mundos: el de las propiedades macroscópicas, tales como la presión y la temperatura con los parámetros del movimiento de los átomos y moléculas. Pero las ideas vanguardistas de Boltzmann chocaron una y otra vez con los que defendían la dirección descriptiva en la Física. En particular su violenta polémica con Ernest Mach, profesor titular a fines del siglo XIX de la Cátedra de Historia y Filosofía de las Ciencias de la Univeridad de Viena lo lleva a Leipzig, donde comienza a padecer de trastornos síquicos. Un día festivo, mientras su esposa e hija nadaban, Boltzmann termina con su vida ahorcándose.  Poco después los experimentos confirmaban sus ideas.

Maxwell sigue la tradición de los matemáticos que se giran hacia  las investigaciones en el campo de la Física,  y a los 40 años de edad, en 1871, se convierte en el primer profesor de Física del Instituto Cavendish en Cambridge. Ya para entonces, en 1866, había formulado independientemente de Boltzmann, la teoría cinética de los gases. Filosóficamente su teoría  significó un cambio de un concepto de certidumbre (el calor visto como un flujo de lo caliente hacia lo frio) hacia una noción estadística del movimiento de las moléculas.  Su nueva visión no rechazó los anteriores estudios de termodinámica sino explicó mejor las observaciones y experimentos.

André María Ampere (1775 – 1836), como Gauss, demostró temprano ser un niño prodigio. Universalmente conocido por ser uno de los fundadores del electromagnetismo al desarrollar en 1820,  la ley que pretende explicar en términos matemáticos las posibles interacciones   que relacionan, por vez primera, magnetismo y electricidad..

Ampère, también es reconocido por sus dotes de matemático, filósofo y poeta; sin embargo, su vida   personal ofrece el   contraste entre una carrera exitosa y un destino desventurado. Su padre, notario público, murió ejecutado bajo la guillotina de la Revolución Francesa; perdió su primera esposa víctima de una cruel enfermedad  y su segundo matrimonio resultó casi un infierno.  

Michel Faraday es considerado un paradigma de experimentador, y lo  clasifican, hecho ya no común en el siglo XIX, como físico y como químico. Y es que  este hijo de herrero, y   por feliz casualidad encuadernador de libros, hizo aportes relevantes para ambas ciencias.  Pero el  descubrimiento que lo inmortaliza es la llamada ley de Inducción Magnética, fundamento para la construcción de  los generadores de electricidad movidos por distintas fuentes de energía,  de los transformadores,  y de los frenos magnéticos de ascensores, entre otros equipos eléctricos.

El 8 de noviembre de 1895, el físico alemán Wilhelm Conrad Roentgen descubre unos extraños rayos que exhiben un alto poder de penetración. Ante el desconocimiento de su naturaleza, los llama rayos X, como en álgebra se designa a la incógnita. En diciembre él los había usado para tomar fotos de los huesos humanos, y al año era bien comprendido su extraordinario valor práctico. La rápida difusión de los rayos X a través del mundo, demostró la forma en que científicos, ingenieros, e inventores podrían convertir descubrimientos fundamentales en revolucionarias tecnologías en el entrante siglo XX.  

Sir Joseph John Thomson, (1856 - 1940) es universalmente reconocido como el científico que al final del siglo XIX descubre e identifica el electrón como partícula subatómica. Premio Nobel de Física en 1906, fue al mismo tiempo  un excelente tutor, lo cual es también un reflejo de excelencia en la actividad científica, siete de sus investigadores asistentes merecieron el premio Nobel, así como su hijo George.

Nacen las ideas atomistas en el campo de la reflexión filosófica de los griegos. Renacen en el siglo XVII con la hipótesis mecanicista de Descartes,  cristalizan en el  XIX en el ámbito de la Química con los postulados de Dalton para explicar las reacciones entre las sustancias,  y penetran ya en las postrimerías del propio siglo XIX en el  universo de la Física, al descubrir, en los experimentos conducidos con los tubos de descarga, los rayos catódicos.

 D. Mendeleev es muy conocido por su extraordinaria predicción de la existencia de nuevos elementos a partir de la Ley Periódica que descubre, pero es menos reconocido por su postura antizarista que lo lleva ya con 56 años a la renuncia a su cargo de catedrático universitario.

El 3 de setiembre de 1860 fue un día memorable en el desarrollo de la Química: se inauguraba un congreso con la participación de 140 químicos de diferentes países. Los conceptos de átomos, molécula y equivalente fueron discutidos y, a falta de consenso, ¡sometidos a votación! El papel esclarecedor de las ideas defendidas por el italiano Stanislao Cannizaro (1826 -1910) fue reconocido por las autoridades más competentes de la época.

Cannizaro, que obtuvo su primera formación en Palermo, a los 21 años participó en la rebelión de Sicilia y después de su aplastamiento emigró a Francia.  En el propio 1760 se une a Garibaldi.

