Electricidad y teoría atómica

 [Carga y lenguaje químico] Sección 3. Conceptos clave [Teoría de los iones] [Tabla de determinación de estados de oxidación] Otros conceptos [Electricidad y teoría atómica]

La relación entre la carga eléctrica y la materia ha sido reconocida desde hace milenios, y las propias palabras "electrón" y "electricidad" tienen sus raíces en la palabra griega para ámbar. Esto se debe a que, al frotar materiales contra el mineral de ámbar, adquieren propiedades magnéticas de manera espontánea. En los inicios del siglo XVIII, el químico francés Charles François du Fay realizó un descubrimiento revelador. Al observar que una hoja de oro cargada era repelida por vidrio frotado con seda, pero atraída por ámbar frotado con lana, dedujo la existencia de dos fluidos eléctricos: el fluido vítreo asociado al vidrio y el fluido resinoso asociado al ámbar. Benjamín Franklin propuso una perspicaz reinterpretación: la electricidad no emana de distintos fluidos eléctricos, sino de uno único que exhibe exceso (positividad) o déficit (negatividad) de carga. Franklin introdujo la nomenclatura moderna de carga positiva y carga negativa, marcando un hito significativo en la comprensión de la electricidad.

Figura 1. Benjamin Franklin (1706-1790), polímata ilustrado y Padre Fundador de EE. UU., combinó ciencia, política e innovación. Fue clave en la independencia y redacción de la Constitución. Pionero en el estudio de la electricidad, acuñó los términos de carga positiva y carga negativa, conceptos fundamentales para la comprensión de los electrones y del comportamiento de la materia cargada. Inventó el pararrayos, basado en la conducción de corriente eléctrica, y también ideó las gafas bifocales y la estufa Franklin. Su legado une razón, experimentación y compromiso cívico.

La electrolisis

El descubrimiento de instrumentos capaces de controlar la electricidad abrió un abanico de posibilidades para nuevos experimentos y avances en la ciencia. A medida que la comprensión de la electricidad avanzaba, surgieron dispositivos como la máquina de Leyden en el siglo XVIII, que permitió almacenar electricidad en forma de carga estática. Esto marcó el inicio de los estudios sobre la acumulación y manipulación de electricidad, allanando el camino para futuras investigaciones.

Durante el siglo XIX, los avances en la corriente eléctrica y su interacción con diferentes materiales revolucionaron aún más el campo. Científicos como Alessandro Volta realizaron importantes descubrimientos, como la invención de la pila voltaica en 1800, que fue el primer dispositivo capaz de generar una corriente eléctrica de manera continua. Este descubrimiento llevó al estudio de la electrólisis, un proceso mediante el cual la corriente eléctrica descompone compuestos químicos, lo que permitió el descubrimiento de nuevos elementos químicos.

Figura 2. La botella de Leyden, inventada en 1745 por Ewald von Kleist y Pieter van Musschenbroek, fue el primer dispositivo en almacenar carga eléctrica, antecedente de los condensadores modernos. Su diseño con vidrio como dieléctrico y láminas metálicas permitió acumular y liberar electricidad estática, introduciendo el concepto de capacidad eléctrica y sentando las bases de la electrostática y la teoría electromagnética.

Uno de los logros más notables fue el trabajo de Michael Faraday, quien en la década de 1830 demostró que la electricidad podía ser utilizada para descomponer sustancias, un fenómeno conocido como electrólisis. Este proceso reveló la existencia de elementos como el aluminio y el sodio en su forma pura, abriendo nuevas posibilidades en la industria y la química.

A medida que los experimentos sobre la electricidad continuaban, los científicos empezaron a investigar los efectos de la corriente eléctrica sobre diversos materiales, como los óxidos metálicos. Estos estudios revelaron información clave sobre la conductividad eléctrica de diferentes sustancias y sobre cómo la electricidad podía inducir reacciones químicas en ciertos compuestos, lo que más tarde se conocería como electroquímica.

La electroquímica, impulsada por el trabajo de Faraday y otros, llevó al descubrimiento de nuevos materiales y procesos, entre ellos la galvanoplastia, que utiliza la electricidad para depositar una capa de metal sobre objetos. Esta innovación no solo transformó la industria de la metalurgia, sino que también abrió nuevas puertas para aplicaciones tecnológicas en áreas como la fabricación de dispositivos electrónicos y baterías.

Figura 3. La electrólisis del agua con una batería AA de 1.5 V demuestra cómo la electricidad induce reacciones químicas. En el cátodo ocurre la reducción, liberando hidrógeno (H₂), y en el ánodo la oxidación, generando oxígeno (O₂) en proporción 2:1, acorde a H₂O. Este montaje sencillo introduce conceptos de redox, electrolito y electroquímica, fundamentales en la producción de hidrógeno y en baterías modernas.

Importancia de los experimentos de Faraday

Los experimentos de Faraday sobre electrólisis fueron un argumento clave a favor del particularismo atómico (la idea de que la materia y la electricidad están compuestas por partículas discretas). Faraday observó que la cantidad de carga necesaria para liberar un mol de sustancia en una reacción electroquímica siempre era un múltiplo entero de un valor fundamental, conocido hoy como la constante de Faraday Fu = 96 485 coulombios/mol.

Actualmente, sabemos que Fu representa la carga total de un mol de electrones. Esto implicaba que, para que las reacciones redox ocurrieran en proporciones exactas de moles enteros, la carga eléctrica debía transferirse en unidades discretas (moles de electrones). Así, los resultados de Faraday sugerían que la electricidad no era un fluido continuo, sino que estaba cuantizada, apoyando indirectamente la existencia de partículas subatómicas cargadas, décadas antes del descubrimiento formal del electrón.

Figura  4. Michael Faraday (1791-1867) revolucionó la ciencia con descubrimientos en electromagnetismo e inducción electromagnética, sentando bases del generador y transformador. En química, formuló las leyes de la electrólisis, impulsando la electroquímica, y estudió compuestos como el cloro y el benceno. También exploró el diamagnetismo y la relación luz-magnetismo. Su legado combina investigación, aplicaciones prácticas y divulgación accesible de la ciencia.

Referencias

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