miércoles, 22 de enero de 2020

Los rayos X a finales del siglo XIX (2ª parte)

[Tubo de rayos X. 1. Cátodo. 2. Anticátodo. 3. Rayos catódicos. 4. Rayos X.


Cuando en el otoño de 1895 Wilhelm C. Röntgen, catedrático de física de la universidad de Würzburg (Baviera), descubrió una misteriosa radiación muy penetrante que se generaba en un tubo de rayos catódicos (tubo de Crookes), la cual tenía la capacidad de atravesar cuerpos opacos a la luz, todavía desconocía su verdadera naturaleza, por ello los denominó rayos X.  Inmediatamente se pone a investigarla, a experimentar. La extraña radiación invisible es capaz de atravesar el cartón, un voluminoso libro, una baraja de naipes, tablas de madera de abeto de un par de centímetros de espesor e, incluso, la propia mano (permitiendo ver la oscura sombra de los huesos de los dedos en una pantalla). Puesto que Röntgen había recubierto el tubo de descarga con un fino cartón negro que impedía el paso de luz a su través y que los rayos catódicos no atraviesan la pared del tubo, el físico alemán quedó seguramente perplejo ante esa desconocida radiación que, partiendo del tubo de Crookes, atravesaba su pared y la cubierta de cartón y era capaz de hacer que una pantalla próxima con una capa de sustancia fluorescente resplandeciera. Se descubrió que la penetrante radiación tenía una naturaleza diferente a los rayos catódicos (estos, en realidad, chorros de electrones acelerados), se propagaba en línea recta en todas direcciones, ionizaba el aire y no se desviaba por la acción de un campo magnético (cosa que sí hacen los rayos catódicos).

[Sello alemán de 1951, conmemorativo del 50 aniversario de la concesión del premio Nobel de Física a Wilhelm Conrad Röntgen (el primero de la historia). Procedencia de la imagen aquí]



En un tubo de rayos X ocurren en realidad dos procesos de emisión de esta energética e invisible radiación electromagnética, todavía llamada X: uno de emisión contínua y otro monocromático (de longitud de onda característica) que depende del elemento bombardeado por los rayos catódicos o haz de electrones de elevada energía (acelerados con un voltaje de varias decenas de miles de voltios).

Cuando un electrón procedente del cátodo pasa suficientemente cerca del núcleo de un átomo del metal del anticátodo o ánodo se produce una desviación en la trayectoria de dicho energético electrón y su desaceleración (consecuencia de la atracción eléctrica con el núcleo positivo), de manera que el electrón pierde energía cinética y se emite un fotón de rayos X. La consecuencia de todo ello es la obtención de un espectro continuo de rayos X. Es la radiación de frenado. Y, dato curioso, precisamente en la técnica médica de radiodiagnóstico la mayor parte de los rayos X se originan por frenado.  El segundo proceso (y aquí recordamos al gran Henry Moseley) consiste en una emisión característica de radiación X. Cuando un electrón proyectil es capaz de arrancar algún electrón interno del átomo diana (de una capa próxima al núcleo) ocurre una ionización . Deja entonces un hueco en la capa interna que rápidamente es ocupado por otro electrón más externo que cae de una capa de mayor energía. El resultado es la emisión de un fotón de rayos X de frecuencia característica del metal que lo emite, pues su energía será la diferencia de energía entre las dos capas electrónicas (que se calcula según la fórmula de Planck, es decir, constante de Planck multiplicada por la frecuencia). 

[Emisión característica de rayos X de un metal. 
Procedencia de la imagen aquí]


No se puede obviar, sin embargo, que en torno al 99 % de la energía cinética de los electrones procedentes del cátodo (los rayos catódicos) se transforma en energía térmica, por tanto, bien puede decirse que un aparato de rayos X es energéticamente poco eficiente (algo parecido a lo que le pasaba a las viejas bombillas de incandescencia, con su sufrido filamento de wolframio o tungsteno, las cuales daban más calor que luz).

Y recordemos por último cómo el descubrimiento de los rayos X por Röntgen a finales de 1895 no sólo fue una gran sensación y un importante hallazgo con diversas aplicaciones (como el diagnóstico médico) sino que permitió otros descubrimientos de gran relevancia, como la radiactividad, descubierta por el francés Antoine Henri Becquerel apenas un año después de que el físico alemán hiciera público su descubrimiento de los invisibles y penetrantes rayos X. Otra serendipia. Investigaba el físico francés si los rayos X de Röntgen eran emitidos también por las sustancias fluorescentes, como las sales de uranio. Pero lo que encuentra Becquerel es otra radiación emitida de forma natural por el uranio, que no eran rayos X.




domingo, 12 de enero de 2020

Los rayos incógnita (los rayos X a finales del siglo XIX)

[Wilhelm Conrad (von) ROENTGEN (o RÖNTGEN), físico alemán (1845 - 1923), primer galardonado con el premio Nobel de Física, en 1901. El rey bávaro le ofreció la posibilidad de ennoblecerse con el germánico von antepuesto a su apellido, pero Röntgen no lo aceptó. Es más, el descubridor de los rayos X no mostró interés alguno por patentar su importante hallazgo ni por beneficiarse económicamente de sus aplicaciones. Röntgen, ajeno a las ambiciones crematísticas, fue uno de tantísimos alemanes que se vieron afectados por la hiperinflación tras la Primera Guerra Mundial. Röntgen murió en el tenso año de 1923 después de un período de vida modesta e incluso precaria.  Procedencia de la imagen aquí]

Pocos hallazgos científicos han tenido tan rápida difusión, han apasionado tanto a la opinión pública y excitado su imaginación como los rayos X, descubiertos en 1895 por el físico alemán Wilhelm C.  Röntgen (o Roentgen), lo que le valió el primer premio Nobel de Física de la historia, en 1901 (Alfred B. Nobel, inventor de la dinamita, había muerto a finales de 1896). Y pronto se vio el gran potencial práctico que tenía el descubrimiento de aquellos invisibles y muy penetrantes rayos misteriosos, los rayos incógnita o X.

