Filosofía de la Química

1. Introducción

Junto con la física y la biología, tradicionalmente la química ha sido considerada como uno de los paradigmas de la ciencia moderna. Sin embargo, las cuestiones filosóficas asociadas a la química y a sus tecnologías no han sido tan claramente identificadas como en el caso de las otras dos disciplinas mencionadas, reserva aquellas de muchos de los casos estudiados en la filosofía de la ciencia, de la tecnología y en las éticas aplicadas, a pesar de que bastantes cuestiones éticas asociadas con la química (seguridad de los consumidores y de los trabajadores, contaminación ambiental, guerra y armamentos, etc.) están muy presentes en la vida cotidiana. La proliferación de la química en ramas como la química analítica, la bioquímica, la geoquímica, la química física, la inorgánica y la orgánica, entre otras y por no mencionar la atmosférica, la computacional, la de polímeros o la relacionada con las recientes ciencias de la regulación, deja entrever la ubicuidad de esta ciencia particular, sus dimensiones tecnológicas y su amplio abanico de compromisos potenciales de carácter social, ético y político, amén de la profundidad conceptual que le subyace.

Desde una perspectiva filosófica de la química, y sin dejar de lado los aspectos históricos y educativos que impregnan esta ciencia, la agenda conceptual y analítica es considerablemente amplia a día de hoy. La filosofía de la química se concibe, especialmente desde mediados de la década de 1980 (van Brakel, 2000), como una subdisciplina asentada de la filosofía de la ciencia. Su itinerario temático fue dominado en sus inicios por la cuestión de si la química se puede reducir a la física o no, aunque se amplió posteriormente hasta incluir asuntos conceptuales fundamentales de la filosofía de la ciencia tales como la naturaleza de las representaciones en química, la estructura de sus leyes y de sus explicaciones, el carácter de los mecanismos (explicativos y de otros tipos) en esta ciencia o la importancia de un análisis mereológico para entender la dinámica de sus teorías, modelos y artefactos. Junto a ello ha emergido a su vez toda una pléyade de debates acerca de las implicaciones éticas, estéticas e incluso socioculturales de la química (véase la revista Synthese, nº3, vol. 111).

Son dos las revistas que principalmente recogen el trabajo más actualizado de la filosofía de la química: Foundations of Chemistry (creada en 1999) y Hyle: International Journal for Philosophy of Chemistry (creada en 1995), siendo la primera el altavoz de la International Society for the Philosophy of Chemistry (ISPC). Hay que destacar a su vez algunos números especiales de inicios del siglo XXI publicados en Journal of Chemical Education (creada en 1924), en particular el volumen 81, números 6 y 9, de 2004, y el volumen 82, número 2, de 2005. También cabe destacar una serie de libros generales que marcan la pauta de los avances registrados en las publicaciones más especializadas: Philosophy of Chemistry: Between the Manifest and the Scientific Image (van Braakel, 2000), Philosophy of Chemistry: Synthesis of a New Discipline (Baird, Scerri, McIntyre, eds., 2006), Philosophy of Chemistry (Woody, Hendry, Needham, eds., 2012), Philosophy of Chemistry: Growth of a New Discipline (Scerri, McIntyre, eds., 2015), y Essays in the Philosophy of Chemistry (Scerri, Fisher, eds., 2016).

2. Filosofía analítica de la química

La química es la ciencia que se dedica a estudiar la estructura y las transformaciones de la materia. Existen escritos aristotélicos al respecto desde el siglo IV antes de nuestra Era, si bien en ellos solo se identifica una noción de materia ajustada únicamente a unos pocos fenómenos observables. Desde su creación como química moderna, es una ciencia en crecimiento continuo y de enormes proporciones, en la que se publican millones de artículos y se sintetizan miles de nuevas sustancias gracias a una tarea investigadora empírica y a un trabajo teórico que toma formas diversas, desde la programación y la simulación informáticas hasta la matematización más avanzada.