Pasteur no fue un estudiante destacado en  Química, mereció incluso  la calificación de mediocre en su tesis de Grado. Sin embargo como investigador alcanza celebridad y en 1854  funda en  la Universidad de Lille la Facultad de Ciencias con un doble objetivo, el académico y  también el investigativo para aplicar la ciencia a los problemas prácticos de las industrias de la región, en especial a la fabricación de bebidas alcohólicas.  Los resultados de su investigación dan respuesta a los problemas planteados y representan las bases de una nueva ciencia, la Microbiología. Los problemas socioeconómicos de un contexto, el desarrollo de la época  y el talento de Pasteur constituyeron fuerzas motrices para desatar un complejo proceso de integración y diferenciación que inicia el desarrollo de la Bioquímica. 

Wöhler en 1828 asestó un duro golpe a la teoría del vitalismo al sintetizar la urea, un producto orgánico,  a partir de una sal inorgánica. Se abre paso una época en que en el laboratorio químico se intenta con éxito replicar la labor de la naturaleza y aún superarla. El desafío actual es garantizar que este asunto siempre sea abordado con una base ética.

Pierre Berthelot supo combinar el trabajo científico al más alto nivel, con la labor de alto funcionario de la Educación en Francia, desde Inspector General hasta Ministro de Instrucción Pública durante toda una década.   Además sustituyó a Pasteur como secretario vitalicio de la Academia Francesa de la Ciencia. 

Los estudios dirigidos al impulso de la Industria Química estuvieron presentes en la segunda mitad de este siglo. Los descubrimientos de Perkin, el primero a la edad de 18 años, la maveuína (el primer colorante sintético) y la cumarina, que inició el desarrollo de la industria de los perfumes, constituye un exponente importante de esta tendencia.

El estdounidense Josiah Willard Gibbs es reclamado como matemático por sus aportaciones al análisis vectorial, físico por su  interpretación estadística de los fenómenos termodinámicos y químico por considerarse  fundador de la Termodinámica Química. Nació y murió en su Coneticut y publicó  en lo que hoy llamaríamos una revista de poca visibilidad. Por esta razón, sus trabajos sólo fueron conocidos en la Europa, centro de las Ciencias en la época, una década más tarde.

El joven Arrhenius debió sufrir la incomprensión del Tribunal que le otorgó la mínima calificación a su tesis doctoral que más tarde se convirtiera en la teoría de disociación electrolítica por la cual obtiene el Premio Nobel de Química.

En 1898, a dos años del descubrimiento de la radiación de Becquerel, Marie Sklodowska (1867 – 1934)  y Pierre Curie (1859 – 1906), al analizar ciertos minerales uránicos descubrieron un metal vecino del Bismuto en la Tabla Periódica al cual llamaron, en honor al país natal de Marie, Polonio. Poco después obtuvieron señales de la existencia de otro elemento de elevada radiactividad, similar al Bario, para el cual propusieron el nombre de Radio (del griego radius que significa rayo). En carrera con el término del siglo, un asistente de los  Curie, A. Debierne (1875 – 1949)  descubrió otro elemento radiactivo: el Actinio.  

Hacia el último tercio del siglo XIX, teniendo como escenario las sociedades de Norteamérica y en mayor o menor grado de los países europeos, se experimenta lo que algunos consideran una Segunda Revolución Industrial identificada desde el punto de vista tecnológico por el  dominio de la electricidad, el petróleo, y la naciente industria química.

A diferencia de momentos anteriores, en los que la práctica, el saber hacer, precedía significativamente a la teoría, ahora la fuerza de los saberes de las nacientes ciencias impulsan y establecen un complejo tejido de interacción con la tecnología. Si la máquina de vapor apareció en escena antes de la elaboración de la teoría de los procesos térmicos, la construcción del motor eléctrico resultó posible solamente después de los avances de la teoría del electromagnetismo en este siglo.

La aplicación del invento de Volta permiten el descubrimiento y aislamiento de un número significativo de elementos químicos; la aparición de los primeros productos sintéticos (colorantes y otros) condiciona el desarrollo de una nueva industria que persigue superar las cualidades de los productos naturales conocidos hasta el presente; la naciente Termodinámica ofreció los fundamentos de los sistemas llamados máquinas térmicas y de los mecanismos de refrigeración; pero  lo más trascendente del siglo XIX serían los avances en la teoría y práctica electromagnética que posibilitó la lluvia de inventos de artefactos eléctricos.

En esta compleja dialéctica al filo de la necesidad y la casualidad, siendo portadores de los progresos determinadas personalidades históricas que fueron fortaleciendo el papel de las comunidades (Sociedades Científicas), en contextos sociales principalmente dados por las naciones que encabezan el desarrollo monopolista de la época, se desarrollan firmemente estas tres ciencias básicas.

En el campo de las matemáticas se realizan trascendentales aportaciones que abren las puertas al asalto que se desplegará el próximo siglo al mundo de las partículas subatómicas; y se desarrollan nuevas ideas y mecanismos electrónicos que incuban revolucionarios diseños de máquinas de cálculo.

El libro de Carl F. Gauss (1777-1855), Disquisitiones arithmeticae, con que nace el siglo XIX, marca el comienzo de la era moderna de la teoría de los números. Ya en su tesis doctoral planteó el teorema que aun hoy se conoce como teorema fundamental del álgebra. En la teoría de la probabilidad, desarrolló el importante método de los mínimos cuadrados y las leyes fundamentales de la distribución de la probabilidad. El diagrama normal de la probabilidad se sigue llamando curva de Gauss. Es uno de esos científicos que pueden calificarse de físico-matemáticos pues desarrolla brillantes aplicaciones de la matemática a diversos campos de la Física, en particular, al electromagnetismo. Una unidad de inducción magnética perpetúa su nombre.

