La química implica cambios tanto cualitativos como cuantitativos, cambios de grado y de estado. Esto se puede ver claramente en el cambio de estado de gas a líquido o a sólido, que en general está relacionado con cambios de temperatura y presión. En Anti-Dühring, Engels da una serie de ejemplos de como, en química, la simple adición cuantitativa de elementos crea cuerpos totalmente diferentes. Desde los tiempos de Engels, el sistema químico de denominaciones ha cambiado, pero este ejemplo expresa exactamente el cambio de cantidad en calidad:-----------------------------Punto de ebullición Punto de fusión*
------------------------------(vaporizaciòn)--------(solidificaciòn)
H2O agua--------------------------100º-----------------0º
CH2O2 ácido fórmico -------------100º-----------------1º
C2H4O2 ácido acético-------------118º-----------------17º
C3H6O2 ácido propiónico---------140º------------------20º
C4H8O2 ácido butírico------------162º------------------4,5º
C5H10O2 ácido valeriánico-------175º----------------- -32º
(*El punto de fusión es la temperatura a la cual el estado sòlido y el estado lìquido de una sustancia, coexisten en equilibrio térmico, a una presión de 1 atmòsfera. Por lo tanto, el punto de fusión no es el pasaje sino el punto de equilibrio entre los estados sólido y líquido de una sustancia dada. Al pasaje se lo conoce como derretimiento. En la mayoría de las sustancias, el punto de fusión y de congelaciòn, son iguales. Pero esto no siempre es así)
y así sucesivamente hasta C30H60O2, el ácido melísico, que no se funde hasta los 80º y no tiene punto de ebullición, porque no se puede pasar al estado de vapor sin descomponerlo".27
El estudio de los gases y vapores constituye una rama especial de la química. El pionero de la química inglesa, Faraday, creía que era imposible licuar seis gases, a los que denominó gases permanentes: hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, monóxido de carbono, óxido nítrico y metano . Pero en 1877, el químico suizo R. Pictet consiguió licuar el oxígeno a –140 ºC bajo una presión de 500 atmósferas. Más tarde, tambièn el nitrógeno, el oxígeno y el monóxido de carbono fueron licuados a temperaturas todavía más bajas. En 1900, se licuó el hidrógeno a -240 ºC, y a temperaturas todavía más bajas se consiguió incluso solidificarlo. Finalmente, el desafío más difícil de todos, la licuefacción del helio, se consiguió a -255 ºC. Estos descubrimientos tuvieron importantes aplicaciones prácticas. Hoy en día, el hidrógeno y el oxígeno líquidos se utilizan en grandes cantidades en cohetes. La transformación de cantidad en calidad se demuestra por el hecho de que cambios de temperatura provocan importantes cambios de propiedades. Esta es la clave del fenómeno de la superconductividad. A temperaturas enormemente bajas, ciertas substancias, empezando con el mercurio, no ofrecen ninguna resistencia a las corrientes eléctricas.
El cero absoluto
El estudio de temperaturas extremadamente bajas fue desarrollado a mediados del siglo XIX por el inglés William Kelvin
(más tarde Lord), estableciendo el concepto del cero absoluto (la temperatura más baja posible) que calculó en -273 ºC. A esta temperatura, creía, la energía de las moléculas se hundiría a cero. Esta temperatura se llama el cero Kelvin y se utiliza como base para la escala de medidas de temperaturas muy bajas. Sin embargo, incluso al cero absoluto, el movimiento no desaparece del todo. Todavía hay algo de energía, que no se puede hacer desaparecer. A efectos prácticos, se puede decir que la energía es cero, pero en realidad no es así. Materia y moción, como Engels planteó, son absolutamente inseparables, incluso al "cero absoluto".
Hoy en día se consiguen temperaturas increíblemente bajas de forma rutinaria, y juegan un papel importante en la producción de superconductores. El mercurio se convierte en superconductor a exactamente 4,12º Kelvin (K); el plomo a 7,22º K; el estaño a 3,73º K; el aluminio a 1,2º K; el uranio a 0,8º K; el titanio a 0,53º K. Unos 1.400 elementos y aleaciones tienen esta cualidad. El punto de ebullición del nitrógeno líquido es 20,4º K. El helio es el único elemento conocido que no se puede congelar, incluso al cero absoluto. Es la única sustancia que posee la propiedad conocida como superfluidez. Sin embargo, tambièn en este caso, cambios de temperatura provocan saltos cualitativos. A 2,2º K, el comportamiento del helio sufre un cambio tan fundamental que se conoce como helio-2, para diferenciarlo del helio líquido por encima de esa temperatura (helio-1). Utilizando nuevas técnicas se han conseguido temperaturas de 0,000001º K, aunque se cree que no puede llegar al cero absoluto.
Carbono
Hasta ahora nos hemos concentrado en cambios químicos en el laboratorio y en la industria. Pero no deberíamos olvidar que estos cambios se producen a una escala mucho más grande en la naturaleza. La composición química del carbón, dejando de lado las impurezas, y la de los diamantes es la misma: carbono. La diferencia es el resultado de una presión colosal que, en un punto determinado, transforma los contenidos de un saco de carbón en el collar de una duquesa. Para convertir grafito común en diamante se necesitaría una presión de por lo menos 10.000 atmósferas durante un largo período de tiempo. Este proceso se da de forma natural bajo la superficie de la tierra.
En 1955, el monopolio GEC consiguió convertir grafito en diamante a una temperatura de 2.500 ºC y a una presión de 100.000 atmósferas. En 1962 se consiguió el mismo resultado a una temperatura de 5.000 ºC y a una presión de 200.000 atmósferas, convirtiendo el grafito directamente en diamante, sin la ayuda de un catalizador. Estos son diamantes sintéticos, que no se utilizan para adornar los cuellos de las duquesas, sino con fines mucho más productivos, como herramientas de corte en la industria.