La filosofía de la química básicamente explora dos grandes líneas de investigación que recogen lo que Peter Strawson (Análisis y Metafísica) catalogaría aproximadamente como ‘conceptos (temas) disciplinares propios’ (por ejemplo, la naturaleza de las sustancias químicas, el papel de los átomos y del atomismo en química, el enlace químico, la síntesis química) y ‘conceptos (temas) propios de la estructura general subyacente a toda ciencia’ (entre otros el realismo, la reducción, la explicación, la modelación o la idealización). Entre los conceptos mejor analizados hasta la fecha en la filosofía de la química destacan los siguientes: la estructura química, los mecanismos químicos, la reducción en química, la explicación química y la modelación en química.

2.1 Estructuras

La literatura filosófica sobre el enlace químico comienza con la concepción estructural del enlace químico (Hendry, 2011). Según esta, los enlaces químicos son sub-moleculares, partes materiales de la molécula situadas entre los centros atómicos individuales y responsables de mantener conjuntada la molécula. Se trata de la noción de enlace químico surgida a finales del siglo XIX y base de la química analítica y sintética actuales. Sin embargo, es una concepción criticada en la filosofía de la química desde al menos tres frentes que han abierto un debate especialmente rico desde un prisma conceptual: la cuestión de la incompatibilidad entre la ontología de la mecánica cuántica y la ontología fenoménica del enlace químico, el problema de la química computacional, y el debate sobre el significado de las moléculas enlazadas muy débilmente.

Otras reflexiones de peso se ocupan de la noción misma de estructura molecular, más allá de si esta está vinculada a enlaces o no. Lo primero que interesa en estas reflexiones tiene que ver con la definición correcta de ‘estructura molecular’. Los libros de texto habitualmente describen la estructura de una molécula como la posición de equilibrio de sus átomos. Pero esta es una noción problemática, dado que las moléculas no son entidades estáticas. Por ello, lo segundo que hay que considerar respecto de la estructura molecular es aún más fundamental: ¿tienen las moléculas los tipos de forma y las características direccionales que las fórmulas estructurales representan? Diversas técnicas experimentales (cristalografía de rayos-X, espectroscopia, etc.) han demostrado que no sólo existe la forma, sino formas específicas de especies moleculares específicas. Sin embargo, y a pesar de ello, la mecánica cuántica continúa sospechando de la noción de forma molecular. En los tratamientos mecano-cuánticos de las especies moleculares, la forma no parece surgir a menos que se añada manualmente. Esto ha originado una profunda tensión entre el enfoque mecano-cuántico de las moléculas y los enfoques químicos más familiares.

El caso de la sustancia agua y de su estructura puede servir de ejemplo de análisis filosófico de la cuestión. La afirmación de «el agua es H2O» es uno de los ejemplos favoritos de los filósofos cuando reflexionan sobre cuestiones de ontología en química. Se toma a menudo como verdad incontrovertida y se emplea como evidencia a favor del externismo semántico y del esencialismo sobre géneros naturales (Kripke, 1980; Putnam, 1975). Veamos en qué consiste el esencialismo químico. ¿Es suficiente tener una microestructura esencial común para individuar los géneros naturales y explicar sus características? Si es así, ¿es «ser H2O» suficiente para individuar el agua?

La tesis esencialista a menudo se expresa como «agua = H2O» o bien como «solo el agua es H2O». Sin embargo, no está claro que ninguna de ambas formulaciones exprese el tipo de tesis que el esencialista quiere expresar. «H2O» no es una descripción de microestructura alguna, sino que es una fórmula composicional que describe las proporciones combinatorias de hidrógeno y oxígeno para formar agua. Una paráfrasis razonable de la formulación estándar sería «agua es una colección de moléculas de H2O». Y no obstante, aunque la expresión «molécula de H2O» describa una microentidad particular, no satura los géneros de micropartículas en el agua, y no dice nada de la microestructura mediante la que se relacionan en el agua. Al igual que otras sustancias, la microestructura del agua no se puede simplemente describir como una colección de moléculas individuales (Hendry, 2011).

