Sonia Beltrán Catama y María Angélica León Sánchez*
Por siglos la humanidad estuvo en
una búsqueda permanente de una explicación acerca de los fenómenos naturales
que los rodeaba, este fue el caso de los atomistas y los energetistas, entre
quienes existió controversia por sus interpretaciones de lo que pasaba en su
entorno. Esta polémica inicio ante la interpretación del calor como fenómeno,
para los atomistas este se explicaba a partir de la estructura atómica de la
materia y para los energetistas todo se encaminaba a la transformación de
energía. Entre sus máximos exponentes estaba Ludwig Boltzmann (Físico) y
Wilhelm Oswald (Químico), destacados científicos del siglo XIX los cuales eran
oponentes por ideas y percepciones muy diferentes acerca de los átomos y aunque
suene contradictorio entre los defensores del atomismo predominaron los físicos
y en el energismo los químicos, donde sus ideas diferentes de contemplar la
ciencia y naturaleza permitieron hacer una aproximación a la termodinámica,
especialmente en la forma de concebir y medir la entropía. (Moreno, 2006).
Como uno de los máximos representantes del atomismo Boltzmann, afirmó que la teoría atómica tenía la capacidad de predecir fenómenos, al introducirse en algo tan abstracto, se llegó a construir una representación de lo real, logrando reducir el calor, la luz, la electricidad y el magnetismo el movimiento, causado especialmente por las colisiones y repulsiones de los átomos; y es desde este estudio, y junto a los aportes de Maxwell, se logró formular la teoría cinético molecular de los gases, dando un sólido apoyo conceptual, experimental y metodológico a las teoría atómicas de la materia (Boltzmann. 1986)
En oposición y como líder de los energetistas, Oswald, recurre al concepto de energía y su correspondiente ley de conservación para dar cuenta de cualquier fenómeno dinámico o estático que se da en la naturaleza, debido a la imposibilidad de visualizar los átomos en cuanto a que no se puede medir lo que pasa entre ellos, por lo que sustentaba que cualquier idea atomista carecía de sustento, salvo las manifestaciones energéticas, que permitían interpretar la energía como sustancia y no como propiedad.
Ante estos postulados de su oponente, Boltzmann refuta desde el modelo molecular de los gases, encontrando una alternativa estadística dando la posibilidad de encontrar átomos en ciertas posiciones de espacio- tiempo por ciertas velocidades en un gas en equilibrio, ahora gracias a los aportes de Maxwell se parte de la distribución de esos átomos donde permite demostrar que la presión es consecuencia del intercambio constante de ímpetu al chocar las moléculas con las paredes de un recipiente , este argumento conduce a la ecuación de un gas p= ρ K T con esto se hace esa conexión general entre el mundo microscópico de muchas partículas en movimiento y una relación que puede observarse en el laboratorio si el gas está en equilibrio (Marro, 2014)
Ahora bien, adentrándose más en la la teoría cinético molecular de los gases mostró cierto parentesco con la teoría de la electricidad propuesta por Maxwell, en esta se planteaba que el movimiento visible de un gas, la viscosidad y el calor se conciban como un fenómeno llevado a cabo en diferentes estados estacionarios, los cuales condujeron a leyes completamente nuevas que se redujeron a las ecuaciones hidrodinámicas corregidas por la viscosidad y el calor. Entonces con los aportes realizados por Maxwell, se da inicio al estudio de los gases a partir del método de las analogías mecánicas, que va más allá de lo que se denominaría “formulas puramente matemáticas”; es así como, al describir la teoría de los gases como una analogía mecánica, se admite que la apariencia del continuo, debe contemplar la presencia de un gran número de partículas discretas adyacentes, las cuales se espera obedezcan a las leyes de la mecánica, lo cual permite suponer que el calor es un movimiento continuo de las moléculas.
Maxwell además planteó que cuando se tiene una molécula que vibra alrededor de una posición de reposo fija, se encuentra en estado sólido, sin embargo, el movimiento térmico, facilitará que las moléculas se separen un poco y se genere una expansión. Dicha expansión, será más visible cuando el movimiento de las moléculas aumente más allá de un límite determinado, cuando este proceso se genere, ocurre la evaporación de la sustancia. Partiendo de lo anterior, se estableció que cuando se tiene en un espacio cerrado, una cantidad de gas, se pueden pensar dos situaciones: 1. Movimiento libre de moléculas, proporciona la idea de un gas y 2. Si no se actúan fuerzas externas sobre las moléculas, están se mueven la mayor parte del tiempo en línea recta y a una velocidad constante. Tal movimiento relativo de las partes más pequeñas puede llegar a ser invisible, sin embargo, en ese proceso se está absorbiendo energía cinética visible, lo que ocasiona que, en cuerpos muy fluidos, las partículas viajen en su mayoría en línea casi recta (a lo que se denominó teoría cinética de los gases). (Boltzmann, L. 1898/1964)
Es así que con todos estos precedentes y aportaciones el trabajo realizado por Boltzmann, involucra las dos principales nociones de la física; atomismo y estadística, las cuales permitieron plantear la ecuación de funciones de distribución (S= K*LogW), que adicional de dar esa probabilidad estadística ya nombrada, también permite describir las colisiones que tienen los átomos (Boltzmann, L. 1898/1964).