La teoría de los grupos, que resultaría muy útil más tarde en el desarrollo de la mecánica cuántica, fue formulada en 1830 por el matemático francés Evariste Galois (1811-1832).   Poco antes de su muerte, a la edad de 21 años, escribió de forma precipitada algunas de sus teorías algebraicas. Sus manuscritos se publican más de una década después de su muerte para alcanzar la inmortalidad. Muchas de sus construcciones, que hoy se denominan grupo de Galois, cuerpos de Galois y teoría de Galois, permanecen como conceptos fundamentales en el álgebra moderna.

En 1854, el matemático inglés George Boole (1815-1864) al emprender la investigación sobre las leyes del pensamiento, logra relacionar la matemática con los argumentos lógicos y da origen a la lógica simbólica. El álgebra de Boole es fundamental en el estudio de las matemáticas puras y en la programación de las modernas computadoras.

El inventor estadounidense Herman Holleritch (1860-1929) en 1880 inventa la calculadora electrónica y luego funda  la Tabulating Machine Company (1896), que está considerada como una predecesora de la IBM (International Business Machines Corporation). Alrededor de medio siglo antes el matemático e inventor británico Charles Babbage (1792-1871) había concebido  una máquina que debía funcionar con tarjetas perforadas como lo hace un telar, y que fuera capaz de almacenar respuestas parciales, utilizables posteriormente en otras operaciones. 

Transcurridos más de dos mil años de las ideas de Euclides sobre el espacio, en el siglo XIX el matemático ruso Nikolai Lobachevski (1793-1856) formuló la geometría no euclidiana (Hiperbólica), suponiendo que por un punto exterior a una recta pueden pasar infinitas paralelas, y no una sola como suponía Euclides. Bernhard Riemann (1826-1866), por su parte, fundamentó la nueva geometría esférica en el supuesto que por un punto exterior a una recta no exista ninguna paralela. El impacto de estas nuevas geometrías con sus grandes abstracciones fue decisivo para el desarrollo de la física teórica moderna.

En el campo de las ciencias físicas se asientan sobre firmes bases teórico - prácticas las nuevas disciplinas de Termodinámica y Electromagnetismo, y ya a finales del siglo tienen lugar los antecedentes de la revolución en el área de la estructura atómica.

Julius Robert von Mayer (1814 – 1878) estableció, en 1842, que si la energía, en sus formas de energía cinética y potencial, se transformaba en calor, este debía poder transformarse en esas dos formas de la energía. Mayer fue capaz de encontrar una relación cuantitativa entre el calor y el trabajo basándose en los resultados de las mediciones de las capacidades caloríficas de los gases. Pero la confirmación experimental vino dada por los trabajos de James P. Joule (1818-1889) en experimentos realizados entre 1849 y 1850.

Se formula entonces la ley de conservación y transformación de la energía, que se constituyó en principio de capital importancia, no solo en su aspecto gnoseológico, sino también por sus implicaciones en el propio desarrollo del conocimiento de los fenómenos físicos ofreciendo la clave para los avances de lo que algunos autores llaman la segunda etapa de las Ciencias Físicas, basada en la aplicación de los principios de conservación. Por otra parte la aplicación de esta ley, y de otras leyes de conservación, se convirtió, de hecho, en un método de resolución de problemas de la Física en los ámbitos científico, tecnológico y escolar.

Con los trabajos de Robert Boyle (1627 – 1691), Jacques – Alexandre – César Charles (1746 – 1823) y Joseph Gay Lussaac (1778 – 1850) se acumularon conocimientos acerca del comportamiento de ciertos gases enrarecidos al variar algunas de las magnitudes con las que se pueden caracterizar estos sistemas, y se elaboró el modelo del gas de comportamiento ideal introduciéndose el concepto de temperatura absoluta. Esto permitió que Joule en el año 1847 considerara el calor como movimiento y propusiera la estructura corpuscular de la sustancia. Así surgió la Teoría Cinético – Molecular de la sustancia, en particular de los gases, que pudo explicar el comportamiento de los gases ideales.

Esta Teoría Cinético – Molecular se constituyó en el primer eslabón de lo que más tarde se denominó Física Estadística como la rama de la Física que estudia los sistemas de muchas partículas. Para estos sistemas existe, en el caso clásico, al menos en principio, la posibilidad de su descripción a partir de las trayectorias de todas las partículas que lo componen, pero realmente exigiría un esfuerzo gigantesco por el gran número de ellas que puede contener uno de tales sistemas. Esta dificultad de extensión de los cálculos se obvia mediante la descripción estadística. Al desarrollo de esta importante rama de la Física realizaron grandes aportaciones, entre otros, Maxwell, Ludwig Boltzmann (1844 – 1906) y Willard Gibbs (1839 – 1903). Más tarde esto permitiría la descripción de las estadísticas de Fermi – Dirac, para los fermiones, y de Bose – Einstein, para los bosones, en el caso no clásico de las micropartículas.

