Ciencias auxiliares de la química

Las ciencias auxiliares de la química son las disciplinas que proporcionan a los químicos leyes, cálculos, instrumentos o datos que la química necesita pero no genera por sí misma. La física explica por qué los átomos se enlazan; las matemáticas permiten calcular velocidades de reacción; la geología indica dónde están las materias primas. A continuación se describen 25 de ellas, agrupadas por su procedencia, con lo que aporta cada una y un ejemplo concreto.

¿Qué son las ciencias auxiliares de la química?

La química estudia la composición, la estructura y las transformaciones de la materia. Una ciencia auxiliar es la que, sin ocuparse de ese objeto en primer plano, le presta un servicio: una teoría (la mecánica cuántica), una herramienta de cálculo (la estadística) o un campo de aplicación que plantea problemas nuevos (la medicina).

Como sucede con las ciencias auxiliares de las ciencias sociales, la relación es recíproca. La química es, a su vez, auxiliar de la biología, de la geología o de la arqueología. Lo que define a una ciencia como auxiliar no es su categoría, sino el papel que desempeña en una investigación concreta.

Características

• Proporcionan fundamentos o herramientas: la física aporta la teoría del átomo; la informática, la capacidad de cálculo.
• Abren campos fronterizos: fisicoquímica, geoquímica, bioquímica, astroquímica o química computacional.
• Determinan el instrumental: espectrómetros, difractómetros o pH-metros nacen de la física y la electrónica.
• Conectan el laboratorio con la sociedad: la toxicología, el derecho o la economía deciden qué sustancias se fabrican y cómo.

Clasificación

Lista comentada de ciencias auxiliares de la química

Ciencias formales y de la medida

• 1. Matemáticas. Expresan las leyes químicas como ecuaciones. Ejemplo: en una reacción de primer orden, la vida media se calcula con t½ = ln 2 / k, una fórmula que procede de resolver una ecuación diferencial. Más en matemáticas.
• 2. Estadística (quimiometría). Valora la fiabilidad de las medidas. Ejemplo: en química analítica, la recta de calibrado se ajusta por mínimos cuadrados para calcular la concentración de una muestra y su incertidumbre.
• 3. Informática. Simula moléculas que serían caras o peligrosas de preparar. Ejemplo: Walter Kohn y John Pople recibieron el Nobel de Química de 1998 por los métodos de cálculo que hoy permiten predecir la estructura y la energía de una molécula en un ordenador.
• 4. Metrología. Define las unidades con las que se mide. Ejemplo: desde 2019, el mol se define fijando la constante de Avogadro en exactamente 6,022 140 76 × 10²³ mol⁻¹.

Física

• 5. Mecánica cuántica. Explica cómo se distribuyen los electrones y por qué se forman enlaces. Ejemplo: a partir de la ecuación de Schrödinger (1926), Linus Pauling explicó el enlace químico en un libro clásico de 1939.
• 6. Termodinámica. Indica si una reacción puede ocurrir espontáneamente. Ejemplo: la energía libre de Gibbs, ΔG = ΔH − TΔS, formulada por Josiah Willard Gibbs en la década de 1870, predice el sentido de las reacciones.
• 7. Óptica y espectroscopía. Identifican sustancias por la luz que emiten o absorben. Ejemplo: Robert Bunsen y Gustav Kirchhoff descubrieron el cesio (1860) y el rubidio (1861) al ver líneas desconocidas en el espectro de aguas minerales.
• 8. Física nuclear. Estudia la radiactividad y los cambios en el núcleo. Ejemplo: Marie y Pierre Curie descubrieron el polonio y el radio en 1898 siguiendo la radiactividad de la pechblenda.
• 9. Electromagnetismo. Proporciona la corriente eléctrica como herramienta para romper compuestos. Ejemplo: Humphry Davy aisló el potasio y el sodio en 1807 haciendo pasar corriente por sus compuestos fundidos.
• 10. Cristalografía. Determina cómo se ordenan los átomos en un sólido. Ejemplo: en 1913, los Bragg mostraron con rayos X que en el cloruro de sodio no hay moléculas aisladas, sino una red de iones.