Sin duda con estos y otros aportes más el atomismo ante su opositor el energetismo se da como vencedor, pero curiosamente se dice que no hubo ningún perdedor, hay recalcar que la cuantificación de la energía da un protagonismo fundamental a otros procesos como la absorción y emisión asociada a las partículas elementales y adicional las propuestas energetistas contribuyeron al desarrollo de la termodinámica en procesos irreversibles. (Moreno, 2004)
En la actualidad esas concepciones del atomismo y energetismo siguen vigentes, pero no de forma independiente, sino unificadas en la teoría relativista de Albert Einstein, donde la masa podría explicarse en términos de energía. Él trabajó en facilitar mediante el movimiento browniano (movimiento aleatorio que se observa en las partículas que se hallan en un medio fluido, como resultado de choques contra las moléculas de dicho fluido) una demostración experimental de la existencia de los átomos. (Marro, 2014)
* Licenciadas en Quimica de la Universidad Pedagógica Nacional. Estudiantes Maestria en Docencia de la Quimica de la misma universidad
Referencias bibliográficas
Boltzmann, Ludwig (1898-1964). Lectures on gas theory. Translator´s Introduccion. The Regents of the University of California.
Boltzmann, Ludwig (1974) Theoretical physics and philosophical problems. D.reidel publishing company. Boston. p 41-59.
Moreno, Antonio (2006). Atomismo versus Energetismo: Controversia científica a finales del siglo XIX. Historia y epistemología de las ciencias. Enseñanza de las ciencias.
Marro, Joaquin (2014). Ludwig E. Boltzmann. Mi clásico Favorito. España. Pg 62. https://ergodic.ugr.es/jmarro/fisico/pages/Boltzmann-RdF.pdf
La controversia entre atomistas y los energetistas, inicio por la interpretación del calor como fenómeno. Pero es claro que este sigue manteniendo en jaque a científicos de todas las épocas tratando de explicar los diversos comportamientos del fenómeno. Por tal razón, tanto atomistas como energetistas se encaminaron, en afirmar desde diferentes posturas como la de Boltzmann que la teoría atómica tenia la capacidad de predecir fenómenos abstractos que llevaban a la representación de lo real logrando reducir el calor, la luz, la electricidad.
ResponderEliminarBoltzmann menciona que esto se da gracias a las repulsiones de los átomos, lo que llevo a formular la teoría cinético molecular de los gases, dando un solido apoyo conceptual a las teorías atómicas de la materia y asumió sin dudar la existencia de los átomos.
Por otro lado, Oswald mencionaba que el calor era un fenómeno dinámico, estático, debido a la imposibilidad de visualizar el átomo en cuanto a que no se puede medir lo que pasa entre ellos y por tal motivo cualquier idea atomista carecía de sustento.
El modelo molecular de los gases, era la alternativa estadística, la cual posibilitaba encontrar átomos en ciertas posiciones de espacio – tiempo por sus velocidades. Una de las peculiaridades mas sobresalientes de los estudios de Boltzmann, lograba mostrar de una manera que había un parentesco con la teoría cinético molecular y la teoría de la electricidad. Los aportes de Maxwell dan inicio al estudio de los gases a partir del método de analogías mecánicas, se debe contemplar la presencia de un gran numero de partículas discretas adyacentes se espera que obedezcan a las leyes de la mecánica, lo que permite suponer que el calor es un movimiento continuo de las moléculas.
Desde lo planteado en el último tercio del siglo XIX entre atomistas y energetistas, no obstante, es una controversia poco conocida, en el texto de (Moreno, 2006), el enfrentamiento conceptual entre atomistas y energetistas puede resumirse en estas dos tendencias:
Energía como sustancia -> Energetismo
Energía como propiedad -> Atomismo
• El energetismo, finalmente desbancado por las teorías atómicas.
• El electromagnetismo de las cargas en movimiento, resuelto con la teoría especial de la relatividad.
Si bien las teorías atómicas acaban con el energetismo «a la Ostwald» (antinewtoniano), la cuantificación de la energía da un protagonismo fundamental a los procesos de emisión y absorción de energía asociados a los logros alcanzados en la investigación sobre partículas elementales, que junto con la identidad relativista materia-energía ha hecho decir a algunos que estamos ante una nueva forma de energetismo (Moreno, 2006).