Todos los resultados anteriores posibilitaron enunciar ya en este siglo tres de los cuatro principios que constituyen los núcleos de la disciplina llamada Termodinámica.

El principio Cero  establece la posibilidad y el método de la medición de la temperatura absoluta de un sistema como parámetro del equilibrio termodinámico.

El Primer Principio en esencia refleja la expresión más general de la ley de conservación y transformación de le energía.

El Segundo Principio, también conocido como el principio de aumento de la entropía, enunciado alrededor de 1850,  expresa el carácter irreversible de los procesos naturales y las relaciones entre el orden y el desorden empleando el concepto de entropía como una medida logarítmica del número de estados accesibles del sistema.

Por último, el Tercer Principio o principio de la inalcanzabilidad del cero de temperatura absoluta aparece enunciado ya en 1906 por Walter Hermann Nernst.

Este andamiaje teórico contribuyó a la comprensión de innumerables fenómenos que ocurren en los sistemas de muchas partículas, en especial los gases y los mecanismos del intercambio de calor, de masa y de momentos lineales, como fenómenos de transporte, tanto en su aspecto macroscópico y microscópico, base de los actuales esquemas de transferencia que son propios de las tecnologías químicas, y lo que es más importante, ofreció los fundamentos de los sistemas llamados máquinas térmicas y de los mecanismos de refrigeración.

Luego de las aportaciones a fines del XVIII de Galvani y Volta fue posible la construcción de dispositivos para mantener una corriente eléctrica por un circuito dado, y se pudo abordar el problema de los nexos entre la electricidad y el magnetismo.

En 1820 H. C. Oersted (1777 – 1851) descubrió que alrededor de un conductor por el que circulaba una corriente eléctrica se instauraba un campo magnético semejante al que se lograba con un imán permanente.

A unas pocas semanas de los trabajos de Oersted, André Ampere (1775 – 1836) logró probar todas las posibles interacciones magnéticas entre conductores con corrientes. Esto llevó a Ampere a la convicción de que todo el magnetismo se podía considerar debido a corrientes eléctricas e introdujo el concepto de corrientes moleculares para explicar el comportamiento magnético de las distintas sustancias, explicación que con las debidas correcciones, sobre todo para considerar los efectos cuánticos, es aceptada actualmente por la Electrodinámica.

En todo este contexto se aceptó por la mayoría de la comunidad científica la idea de la acción a distancia para los fenómenos electromagnéticos, aunque en esencia aceptar esta idea no explicaba el mecanismo de transmisión de las interacciones y minaba la idea principal sobre las relaciones causa – efecto. Miguel Faraday (1791 – 1876) se opuso a admitir la acción a distancia, pero los que atacaban la idea de la acción a distancia anteponían la idea del ente sustancial, es decir, el éter.

Tal vez la noción acerca del campo, que debe haber comenzado a formarse desde las ideas de Maxwell, ha sido en todo este tiempo mal interpretada por muchos que al definirlo como una alteración del espacio que rodea las partículas cargadas eléctricamente, en reposo o en movimiento con respecto a un sistema de referencia dado, en última instancia se quedan con la idea de la acción a distancia, pues solo ven estos campos como propiedades del espacio y por otro lado, al adoptar esta idea, priorizan la carga eléctrica sobre el campo siendo como realmente ocurre que el campo electromagnético y las partículas cargadas, en reposo o en movimiento son inseparables y por ende no existe ninguna relación de prioridad entre ellos.

Se ha producido así un largo camino en la comprensión del carácter objetivo de los campos físicos en general y de cómo las interacciones se producen entre las partículas correspondientes a cada campo y de este con las partículas, eliminándose de esta forma cualquier idea de la acción a distancia y evitando los problemas relacionados con el principio causa – efecto.

Otro momento importante en los estudios sobre el electromagnetismo se produjo al establecer M. Faraday (1791 – 1867) en 1831, la llamada Ley de Inducción Electromagnética que establece que en cualquier punto de una región donde esté instaurado un campo magnético y exista una variación de su vector inducción magnética, aparecerá un campo eléctrico inducido. Esta es la ley física que sustenta el funcionamiento de los generadores de electricidad movidos por distintas fuentes de energía en las plantas generadoras, ya sean termoeléctricas, atomoeléctricas, etc.; de los transformadores, con sus múltiples aplicaciones; de los frenos magnéticos de  ascensores, etc.

Pero el paso que se convirtió en resumen y totalización de la teoría sobre el electromagnetismo en la región clásica fue dado por James Clerk Maxwell (1831 – 1879) cuando en 1865 estableció la simetría que existe entre los campos eléctrico y magnético y completó el contenido de la llamada Ley de Ampere de forma que introduciendo el concepto de corriente de desplazamiento logró establecer que en un punto de una región donde esté instaurado un campo eléctrico variable con el tiempo, aparece un campo magnético inducido. Con esto se completó el sistema de ecuaciones que describen todos los fenómenos del electromagnetismo en la región clásica y se produjo la primera unificación conformando el concepto de un solo campo: el electromagnético, que puede presentar como manifestaciones particulares los casos del campo electrostático y el magnetostático.

