Introducción a la química – 1ª edición canadiense

La química es una rama de la ciencia. Aunque la ciencia en sí es difícil de definir con exactitud, la siguiente definición puede servir como punto de partida. La ciencia es el proceso de conocimiento del universo natural a través de la observación y la experimentación. La ciencia no es el único proceso de conocimiento (por ejemplo, los antiguos griegos simplemente se sentaban y pensaban), pero ha evolucionado a lo largo de más de 350 años hasta convertirse en el mejor proceso que la humanidad ha ideado hasta la fecha para aprender sobre el universo que nos rodea.

El proceso de la ciencia se suele enunciar como el método científico, que se describe de forma bastante ingenua de la siguiente manera: (1) plantear una hipótesis, (2) probar la hipótesis, y (3) refinar la hipótesis. En realidad, sin embargo, el proceso no es tan sencillo. (Por ejemplo, yo no voy a mi laboratorio todos los días y exclamo: «¡Hoy voy a plantear una hipótesis y me voy a pasar el día probándola!»). El proceso no es tan sencillo porque la ciencia y los científicos tienen un cuerpo de conocimiento que ya ha sido identificado como procedente del más alto nivel de comprensión, y la mayoría de los científicos construyen a partir de ese cuerpo de conocimiento.

Una conjetura educada sobre cómo funciona el universo natural se llama hipótesis. Un científico que está familiarizado con el funcionamiento de una parte del universo natural -por ejemplo, un químico- está interesado en profundizar en ese conocimiento. Esa persona hace una conjetura razonable -una hipótesis- para ver si el universo también funciona de una manera nueva. He aquí un ejemplo de hipótesis: «si mezclo una parte de hidrógeno con una parte de oxígeno, puedo hacer una sustancia que contenga ambos elementos».

La mayoría de las buenas hipótesis se basan en un conocimiento previo y representan una extensión comprobable de ese conocimiento. A continuación, el científico concibe formas de comprobar si esa conjetura es o no correcta. Es decir, el científico planifica experimentos. Los experimentos son pruebas del universo natural para comprobar si una conjetura (hipótesis) es correcta. Un experimento para comprobar nuestra hipótesis anterior sería mezclar realmente hidrógeno y oxígeno y ver qué ocurre. La mayoría de los experimentos incluyen observaciones de partes pequeñas y bien definidas del universo natural diseñadas para ver los resultados de los experimentos.

¿Por qué tenemos que hacer experimentos? Por qué tenemos que hacer pruebas? Porque el universo natural no siempre es tan obvio, los experimentos son necesarios. Por ejemplo, es bastante obvio que si se deja caer un objeto desde una altura, éste caerá. Hace varios cientos de años (casualmente, cerca del inicio de la ciencia moderna), el concepto de gravedad explicaba esa prueba. Sin embargo, ¿es obvio que todo el universo natural está compuesto sólo por unos 115 bloques químicos fundamentales llamados elementos? Esto no parecería cierto si observamos el mundo que nos rodea y vemos todas las formas diferentes que puede adoptar la materia. De hecho, el concepto de elemento sólo tiene unos 200 años de antigüedad, y el último elemento natural se identificó hace unos 80 años. Hicieron falta décadas de pruebas y millones de experimentos para establecer lo que son realmente los elementos. Estos son sólo dos ejemplos; existe una miríada de ejemplos de este tipo en la química y la ciencia en general.

Cuando se han reunido suficientes pruebas para establecer un principio general de cómo funciona el universo natural, las pruebas se resumen en una teoría. Una teoría es una afirmación general que explica un gran número de observaciones. «Toda la materia está compuesta de átomos» es una afirmación general, una teoría, que explica muchas observaciones en química. Una teoría es una afirmación muy poderosa en la ciencia. En la ciencia hay muchas afirmaciones que se denominan «la teoría de _______» o la «teoría de ______» (donde los espacios en blanco representan una palabra o un concepto). Cuando se escriben así, las teorías indican que la ciencia tiene una cantidad abrumadora de pruebas de su corrección. Veremos varias teorías en el transcurso de este texto.

Un enunciado específico que se cree que nunca es violado por todo el universo natural se llama ley. Una ley científica es la más alta comprensión del universo natural que tiene la ciencia y se piensa que es inviolable. Por ejemplo, el hecho de que toda la materia atrae a otra materia -la ley de la gravitación- es una de esas leyes. Obsérvese que los términos teoría y ley utilizados en la ciencia tienen significados ligeramente diferentes de los de uso común; teoría se utiliza a menudo para significar hipótesis («tengo una teoría…»), mientras que una ley es una limitación arbitraria que puede romperse pero con consecuencias potenciales (como los límites de velocidad). También en este caso, la ciencia utiliza estos términos de forma diferente, y es importante aplicar sus definiciones adecuadas cuando se utilizan estas palabras en la ciencia.