Tal vez el agua no sea simplemente un conjunto de moléculas de H2O, pero ciertamente tiene una microestructura y quizás la tesis esencialista se podría reformular como «agua es todo aquello que tenga su microestructura». Pero esta tesis aún atribuye la idea de que «agua» es un predicado caracterizado por lo que Putnam llama rasgos estereotípicos. Esto obvia la importancia de las propiedades macroscópicas (científicamente importantes). En realidad, muchos de los criterios que los químicos emplean para determinar la mismidad y la puridad de las sustancias son macroscópicos, no microscópicos (Needham, 2011). Por lo tanto, ¿es el agua H2O? La respuesta se limita a cómo interpretemos la oración. Muchos químicos se sorprenderían si encontraran que el agua no es H2O, lo cual se debe a que ellos leen «H2O» como una abreviatura o como una fórmula composicional. Dado que el agua en realidad se caracteriza mediante una referencia tanto a los rasgos microscópicos como a los macroscópicos, esta identidad no puede proporcionar una justificación para el microesencialismo.

2.2 Mecanismos y explicación

La química involucra transformación continua de sustancias o de la materia. La síntesis es un tipo de proceso desde unas sustancias a otras, y los mecanismos químicos son los que constituyen el marco explicativo de la química a la hora de describir estas transformaciones. La generación de mecanismos para la explicación es algo inherente a la química, especialmente a la orgánica. Los mecanismos químicos se emplean (i) para clasificar las reacciones en diversos tipos, (ii) para explicar el comportamiento químico y (iii) para predecir acerca de reacciones nuevas o de reacciones que tienen lugar en circunstancias novedosas.

La noción más detallada de mecanismo es la que describe un conjunto discreto de pasos de una reacción química. En cada paso se genera un conjunto de reactivos intermedios, que son especies moleculares cuasi-estables que en último término producen los productos de la reacción. Se trata, obviamente, de una descripción del mecanismo de reacción no sólo abstracta, dado que no atiende a muchos detalles, sino también altamente idealizada. Esto se debe a que, según Goodwin (2012), dados los objetivos predictivos y explicativos de los químicos, en realidad no se necesita todo lo que los mecanismos puedan proporcionar en potencia. De hecho, sólo es necesario obtener una caracterización de las estructuras específicas, el estado de transición y los intermediarios reactivos estables para producir explicaciones y predicciones químicas.

Los estudios de mecanismos de reacción confían en técnicas indirectas. De manera ideal, elucidar un mecanismo es como hacer experimentos en biomecánica. Una vez se determinan experimentalmente los productos de la reacción y tras un posible aislamiento de especies intermedias estables, los químicos se basan en las medidas de las proporciones de reacción en diversas condiciones, en la espectroscopia y en el etiquetado isotópico, entre otras técnicas. Son técnicas que ayudan a eliminar candidatos a mecanismo de reacción. Sin embargo, hay mejores análisis de elucidación de mecanismos reactivos en química, como es el caso del enfoque de confirmación llamado ‘inducción eliminativa’ o el de la lógica de descubrimiento de la química sintética. Corey & Cheng (1989) han propuesto que la síntesis de moléculas orgánicas se puede planificar racionalmente según la lógica del análisis retro-sintético. Sistematizando la tradición de la química orgánica sintética, muestran cómo se puede razonar ‘hacia atrás’, a partir de una molécula diana (target), encontrando una serie de desconexiones, enlaces que sabemos cómo llevar a cabo. El árbol resultante de las desconexiones proporciona rutas o trayectorias potenciales para la síntesis que entonces se pueden evaluar con plausibilidad o, simplemente, ensayarlas a modo de prueba en el laboratorio.

2.3 Reducción

La relación entre teorías es también un tema de importancia máxima en la filosofía de la química. Muchos filósofos, aunque no todos, han asumido que la química se reduce a la física. La cuestión de la reducción en química se puede dividir en dos temas: el primero es el más familiar en filosofía y concierne a la relación entre elementos, átomos, moléculas y las partículas fundamentales de la física (Bunge, 1982). Surgen aquí preguntas del tipo «¿son las especies atómicas y moleculares reducibles a sistemas de partículas fundamentales que interactúan según la mecánica cuántica?» (Scerri, 2015). El segundo tema toca la relación entre las descripciones microscópica y macroscópica de las sustancias químicas: ¿son las sustancias químicas reducibles a las especies moleculares? Aquí la cuestión básica es la de si todas las propiedades químicas que se han definido macroscópicamente se pueden redefinir en términos de las propiedades de átomos, moléculas y sus interacciones (Bishop, 2010).