La significación desde el punto de vista epistemológico es notable porque cristalizó la idea de la unificación de dos interacciones que se creían de naturaleza distinta y marcó pauta para la búsqueda de otras unificaciones entre otros tipos de interacciones, de modo que ya en este siglo se establecería la unificación entre la interacción débil y la electromagnética (interacción electrodébil)  y las explicaciones sobre el origen del universo en las cuales se supone que en los primeros instantes después de la gran explosión, solo existía un tipo de interacción y al irse rompiendo las simetrías, estas interacciones se fueron separando con características bien definidas y diferenciadoras.

Por si eso fuera poco esta teoría sobre el electromagnetismo permitió al mismo Maxwell enunciar su Teoría Electromagnética Ondulatoria de la Luz (TEM) de forma que la luz, en su sentido más amplio está formada por ondas electromagnéticas, que no son más que las oscilaciones automantenidas del campo electromagnético. Este logro científico de primer orden permitió al hombre explicar toda la Óptica Ondulatoria sobre bases científicas y desechar la idea del éter, amén de las múltiples aplicaciones en el campo de las radiocomunicaciones y las telecomunicaciones.

Precisamente de los experimentos en búsqueda de la comprobación sobre la existencia del éter, y en particular de la obra de Hertz,  se fueron preparando las ideas para el surgimiento, en el siglo XX, de la Teoría de la Relatividad.

El siglo XIX trajo también importantes avances en la Óptica que abrirían nuevos horizontes:

·         En las primeras décadas el físico francés A. Fresnel (1788 - 1827) formula las leyes que rigen los fenómenos de interferencia y difracción de la luz.

·         Hacia 1855, el físico G. Kirchoff (1824 - 1887) y el físico-químico R. Bunsen (1811-1899) desarrollan la técnica del análisis espectral.

·         Se amplia el espectro electromagnético conocido con el descubrimiento de las radiaciones ultravioleta por W. Wallostone (1766 -1828); las radiaciones por encima del rojo (infrarrojas) por J. Herschel (1792-1871); y los rayos X por W. Roentgen (1845 – 1923).

 Por otra parte, en los últimos 25 años del siglo se producen los antecedentes inmediatos para un cambio de paradigma en la concepción del átomo y la consiguiente necesidad de la elaboración de un modelo atómico:

·        En 1879, W. Crokes (1832 – 1919) investigando el paso de la electricidad a través de un gas enrarecido en un tubo de descarga, pudo descubrir la emisión de un haz de rayos que se propagan en trayectoria rectilínea,  a los que llamó rayos catódicos.

·        Johaann Jakob Balmer (1825 –1898), al estudiar el espectro de emisión del Hidrógeno, establece en 1885 que sus líneas espectrales se pueden agrupar en series cada una de las cuales converge a una frecuencia dada. Más tarde, Rydberg obtiene la ecuación empírica para calcular la longitud de onda de la luz correspondiente a cada línea espectral en la serie de Balmer.

·        Jean Perrin (1870 – 1942), en 1895, al estudiar el comportamiento de los rayos catódicos en el tubo de Crookes, cuando se exponen a la acción de un campo  magnético, demuestra que constituyen partículas cargadas negativamente.

·        Este propio año de 1895 nos trae el reporte de Wilhem K. Roetgen acerca de una nueva radiación observada en el tubo de descarga de Crookes, emitida esta vez por el anticátodo a la cual llamó, ante la polémica surgida acerca de su naturaleza corpuscular u ondulatoria, rayos X.

·        Un año después, Henri Becquerel (1852 – 1908), físico por herencia,  descubre casualmente que ciertas  sales de uranio emiten una radiación invisible.

Estos hechos experimentales reclamaban la construcción de un modelo atómico. Tales modelos aparecieron ya en el siglo XX dando así lugar al nacimiento de la Física Atómica y a la Física Nuclear y al dominio por el hombre de inusitadas fuentes de energía, camino que no ha concluido en cuanto a la reacción controlada de la fusión nuclear.

En el campo de las Ciencias Químicas, el siglo XIX es prolijo en adelantos que van desde los primeros elementos de la teoría atómica y estructural, hasta las bases de la síntesis orgánica.  

Una vez que en el siglo XVIII fueran experimentalmente establecidas las leyes ponderales de las reacciones químicas, se exigía una teoría que explicara el comportamiento observado. El inicio de este siglo vería aparecer  la obra Nuevo sistema de filosofía química, en la  que el químico inglés John Dalton (1766 – 1844) expondría su teoría atómica.

Al postular la existencia de los átomos como partículas indivisibles en las reacciones químicas parece que se retorna a las ideas de los atomistas griegos pero la mecánica de Newton se refleja también en  la primera teoría moderna de la Química, al atribuir como propiedad distintiva de los átomos su masa. A partir de este momento, las diferencias observadas en las propiedades de los elementos se pretenden relacionar con el peso atómico.