Finalmente, como síntesis de la controversia y como lo mencionan (Beltrán & León 2022), las concepciones del atomismo vs energetismo siguen vigentes, dado a lo cotidiano del uso del término de calor no debemos confundir cada una de las posturas abordadas en el trascurso de la historia.
Beltrán Catama, S., & León Sánchez, M. (06 de abril de 2022). Análisis de Textos Clásicos en Química. ATOMISMO Vs ENERGETISMO: http://analisisdetextosclasicosenquimicamdq.blogspot.com/?m=0
Moreno González, Antonio. «ATOMISMO versus ENERGETISMO: controversia científica a finales del siglo XIX». Enseñanza de las ciencias: revista de investigación y experiencias didácticas, [en línea], 2006, Vol. 24, n.º 3, pp. 411-28, https://raco.cat/index.php/Ensenanza/article/view/76036 [Consulta: 7-04-2022].
Como se ha expresado en el anterior texto (Beltrán & León 2022), se plantea una discusión en torno a dos aspectos sobre la interpretación de los fenómenos, en este caso como se expone el calor como fenómeno de la estructura atómica, y las transformaciones de energía, girando entorno a una representación del concepto de algo muy abstracto como es el átomo. las discusiones desde el debate del átomo como un concepto más filosófico que real, lo que se busca en mi sentido racional con la discusión es que se puedan dar explicaciones que sean satisfactorias y aplicadas desde el punto de vista macro y microscópico. Se busca entender y dar respuesta como los fenómenos físicos y químicos pueden ser explicados desde dos aspectos; las transformaciones energéticas medibles una sola ley que pueda explicar lo anterior (energetistas), uno de sus mayores representantes Oswald. Y el campo de los atomistas utilizando hipótesis moleculares-atómicas desde microscópico, y sus representaciones desde un modelo mecanicista newtoniano la fuerza para explicar las interacciones de las partículas, aunque con un nuevo aspecto estadístico.
ResponderEliminarSi bien es conocido desde el modelo de Dalton en 1808 se hace inferencia a los átomos como partículas corpusculares, influyendo a un mundo microscópico la mirada newtoniana, algo que no es perceptible. Pero esta mirada empirista funcionaba en estas entidades hipotéticas, tanto en los procedimientos y sus mediciones como el volumen, los cuales determinarían conceptos muy importantes. Desde este momento diferentes fenómenos comienzan a ser explicados desde estos cuerpos hipotéticos, Avogadro, Boyle, Charles y otros científicos determinaron conceptos muy importantes basándose en esta mirada (di atomicidad, Molécula, equivalentes y las leyes que gobiernan) observable en un gran número de partículas, los gases.
Es bueno precisar que estas posiciones y discusiones se dieron entorno a la reunión de Lübeck de 1895, por nuestros dos representantes, si bien el texto expone una gran visión de Boltzmann y las definiciones y teorías que surgen del mismo, deja de lado un poco el pensamiento en relación de Oswald. Creo que fue un dilema para la física que ya había definido un campo de estudio tener que variar su mirada. Por esta razón algunos teóricos físicos pueden que se hayan ido por el atomismo por su mirada mecanicista. El extremismo representado por Oswald a no tener en cuenta estos planteamientos, por sus creencias e influencias, que determinaba el átomo como un concepto metafísico, donde se pone en duda su realidad por la falta de su poder observable, difícil medir los fenómenos que pasan entre ellos, solamente en los procesos de transformación y manifestación de la energía capaz de ser medible en pérdidas de ganancia y calor.
Los dos le dieron rasgos importantes a la termodinámica, Boltzmann aporta una descripción mecánica probabilística al segundo principio termodinámico, entropía y la reversibilidad de las leyes de la mecánica. Ostwald también ha dejado una imposibilidad en la segunda ley de la termodinámica del movimiento perpetuo, también el uso de la energía libre, y el calor de la reacción como espontaneidad y equilibrio en las reacciones químicas.
ResponderEliminarAunque el energetismo fue perdiendo fuerza, de alguna forma esta controversia marco el camino a finales de siglo para intentar evidenciarlos átomos, o las estructuras de los mismos. Algunos aspectos que se podrían profundizar, y que ayudaron a la clarificación de ese concepto átomo como algo real; el descubrimiento del electrón, J.J Thompson una partícula componente del átomo, análisis del movimiento browniano por parte de Albert Einstein, la determinación experimental del científico francés Jean Perrin con datos de Albert Einstein aproximando cada vez mas el valor de numero de Avogadro, hasta el mismo Max Planck con su efecto fotoeléctrico dando explicaciones de la interacción entre la energía y materia.