2.4 Modelos, idealización y explicación

La teorización química involucra modelación: la descripción y análisis indirectos de fenómenos químicos reales mediante modelos. La tradición modeladora en química comenzó con los modelos físicos de átomos y moléculas, y hoy son en su mayoría modelos matemáticos (enlace de valencia, orbitales moleculares, semi-empíricos) que se emplean para explicar y predecir la estructura molecular y la reactividad. Los modelos moleculares mecánicos se usan para explicar aspectos de la cinética de las reacciones y de los procesos de transporte. Los modelos de enrejado se emplean para explicar propiedades termodinámicas. Todos ellos son modelos ubicuos en química y se conciben como básicos para la teoría química.

Los químicos son muy permisivos con los tipos de estructuras matemáticas que pueden servir de modelos. Partes de la modelación química son dinámicas, por lo que emplean espacios de trayectorias, los cuales pueden representar el curso de la reacción en el tiempo. Y otros tipos de estructuras matemáticas (grafos, grupos) se pueden emplear para modelar la estructura molecular y la simetría. La propuesta de muchos ejercicios de modelación química es aprender acerca de sistemas reales. En estos casos, el modelo debe establecer ciertas relaciones con los sistemas del mundo real, aunque las relaciones no necesiten a menudo ser de fidelidad alta.

Gran parte de la investigación química actual involucra la aplicación de la mecánica cuántica a la química. Es cierto que no hay soluciones exactas para las descripciones mecano-cuánticas de los fenómenos químicos, pero los avances en la física teórica, en la matemática aplicada y en la computación han posibilitado calcular sin excesiva idealización y con mucha exactitud las propiedades químicas de muchas moléculas. Los químicos cuánticos se esfuerzan por calcular con más exactitud y con el mínimo de idealización. Su idea es ‘des-idealizar’ (concretar) los modelos tanto como se pueda.

Sin embargo, no todos los químicos han compartido esta idea de aproximarse a cálculos cada vez más exactos (Hoffmann, 1998). Hoffmann sugiere que los modelos idealizados, sencillos, sí son importantes para hacer teoría química. Por lo tanto, la cuestión filosófica básica que surge es ésta: ¿por qué también trabajamos con modelos idealizados? Parte de la respuesta señala que empleamos modelos simples, más idealizados, porque se derivan de cierta tradición explicativa en química. Habría dos modos de explicación para sistemas químicos, el horizontal y el vertical: las explicaciones verticales son las denominadas explicaciones nomológico-deductivas (explican un fenómeno químico mediante la derivación de su ocurrencia a partir de la mecánica cuántica); las explicaciones horizontales procuran explicar los fenómenos químicos por medio de conceptos propiamente químicos. Ambos tipos nos proporcionan diferentes géneros de información explicativa. Las explicaciones verticales demuestran que los fenómenos químicos se pueden derivar a partir de la mecánica cuántica. Las horizontales son especialmente adecuadas para hacer explicaciones contrastivas, las cuales permiten la explicación de tendencias (Earley, 2012).

3. Ética y química

La revista Hyle ha sido la que más énfasis ha puesto en el examen de cuestiones éticas que se sitúan más allá de resultados especializados propios de la química. Su objetivo es apuntar a problemas que subyacen a los debates en torno a la regulación, la gestión responsable, los códigos profesionales o los comportamientos personales de quienes se dedican a esta ciencia y a las ingenierías vinculadas a ella. La ética de la química recoge y profundiza en debates acerca de las relaciones entre la comunidad de los químicos y la sociedad en general; es decir, reflexiones sobre la importancia de los valores específicos de los químicos como practicantes y su relación con valores sociales generales. En este sentido, la cuestión fundamental se puede enfocar desde dos perspectivas: la de la comunidad de profesionales de la química y la social.