Esta teoría era capaz de explicar la ley de las proporciones definidas en que se combinan las sustancias, en términos de la combinación de un número determinado de átomos o átomos compuestos (moléculas diríamos hoy según la propuesta de Avogadro) en una reacción dada. Por otro lado la capacidad predictiva de esta teoría se manifiesta en la ley de las proporciones múltiples: como quiera que la reacción entre  A y B  para dar diferentes compuestos implica la combinación de átomos de A y B en una relación necesariamente entera y particular en cada caso, se puede derivar  que  “los pesos de una sustancia A que se combina con un peso dado de B para dar diferentes sustancias se han de encontrar en una relación de números enteros sencillos”. El propio Dalton se encarga de comprobar experimentalmente la validez de esta predicción.  

Al tiempo que los postulados de la teoría daltoniana demostraron su capacidad explicativa y predictiva definieron los principales problemas que señalan el derrotero de las investigaciones de los químicos en este siglo:

¿Cómo determinar los pesos atómicos de los elementos químicos?

¿Cómo descubrir nuevos elementos, desarrollar métodos para su aislamiento y preparación?

¿Qué sistema de símbolos adoptar para representar las fórmulas de las sustancias elementales y compuestas como reflejo simplificado de la estructura de las sustancias?

La determinación de los pesos atómicos fue basada en los resultados de los métodos físicos más avanzados de estos tiempos, adoptando una escala relativa con respecto al átomo de oxígeno (elemento que se combina con la mayoría de los elementos conocidos para dar lugar a las combinaciones binarias).

Un cambio de paradigma en el estudio sistemático de las propiedades de los elementos químicos fue dado por el descubrimiento de la Ley Periódica de los elementos químicos. En 1869, el químico ruso D. Mendeleev (1834 – 1907)  defendió la tesis de que una variación regular en las propiedades de los elementos químicos se podía observar si estos se ordenaban en un orden creciente de los pesos atómicos. La edificación de la tabla periódica de Mendeleev no solo dio lugar a la clasificación de los elementos químicos en familias o grupos sino que posibilitó la predicción de la existencia de elementos químicos aún no descubiertos y de las propiedades que estos debían exhibir. La sorprendente correspondencia entre estas predicciones y los descubrimientos de nuevos elementos que se producirían en los años subsiguientes demostró la validez de la ley periódica y constituyó un estímulo para la realización de estudios de nuevas correlaciones en la tabla propuesta.

Una segunda dirección observada en la investigación se relaciona con el descubrimiento de nuevos elementos químicos, toda vez que tales sustancias constituían los bloques unitarios a partir de los cuales se formaba la amplia variedad de los compuestos químicos.

Si en la Antigüedad fueron conocidos siete elementos metálicos (Oro, Plata, Hierro, Cobre, Estaño, Plomo y Mercurio) y dos no metales (Carbono y Azufre); el esfuerzo de la alquimia medieval sumó el conocimiento de otros cinco (Arsénico, Antimonio, Bismuto, Zinc y Fósforo); y el siglo XVIII, con el estudio de los gases, dejó como fruto el descubrimiento de cuatro nuevos elementos (Hidrógeno, Oxígeno, Nitrógeno y Cloro) mientras el análisis de minerales aportaba la identificación de nueve metales (Cobalto, Platino, Níquel, Manganeso, Tungsteno, Molibdeno, Uranio, Titanio y Plomo); en total a las puertas del siglo XIX eran conocidos 27 elementos químicos. Hacia 1830, se conocían cincuenta y cinco elementos, es decir se había duplicado en treinta años la cifra de elementos descubiertos en más seis milenios de práctica humana.

 Dos factores contribuyeron de forma decisiva a este vertiginoso crecimiento en los elementos conocidos: la aplicación del invento  de Volta, la pila de corriente eléctrica, para conducir la descomposición de las sustancias; y la introducción de las técnicas espectrales al análisis de muestras de minerales convenientemente tratadas.

 El principal problema epistemológico que quedaba pendiente de ser resuelto consistía en aclarar la forma en que se enlazan los átomos en la estructura particular de la sustancia y edificar un sistema de símbolos y notaciones que permitieran una comunicación universal.

 El sistema jeroglífico de representación de los elementos químicos heredado de la alquimia fue sustituido por un sistema más racional de notación simplificada que se asocia a la representación de una o dos letras iniciales (con frecuencia derivada de los nombres en latín, plata = argentum, Ag). Este sistema de notación fue propuesto por el químico sueco Jöns J. Berzelius (1779 – 1844), considerado uno de los fundadores de la Química, quien descubriera tres elementos químicos (Selenio, Cerio y Torio) y aplicara los métodos más refinados de determinación de pesos atómicos en la época.

 En el mundo de las sustancias orgánicas este período inicial representa el predominio del análisis sobre la síntesis. En tanto los estudios analíticos responden a una línea de pensamiento debidamente formulada, los resultados sintéticos aparecen con frecuencia atravesados por la casualidad.

La complejidad de los compuestos orgánicos hacía más difícil la búsqueda de regularidades que permitieran un principio de clasificación. Dos hechos que resultaban especialmente significativos se asocian al descubrimiento de los isómeros estructurales, sustancias que respondiendo a la misma fórmula de composición difieren en sus propiedades, y de los isómeros ópticos, sustancias que sólo se distinguen  en el sentido que hacen girar el plano de polarización de la luz polarizada, por L. Pasteur (1822 – 1895).  Para los investigadores de la época  tales diferencias debían encontrar respuestas en el diferente ordenamiento de los átomos en la estructura molecular.