Esta discusión sobre la realidad de los átomos ayudo a expresar en representaciones simbólicas las diferentes interacciones que suceden en mundo de los microscópico, representaciones de enlace, de moléculas en lo orgánico.
el átomo pensado y aceptado como unificador de teorías tanto como para la fisica moderna, como para la química en su estructura.
Moreno, Antonio (2006). Atomismo versus Energetismo: Controversia científica a finales del siglo XIX. Historia y epistemología de las ciencias. Enseñanza de las ciencias.
En los textos del escrito inicial y de los comentarios queda vigente una discusión: ¿nos preguntamos inicialmente por la naturaleza del calor y luego por la naturaleza de la energía? Entonces de la misma manera que al inicio decimos que el calor es considerado una manifestación del movimiento de las partículas que estructuran un cuerpo o como un fluido que pasa de un cuerpo a otro, ahora decimos que la energía puede ser considerada una sustancia contenida en los cuerpos o una propiedad de los mismos, sin embargo, ninguna de las dos acepciones son las que exponen Ostwald. El considera que los efectos que se pueden observar, producir y cuantificar son los de transformación de una clase de energía en otra, por lo tanto, lo que tiene una enorme importancia es el coeficiente de transformación. Aplicado esto a la teoría cinética de los gases tendríamos que ver las variaciones que sufre un cuerpo en estado gaseoso por ejemplo de presiones, de estado térmico, entre otros, se deberán explicar por movimientos espaciales que son lo esencial de la perspectiva mecánica de estos fenómenos, con lo cual, afirma Ostwald se introduce cosas extrañas a la naturaleza del fenómeno, por ejemplo se debe hablar de movimientos que son invisibles, que como no pueden observarse o medirse no podemos dar cuenta de qué son estos movimientos o cómo pueden determinarse.
ResponderEliminarConsidero que la convicción que exhibe Boltzmann es que la causa de los fenómenos observados se puede reducir a leyes mecánicas a las cuales están sometidas las partículas del cuerpo, en donde la naturaleza corpuscular no necesitaba ser demostrada sino que es un postulado en el que se basan las diferentes investigaciones.
Como podemos ver, a la base de la validez de la teoría cinética de los gases o de una teoría sobre la naturaleza del calor esta una visión de cuál es la realidad que se construye en la ciencia. Así ya no podemos afirmar que la energía sea una sustancia o una propiedad, es un asunto que debemos revaluar y discutir.
Frente al cuestionamiento ¿Nos preguntamos por la naturaleza del calor y luego la naturaleza de la energía?, opino que históricamente los primeros cuestionamientos se hicieron entorno al calor, pero no relacionado como energía si con quien lo emitía quien lo emitía y de allí parte primero el contemplar el fuego como elemento de la naturaleza, a tal punto que se convirtió en doctrina, tal como lo menciona Scheele , en el tratado químico del Aire y del Fuego en su deseo de aprender a conocer el fuego observo que tenía dos componente uno de luz y el otro de Calor, entonces hablando del año 1772 que se dio a conocer su escrito se habla ya de una característica propiamente del fuego y es el Calor. Posteriormente Atomismo vs Energetismo cuando se genera la controversia entre ellos a este fenómeno, Después de 1800 surge una corriente denominada energetistas los cuales recurren al concepto de energía para explicar el fenómeno, pero siendo considerada como sustancia, mientras los atomistas ya la contemplan como una propiedad.
EliminarRetomando el termino de energía mas que considerarla como sustancia o propiedad, se ve como una transformación que proviene de un fenómeno la cual se puede generar, utilizar, requerir, almacenar y hasta aportar, todas esas características la pueden dar diferentes fenómenos , pero un solo fenómeno no podría tenerlas todas a la vez. Entonces esas transformaciones se catalogaron bajo diversas formas como calórica, eléctrica, química, lumínica , cinética entre otras mas.
ResponderEliminar¿nos preguntamos inicialmente por la naturaleza del calor y luego por la naturaleza de la energía?
ResponderEliminarEl hecho de entender los fenómenos naturales que nos rodean lleva a preguntarnos la misma naturaleza del calor y la energía, con el fin de cuestionar esta los atomistas y energetistas brindan la interpretación, a partir de la estructura atómica de la materia y la transformación de la energía. Boltzmann afirmo que la teoría atómica tenia la capacidad de predecir los fenómenos, para llevarlo a lo abstracto en una representación real logrando reducir el calor, la luz y la electricidad.
Entendiendo la misma teoría cinético molecular de los gases por la colisiones y repulsiones de los átomos, por otro lado, las manifestaciones energéticas que permitían interpretar la energía como sustancia y no como propiedad. Siendo un asunto que se puede interpretar desde el mismo estudio de la termodinámica.