La química es física #pregunta113

Los chicos de la Buhardilla 2.0 con su programa en Sevilla Web Radio tienen la sana costumbre de formular una pregunta a la semana en Twitter. Esta semana ha tocado esta

Y mi respuesta ha sido esta:

Si eres amante de la física y has sonreído con esta respuesta, tal vez te has precipitado y debas leer la entrada.  Si eres amante de la química y has apretado las cejas, tal vez te has precipitado y debas leer la entrada.  Si te da igual el tema, pues, ya que estás aquí, léete la entrada.

La química es física, qué si no

La química es física, eso no puede negarlo nadie.  Pero esa es una afirmación vacía si nos ponemos tiquismiquis.

En química se cumplen todas y cada una de las leyes de la física porque todo está sujeto a dichas leyes.

• Se conserva la masa y la energía.
• Se conservan las cargas.
• Se verifican las leyes de la termodinámica.
• Las interacciones más importantes de la química están descritas por el electromagnetismo.
• La química se fundamenta fuertemente en la cuántica.

Así que es poco menos que imposible negar que la química es simple y llanamente física.

Pero no me malinterpretéis, eso no quiere decir que todo físico o física sea un experto en química, nada más lejos de la realidad.

Los químicos se permiten el lujo de tocar la cuántica con sus manos

Es en la química donde las leyes de la cuántica se revelan más cercanas a nuestra experiencia cotidiana.

La estructura de la tabla periódica, ese sitio donde los elementos viven y donde se organizan según sus características y propiedades, solo tiene sentido desde un punto de vista cuántico.

Estos orbitales, los de verdad no los dibujitos de los lóbulos (pincha aquí si quieres leer sobre orbitales: Orbitales Atómicos), solo tienen sentido en un contexto cuántico y son dichos orbitales los que determinan cosas como la reactividad, la electronegatividad, los enlaces químicos posibles entre distintos átomos, etc.

De hecho, como un profesor mío dijo una vez, — Miren la pizarra y verán toda la química –.

Esa es la ecuación de Dirac, la ecuación que combina las leyes de la cuántica con las de la relatividad especial para partículas como los electrones.  Metiendo unos cuantos términos más para describir la interacción núcleo-electrones se puede deducir la química, en teoría.

Y digo en teoría porque me gustaría ver como alguien calcula, así, a pelo, la estructura del benceno usando dicha fórmula.

Apuesto a que alguien se anima y me dice que usando la ecuación de Schrödinger, con una buena aproximación de Hartree-Fock y siguiendo el procedimiento de Hückel nos podemos dar por satisfechos con la jugada y tener una buena aproximación de los orbitales deslocalizados de este anillo aromático. Es cierto.

Pero los químicos lo tocan con las manos, aprenden de la química en acción como el loco mundo cuántico condiciona las reacciones.   Como se afecta la cinética de las reacciones modificando o tocando tal o cual parámetro.

Así que sí, la química es física, pero es física que sabe a química.

Con esto no quiero decir que no se haya que estudiar desde el punto de vista más fundamental estructuras químicas, enlaces o mecanismos de reacción.  Por supuesto que eso es importante, pero, mientras que unos hacen el trabajo teórico otros tienen que avanzar usando la química a nuestro favor. Ellos tocan la física con las manos. Por ejemplo, La relatividad en las cosas que nos rodean.

No seamos condescendientes

Los que se dedican a la física suelen tener una actitud condescendiente con la química, no es muy preocupante, se pasa con la edad.  El principal motivo de chanza desde la física a la química viene del hecho de que en la química hay muchas reglas empíricas.  Vamos que los químicos no rellenan pizarras así:

Bien, eso no es cierto, yo he visto pizarras de química que harían llorar al más pintado.  Pero no es de eso de lo que estamos hablando.  Sí, la química tiene una fuerte componente empírica, se basa en intuiciones que han ganado los químicos a lo largo del tiempo a base de pelearse con los experimentos.

¿Es eso algo de lo que avergonzarse?

Veamos, a ver si a los aficionados de la física les suena esto:

• No podrás crear ni destruir energía.
• No podrás construir una máquina de movimiento perpetuo.
• No podrás llegar al cero absoluto de temperatura.

Sí, has acertado, esas son las tres leyes de la termodinámica. A las que se llegaron por puro convencimiento empírico.  A base de acumular experiencias y de extrapolarlas a casos generales.

Me podréis decir que ahora sabemos que detrás de la termodinámica está la mecánica estadística que en cierto sentido demuestra que la termodinámica es correcta.  Entonces me estaréis diciendo algo mal, primero porque la mecánica estadística solo muestra que nuestras teorías básicas son consistentes con la termodinámica.  Segundo, porque si se demostrara que nuestro conocimiento básico de átomos y partículas es erróneo la termodinámica seguiría siendo válida, la química también.

Los físicos consideran la termodinámica como una de sus joyas favoritas.  Espero que también consideren a la química en el mismo estatus.

La química no es nada más que física, y nada menos

Si nos ponemos estupendos, todo es física, todo esta sujeto a sus leyes, y todo forma parte de un universo físico.  Pero, dado que yo soy un holoreduccionista, holístico por la mañana, sin opinión por la tarde y reduccionista por las noches, me gustaría precisar algo:

Las leyes básicas de la física son un marco conceptual, nada más, a través de su conocimiento no podemos predecir más que en situaciones simples el comportamiento de sistemas simples.  Eso no está mal, no le ha ido mal a la física.   Sin embargo, como dijo alguien,

Conocer las leyes de la física es como conocer las reglas del fútbol.  Dicho conocimiento no te permite predecir el ganador de la copa del mundo.

Esto tiene una fuerte implicación, hay que ir a distintos niveles de explicación.  Niveles donde hay que recurrir a descripciones efectivas de los procesos y de los fenómenos que son difícilmente reducibles a las leyes fundamentales.

La química es un claro ejemplo de esto.

Demos gracia a la química y a todos aquellos y aquellas que se dedican a ella.

Nos seguimos leyendo..