 Correspondió al químico alemán F.A. Kekulé (1829 – 1896) edificar los principios en que se basaron la primera teoría sobre la estructura molecular de los compuestos orgánicos. Aún desconociendo la naturaleza del enlace químico propuso un ordenamiento según la valencia de los átomos en la estructura molecular de las sustancias. En lo esencial esta forma de representación en el plano de las fórmulas estructurales de las moléculas llega hasta nuestros días y permitió la estructuración de las familias orgánicas de acuerdo con la presencia de determinados grupos funcionales.

El problema de la explicación estructural de los isómeros ópticos debió esperar por la comprensión de la orientación espacial de los átomos en la estructura de las moléculas y un primer paso en esta dirección fue dado por el químico holandés Jacobus H. Van’t Hoff (1852 – 1911) al proponer la orientación tetraédrica de las valencias en el átomo de carbono, que  da nacimiento a la estereoquímica como rama que se ocupa de definir la geometría molecular de las sustancias.    

Tanto en el estudio de las sustancias del mundo inorgánico (según la clasificación propuesta por Berzelius en este siglo) como en las investigaciones de las sustancias orgánicas se advierte, como un imperativo de la lógica interna de esta ciencia, el predominio en un primer momento del método analítico.

Las investigaciones en el campo de los compuestos orgánicos debieron en lo fundamental constreñirse al aislamiento y posterior caracterización de determinadas sustancias provenientes de materiales vegetales o animales. Así, en 1817 se logra aislar la clorofila; el tratamiento hidrolítico de la gelatina conducido en 1820 evidencia que esta proteína está constituida por un pequeño aminoácido, la glicina; y en 1834 se reporta la separación de la celulosa de la madera quedando demostrado que la hidrólisis enérgica de este material produce unidades de azucares simples.

Berzelius, ante la complejidad observada por las sustancias orgánicas desarrolla la teoría del vitalismo, según la cual los tejidos vivos debían disponer de una fuerza vital para la producción de las sustancias orgánicas. La extensión de estas nociones en el mundo académico de la época desalentó por un tiempo la investigación en el campo de la síntesis.

Pero ya en 1828 el pedagogo y químico alemán Friedrich Wöhler (1800 – 1882), sin proponérselo, descubre que el calentamiento de una sal (cianato amónico) producía la urea (un producto de excreción del metabolismo animal ya conocido por entonces), con lo cual el vitalismo recibe su primer golpe. No fue casual su aportación menos reconocida pero que aún hoy se aplica, al desarrollar  el método de producir el acetileno a partir del carburo de calcio.

Debieron pasar varias décadas para que, primero A. W. Kolbe (1818 – 1884), discípulo de Wöhler, y luego Pierre E. M. Berthelot (1827 – 1907), lograran la síntesis de moléculas orgánicas simples (como el metanol, etanol y otras) a partir de las propias sustancias elementales de naturaleza inorgánica que los constituyen.

Un golpe de muerte definitivo recibiría el vitalismo cuando el propio Berthelot, aprovechando los resultados del estudio hidrolítico de las grasas (no casualmente la familia con la más simple estructura de la gran tríada grasas, carbohidratos y proteínas), se propuso la síntesis de una grasa a partir de un solo tipo de ácido carboxílico (graso) y la glicerina obteniendo una grasa “sintética” con propiedades similares a la grasa natural  estearina. Quedó demostrado la metodología a seguir en el proceso de aprehensión del conocimiento de las sustancias orgánicas complejas: primero dilucidar, mediante el análisis, la estructura y luego probar las rutas de su síntesis. El terreno quedaba fertilizado para empeños mayores.

La casualidad se empeñaría no obstante en contribuir al desarrollo de la Química. Cuando a mediados de siglo, el famoso químico alemán Augusto W. Hofmann (1818 -1892) fuera invitado a Inglaterra para fundar la primera Escuela Superior de Química británica, nadie podría imaginar que tres años más tarde, en el verano de 1856,  un discípulo de 18 años William H. Perkin (1838 – 1907), obtuviera la primera patente por la fabricación de un colorante sintético. El colorante fue el resultado del tratamiento de la anilina con un oxidante enérgico (la anilina había sido aislada por Hofmann en el alquitrán de hulla) cuando Perkin se encontraba intentando obtener por vía sintética la quinina. Se abriría un nuevo capítulo, iniciado más de un milenio atrás por los antiguos fenicios, la producción de colorantes y tintes sintéticos que superaban a los naturales por sus propiedades y costos.

Conjuntamente con el interés despertado por la síntesis de los colorantes,  los científicos y las nacientes empresas químicas, principalmente alemanas, comenzaron a manifestar un gran interés por la síntesis de sustancias con acción fisiológica y propiedades curativas. Kolbe, en 1886 había obtenido la sal sódica del ácido salicílico que resultó ser un calmante efectivo pero su ingestión traía serias secuelas digestivas. Los químicos de la empresa química de Baeyer, encontraron el medio de producir en 1899 el ácido acetilsalicílicio, la famosa aspirina. Ni antes ni después se ha encontrado un producto farmacéutico sintético tan universal, inocuo y barato.  