Ciencias de la Tierra y del espacio

• 11. Geología y mineralogía. Localizan y caracterizan las materias primas. Ejemplo: la bauxita es la mena del aluminio, que se obtiene por electrólisis mediante el proceso Hall-Héroult (1886).
• 12. Astronomía. Analiza la química del universo. Ejemplo: el helio se detectó en 1868 en el espectro del Sol, casi treinta años antes de que William Ramsay lo aislara en la Tierra (1895).
• 13. Ciencias atmosféricas. Estudian las reacciones del aire. Ejemplo: Mario Molina y Sherwood Rowland advirtieron en 1974 que los CFC destruyen el ozono estratosférico; el hallazgo llevó al Protocolo de Montreal (1987) y al Nobel de 1995.
• 14. Oceanografía. Mide la química del mar a escala planetaria. Ejemplo: el CO₂ que absorben los océanos forma ácido carbónico y ha reducido el pH superficial en torno a 0,1 unidades desde la era preindustrial.

Ciencias de la vida y la salud

• 15. Biología. Ofrece catalizadores y rutas de síntesis naturales. Ejemplo: Eduard Buchner demostró en 1897 que un extracto de levadura sin células vivas fermenta el azúcar, lo que abrió el estudio de las enzimas (Nobel de Química de 1907).
• 16. Farmacología y medicina. Plantean qué moléculas hay que diseñar. Ejemplo: el cisplatino, cuyo efecto sobre la división celular observó Barnett Rosenberg en los años sesenta, se convirtió en un fármaco antitumoral de referencia.
• 17. Toxicología. Mide el daño que causan las sustancias. Ejemplo: la dosis letal media (DL₅₀), propuesta por John Trevan en 1927, sirve para comparar la toxicidad aguda de los compuestos.
• 18. Agronomía. Indica qué nutrientes necesitan los cultivos. Ejemplo: la ley del mínimo, formulada por Carl Sprengel y popularizada por Justus von Liebig en el siglo XIX, orientó la química de los fertilizantes.
• 19. Ciencias ambientales. Evalúan el impacto de los procesos químicos. Ejemplo: Paul Anastas y John Warner publicaron en 1998 los doce principios de la química verde, que priorizan evitar residuos.

Tecnología

• 20. Ingeniería química. Lleva las reacciones del matraz a la fábrica. Ejemplo: Fritz Haber sintetizó amoniaco en el laboratorio en 1909, pero hizo falta la ingeniería de Carl Bosch para producirlo industrialmente desde 1913.
• 21. Ciencia de materiales. Busca aplicaciones a las nuevas estructuras. Ejemplo: el grafeno, una lámina de carbono de un átomo de espesor, se aisló en 2004 y valió a Andre Geim y Konstantin Novoselov el Nobel de Física de 2010.
• 22. Electrónica e instrumentación. Construye los aparatos de medida. Ejemplo: el pH-metro de Arnold Beckman, de mediados de los años treinta, hizo rutinaria una medida que antes dependía de indicadores de color.

Ciencias humanas y sociales

• 23. Historia de la ciencia. Explica de dónde vienen los conceptos y el lenguaje químico. Ejemplo: el Método de nomenclatura química (1787) de Lavoisier y sus colaboradores sustituyó nombres alquímicos por otros basados en la composición.
• 24. Filosofía. Analiza qué es un elemento, un enlace o una explicación. Ejemplo: la idea de átomo, especulación filosófica de Demócrito, se convirtió en teoría científica con Dalton a comienzos del siglo XIX.
• 25. Derecho. Regula la fabricación y el uso de sustancias. Ejemplo: el reglamento europeo REACH, en vigor desde 2007, obliga a registrar y evaluar los riesgos de las sustancias que se comercializan en la Unión Europea.

Una ciencia central

A la química se la llama a menudo «ciencia central» porque está en medio de muchas otras: toma prestadas las leyes de la física y presta, a su vez, sus métodos a la biología, la geología o la medicina. Esa posición explica por qué la lista de auxiliares es tan amplia y por qué las fronteras se difuminan. La física y la química, por ejemplo, comparten la fisicoquímica.

Importancia

Casi todos los descubrimientos químicos decisivos dependen de una disciplina vecina: nuevos elementos gracias a la espectroscopía, la estructura de los sólidos gracias a los rayos X, fármacos gracias a la medicina, procesos industriales gracias a la ingeniería. Además, la toxicología, las ciencias ambientales y el derecho aseguran que el conocimiento químico se aplique con seguridad.

Ejercicios resueltos

Preguntas frecuentes

Referencias

• Chang, R.; Goldsby, K. A. Química. McGraw-Hill.
• Atkins, P.; Jones, L. Principios de química: los caminos del descubrimiento. Editorial Médica Panamericana.
• Brock, W. H. Historia de la química. Alianza Editorial.