La primera se concentra básicamente en asuntos tales como los códigos profesionales de conducta de las asociaciones químicas, la relación de los ideales morales putativos con ciertas normas de la química, la naturaleza moral o amoral de la investigación química, así como los vínculos que podemos encontrar entre los valores metodológicos y los valores morales. La perspectiva social más general, en cambio, se pregunta si los químicos tienen algún género específico de responsabilidad y deber ante la sociedad, o si lo tiene la sociedad ante la ciencia química. Con ello se trata de indagar acerca de las lecciones, si las hay, que podríamos aprender de los efectos positivos y negativos de la investigación química, como son el papel de los medicamentos, el avance económico vinculado a esta ciencia, las armas o la contaminación. Las respuestas que se reciban desde ambas perspectivas probablemente tengan implicaciones sobre la manera como la ética de la química se pueda incorporar al currículum académico de estudiantes, profesores y otros profesionales, sea como parte de los métodos de la ciencia, sea como aplicación tecnológica o sea como un marco societario.

4. Química y estudios de ‘Ciencia-Tecnología-Sociedad’ (CTS)

Presentar resultados vinculados con la química en códigos de conducta y en la educación pública origina a su vez otras cuestiones serias de política científica. En la medida en que la comunidad de los químicos pudiera entender la aplicación de la química, así como la educación científica pública, como formas básicas de servir al interés general de una sociedad, sería importante realizar una valoración de dicha ciencia y de sus extensiones en términos del enfoque denominado ‘estudios de ciencia, tecnología, sociedad’ (o estudios CTS) (González, 2005). Estos estudios han destacado en general la importancia de la participación ciudadana en la toma de decisiones que tienen que ver con la ciencia y la tecnología. El concepto de ‘ciencia post-normal’, por ejemplo, sirve de base para promover el reconocimiento de estas interacciones, concepto que se caracteriza como una guía para la ciencia dirigida por cuestiones concretas y en la cual los hechos son considerados como algo incierto (incertidumbre), con valores a menudo enfrentados, pero ante los cuales hay que tomar decisiones, habitualmente urgentes (Funtowicz y Ravetz, 1990). La ciencia post-normal motiva una aproximación hacia la educación pública de carácter conceptual, filosófico y ético, con el fin de gestionar la relación entre la ciencia y la sociedad civil.

Uno de los escenarios más importantes en la química es el de la aplicación de esta ciencia a las políticas reguladoras basadas en la ciencia (Cranor, 1993). Los encargados de la política científica son agentes que deben tomar decisiones en contextos con cantidades excesivas de datos o de información que exigen herramientas que faciliten su tarea. A día de hoy, el denominado ‘análisis de las relaciones estructura-actividad’ (SAR) se emplea cada vez más asiduamente. Este tipo de análisis, en ocasiones denominado QSAR en alusión a su carácter cuantitativo (Nikolova y Jaworska, 2003), es una metodología empleada en la ciencia reguladora con el fin de generar datos científicos dirigidos a la toma de decisiones en la política científica y en las regulaciones que tienen que ver con la ciencia y con la tecnología (Cronin et al., 2003). El objetivo de esta actividad consiste en determinar si una determinada sustancia química puede ser nociva para la saludad humana o para el entorno natural. Sin embargo, dada la gran cantidad de sustancias potencialmente nocivas que existen en el mercado en este sentido (tóxicas, cancerígenas, etc.), una puesta a prueba exhaustiva y detallada de cada sustancia no sería no económicamente viable ni posible en una escala temporal. El análisis SAR es por ello uno de los métodos empleados para tratar de superar esta dificultad. Su proceder consiste en clasificar los compuestos químicos sobre la base de características moleculares y estructurales particulares que ya se han mostrado nocivas o, en su caso, inocuas. La clave de la clasificación radica en las semejanzas que una sustancia de propiedades aún desconocidas pueda tener con respecto a otras sustancias cuyas propiedades ya conocemos (Bengoetxea, 2015). La posesión de ciertos rasgos comunes (estructura molecular, alta movilidad o alta persistencia en el entorno natural, o una capacidad elevada para la bio-acumulación, por ejemplo) permite a los químicos agrupar las sustancias según el potencial de estas para ser nocivas, si bien hay que señalar que dichos rasgos no demuestran por sí mismos que la nocividad esté fuera de toda duda.

Juan Bautista Bengoetxea
(Universitat de les Illes Balears)

Referencias

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Cómo citar esta entrada

Juan Bautista Bengoetxea (2018). “Filosofía de la química”,  Enciclopedia de la Sociedad Española de Filosofía Analítica (URL: http://www.sefaweb.es/filosofia-de-la-quimica/)

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