La tercera tendencia que se advierte corresponde a la configuración de las disciplinas que abarcan las relaciones entre las reacciones químicas y las diferentes formas de energía: esto es, se gestan las leyes de la Termodinámica Química, la Electroquímica y la Cinética Química.

La invención ya referida de la pila de Volta en 1799,  abre una etapa de obtención de nuevos elementos a través del proceso opuesto:  la electrodescomposición de sustancias compuestas. 

Así  W. Nicholson (1753 – 1815)  estudia la descomposición electroquímica del agua acidulada. Y ya en 1832, M. Faraday (1791 – 1877) deduce, apoyado en resultados experimentales, las leyes cuantitativas de la electrólisis de las disoluciones acuosas.

Otros desarrollos para la producción de energía eléctrica a partir del fenómeno químico, se concretan en 1836 con la pila de Daniell  y hacia mediados de la centuria  con el invento del acumulador eléctrico y luego la pila seca.

Los primeros elementos de una teoría que explicara los fenómenos electrolíticos van a ser desarrollados por el químico sueco S. Arrhenius (1859 – 1927) en 1884. Esta teoría marca el inicio de una nueva rama del saber químico: la Electroquímica.

Un gran momento en la aplicación de la Electroquímica a la Tecnología viene representado por la producción del Aluminio a partir de técnicas electroquímicas (1886). Hasta este momento el Aluminio constituía un metal de escaso uso por las dificultades presentadas en la reducción de su óxido.

El dominio del fuego constituyó desde siempre una necesidad de la civilización humana. En el siglo XVIII allí donde se inicia la Química como ciencia experimental, los estudios más sobresalientes se relacionan con estudios sobre las reacciones de combustión,  pero lo que hoy llamamos el estudio de las relaciones entre el acto químico y el calor involucrado data del siglo XIX.

El nacimiento de la Termoquímica está marcado por los trabajos de G.H. Hess (1802 – 1850) que demuestran que el calor implicado en una transformación química sólo depende del estado inicial y final del sistema y no de las etapas por las que este proceso pueda ser efectuado. Constituye la ley de Hess, publicada en 1840, expresión del principio más universal de transformación y conservación de la energía.

En 1876 corresponde a Josiah Gibbs (1839 – 1910) el mérito de relacionar en un cuerpo teórico coherente, las tres magnitudes que caracterizan en términos termodinámicos un proceso químico: la variación de energía libre, la variación de entalpía y la variación de entropía. A partir de entonces la Termodinámica se convierte en una disciplina de capacidad predictiva para evaluar la tendencia de una reacción a verificarse en una dirección dada. En otras palabras, la reversibilidad del fenómeno químico a partir de entonces comienza a tratarse en términos cuantitativos.

Otra esencia de las reacciones químicas que comienza a ser descifrada en el ocaso del siglo XIX es el problema de la rapidez con que estas se manifiestan. Comprender los factores que inciden sobre la rapidez a la que se verifica una transformación química presupone la capacidad de gobernarla convenientemente. La experiencia demostraba que, por ejemplo, la hidrólisis del almidón se aceleraba por la presencia de ácidos, y un efecto semejante era producido también por un producto aislado de las levaduras, la diastasa.

El primer peldaño en la edificación de la teoría de la cinética química fue puesto por el propio  Arrhenius  quién en 1889 estudia la correlación existente entre la rapidez con que se efectúa una reacción química y la temperatura. Los resultados experimentales le permiten deducir una nueva magnitud, la energía de activación. Este concepto conduce a la elaboración de la teoría de las colisiones efectivas como forma de interpretación de las reacciones químicas a partir de las nociones de la teoría atómico – molecular de la constitución de las sustancias.

El siglo cierra con lo que fuera una de sus iniciales tendencias, los descubrimientos de nuevos elementos químicos. Pero esta vez, Sir William Ramsay (1852-1916), premio Nobel en 1904, debió enfrentarse al difícil problema de aislar de la atmósfera aquellos gases caracterizados por su extraordinaria inercia química comenzando por el que está en mayor abundancia relativa, el Argón (del griego Argos, noble). Trabajando en el otro extremo de la cuerda, el químico francés Henri Moissan (1852-1907), premio Nobel de Química en 1906,  consigue aislar el elemento más electronegativo y por tanto de reactividad extraordinaria, el Flúor. En el laboratorio de los Curie a finales de la última década se descubren tres radioelementos: el Polonio, el Radio y el Actinio.

Al correr las cortinas del siglo XIX el avance de estas tres ciencias podía calificarse de colosal. Una parte de la humanidad iba a recibir los beneficios la revolución científico técnica cuya plataforma de lanzamiento había sido construida en esta centuria.

Paradójicamente, las naciones abanderadas de este proceso de desarrollo material se enfrascarían en dos guerras, llamadas mundiales. La tercera, ya en plena era atómica, podría significar la pérdida de todo lo valioso construido por el hombre en el planeta.

En la próxima sección veremos la participación de  estas Ciencias en todo este proceso histórico. 

INICIO                                                                       SIGUIENTE