Breve historia da cristalografía (VIII): Morfismos químicos

[Esta é unha tradución adaptada do artigo orixinal de 2 de xaneiro de 2014 Breve historia de la cristalografía: (VIII) Morfismos químicos, de César Tomé López, que pode lerse nesta ligazón.]

[O artigo previo da serie é Breve historia da cristalografía (VII): Moléculas, superfluidades e contaminacións.]

calcita

A últimos do século xviii Martin Heinrich Klaproth continuou o traballo onde Dolomieu o deixara. Klaproth identificou tres formas cristalográficas diferentes de carbonato cálcico: calcita, aragonita e vaterita. Publicou as diferenzas detalladas entre estes tres minerais en Beiträge zur chemischen Kenntniss der Mineralkörper, obra en cinco volumes publicada entre 1795 e 1810. Haüy mostrouse moi interesado nesta descuberta, pero desconcertábao a aragonita: a diferenza da calcita, non formaba romboedros ao crebar.

aragonito

Klaproth, que fora catedrático en Berlín, deixou o seu posto vacante tras o seu pasamento en 1817. En 1819, por proposta de Jöns Jacob Berzelius, foi nomeado para sucedelo Eilhard Mitscherlich. Mitscherlich, químico, comezara a estudar en profundidade a cristalografía en 1818 e decatouse axiña de que os cristais que teñen a mesma composición pero diferente morfoloxía, coma a calcita e mais a aragonita, non son tan raros. Tamén se deu de conta de que había cristais que teñen a mesma morfoloxía pero diferente composición química. Así, a dolomita, un mineral descrito por Dolomieu, é moi semellante á calcita, pero contén calcio e magnesio, CaMg(CO3)2, no canto de calcio só, CaCO3. Medicións precisas realizadas por Wollaston amosaban que as diferenzas entre os cristais de dolomita, calcita e siderita (carbonato de ferro) eran mínimas: o ángulo romboédrico era respectivamente de 105° 5′, 106° 15′ e 107° 0′.

eilhard-mitscherlich

Pero ninguén se decatara disto antes? Por suposto que si. Por exemplo, Romé de l’Isle xa o notara en alumes cúbicos que forman cristais mixtos. Arredor de 1812, Wollaston mesmo describiu máis exemplos de cristais similares con diferente composición química nos cales medira diferenzas angulares mínimas. Por exemplo, na serie dos sulfatos alcalinos [K2SO4, Rb2SO4, Cs2SO4, (NH4)2SO4], os ángulos interfaciais difiren soamente nuns poucos minutos e, nun composto similar, o Ti2SO4, a variación con relación á media é de só medio grao. Resultados semellantes atópanse en series de fosfatos e arseniatos.

Polo tanto, estamos perante dous fenómenos aparentemente opostos: substancias coa mesma composición química que forman cristais de diferente morfoloxía e substancias con diferente composición química que forman cristais de morfoloxía moi similar. Mitscherlich púxolles nome: chamou isomorfos aos que tiñan diferente composición e (case) igual forma e polimorfos aos que tiñan a mesma composición e diferente forma. E deu o paso definitivo establecendo a lei do isomorfismo: os compostos que cristalizan xuntos probablemente teñan estruturas e composicións similares. O cal implicaría que é probable que as substancias con composición similar dean lugar a cristais isomorfos.

azufre-monoclinico-580x385

Mesmo as substancias elementais poden cristalizar de xeitos diferentes como observou Mitscherlich no xofre, que produce cristais diferentes (é dicir, con diferentes ángulos interfaciais) dependendo das condicións de cristalización. Incidentalmente, foi facendo estes experimentos como Mitscherlich descubriu o xofre monoclínico, que cristaliza por riba dos 96 °C. O seu razoamento foi que os átomos dun mesmo elemento se organizan en distintas «moléculas» porque se unen entre si de xeitos diferentes, o que dá como resultado as distintas formas dos cristais. Un exemplo moi coñecido é o diamante, o grafito e o tisne, que son practicamente carbono puro. Este polimorfismo merecía un nome especial, polo que Berzelius creou o termo alotropía en 1841.

O descubrimento e caracterización do isomorfismo tivo unha grande influencia no desenvolvemento da química, moito máis alá do puramente teórico. As diferentes propiedades dos compostos isomorfos permitíronlle a Berzelius a confección da primeira táboa relativamente precisa de pesos atómicos. Ata aquel momento, o peso atómico do hidróxeno fixábase arbitrariamente en 1, polo que o carbono resultaba ter un peso atómico de 6 (no canto de 12) e o osíxeno 8 (no canto de 16), e a auga era HO no canto de H2O; Berzelius mudou todo isto.

Non soamente os pesos atómicos, que son só a punta do iceberg; o achado de Mitscherlich propiciou o desenvolvemento, moi pouco tempo despois, dunha morea de conceptos químicos, relacionados só parcialmente coa cristalografía. O exemplo máis importante talvez sexa o descubrimento da isomería.

[O seguinte artigo da serie é Breve historia da cristalografía (IX): Isomería e compostos orgánicos.]


Sobre o autor: César Tomé López (@EDocet) é químico e divulgador científico, autor de Experientia docet e editor xefe do Cuaderno de cultura científica e de Mapping Ignorance.

Advertisements

Deixar unha resposta

introduce os teu datos ou preme nunha das iconas:

Logotipo de WordPress.com

Estás a comentar desde a túa conta de WordPress.com. Sair /  Cambiar )

Google photo

Estás a comentar desde a túa conta de Google. Sair /  Cambiar )

Twitter picture

Estás a comentar desde a túa conta de Twitter. Sair /  Cambiar )

Facebook photo

Estás a comentar desde a túa conta de Facebook. Sair /  Cambiar )

Conectando a %s