Estaba Röntgen experimentando en 1895 con un tubo de Crookes, tubo de rayos catódicos (en realidad, haces de electrones), junto con una bobina de inducción electromagnética (bobina de Ruhmkorff) para obtener pulsos de alta tensión o voltaje, con la finalidad de estudiar la fluorescencia de ciertas sustancias. El precavido físico alemán cubrió el tubo de Crookes con un cartón negro que no dejara pasar la luz visible. Sin embargo, su sorpresa debió de ser mayúscula cuando observó que al encender el aparato una pantalla con una capa de platinocianuro de bario (de fórmula BaPt(CN)4), sustancia fluorescente, que se encontraba próxima al tubo de Crookes se iluminaba débilmente con un resplandor amarillo-verdoso. Y, sí, al apagar el aparato la luz emitida por dicha sustancia desaparecía. Por tanto, Röntgen concluye que la fluorescencia del platinocianuro de bario se debe a algo desconocido, unos rayos incógnita provenientes del aparato capaces de atravesar el cartón negro. El extraño fenómeno resultó impactante para el físico alemán cuando realizó la experiencia con el tubo de Crookes en una habitación oscura. Así, a finales de 1895, describió Röntgen el sorprendente fenómeno (que podríamos incluir en la lista de serendipias célebres) señalando que si se realiza con una bobina de Ruhmkorff una descarga eléctrica en un tubo de vacío recubierto con cartón negro suficientemente ajustado, se observa en la habitación totalmente oscura que una pizarra de papel con una capa de platinocianuro de bario colocada próxima al aparato se ilumina fuertemente con cada descarga, haciéndose visible dicha fluorescencia incluso a un par de metros de distancia. Los misteriosos rayos eran capaces de atravesar el cartón pero el físico alemán pronto observó que otros objetos sólidos también dejaban pasarlos. Y, por si no estuviera ya suficientemente anonadado, un día, al interponer su mano entre el aparato y la pizarra con la sustancia fluorescente, encuentra que puede ver con claridad la sombra de ...  ¡sus huesos! Los penetrantes rayos X descubiertos por Röntgen en 1895 no solo provocaban fluorescencia en ciertas sustancias e impresionaban una película fotográfica sino que tenían la extraña propiedad de atravesar sólidos, pasando a través de las partes blandas del cuerpo humano. Esto indudablemente se convierte con rapidez en una técnica poderosa de diagnóstico médico (el español Mónico Sánchez, por ejemplo, inventó un aparato portátil de rayos X a comienzos del siglo XX y  posteriormente, como es bien conocido, Marie Curie se volcó en salvar vidas con su ambulancia radiológica utilizada en la Primera Guerra Mundial).

[Experimentando con rayos X en 1896. Procedencia de la imagen aquí]

Sabemos hoy que los rayos X son realmente radiación electromagnética (es decir, tienen la misma naturaleza que la luz) ionizante (más energéticos que la luz visible y que la radiación ultravioleta, capaces de ionizar átomos), con longitud de onda comprendida entre 10 (menor energía) y 0,01 nanómetros (mayor energía). Esta peligrosa radiación (la radiación ionizante produce daños en el ADN celular) es muy útil, como todos sabemos y seguramente hemos experimentado en alguna ocasión, como técnica de diagnóstico médico (para ello se toman las debidas precauciones y nos protegemos adecuadamente). También es útil en la industria para detectar defectos en ciertos componentes como tuberías, turbinas, etc. Y en cristalografía la difracción de rayos X se emplea profusamente para el estudio de la estructura de los cristales, ya que la longitud de onda de la radiación es similar a la distancia entre las partículas que forman la red cristalina.

Pero quiero destacar aquí el importantísimo papel que jugaron los rayos X en el establecimiento de la Tabla Periódica actual. El joven físico inglés Henry Moseley (1887 - 1915)  fue capaz de realizar la proeza de medir en 1912 la longitud de onda característica de medio centenar de elementos químicos, basándose en los estudios de Charles G. Barkla (1911) y William H. Bragg (1912). Barkla había descubierto que cuando un elemento es irradiado con rayos X este produce una radiación secundaria característica de dicho elemento; por su parte Bragg diseñó el espectrómetro de ionización, con el que se podía medir con exactitud la longitud de onda de los rayos X. Así Moseley publicó en 1913 un artículo de trascendental importancia para el devenir de la tabla periódica. En él quedaba establecida una ley (que lleva su nombre) que relacionaba la longitud de onda de los rayos X emitidos por átomos de distintos elementos con el número atómico (número característico del elemento que es el número de protones, cargas positivas, que hay en su núcleo): las frecuencias de las líneas espectrales de los rayos X emitidos por los elementos son proporcionales a los cuadrados de números enteros (que coinciden con los números atómicos de los respectivos elementos). Como consecuencia de ello es el número atómico (Z), y no el peso atómico, el criterio de ordenación de los elementos en la tabla periódica. La ley periódica establecida por Mendeléiev quedaba pues modificada o reformulada: las propiedades de los elementos son función periódica del número atómico.

[Henry Moseley en 1914. Prodedencia de la imagen aquí]


La historia de Moseley es una de las más conmovedoras de la ciencia. Sin duda, el joven físico y químico inglés habría logrado el premio Nobel por su crucial contribución para establecer definitivamente el orden de los elementos químicos según una ley periódica basada en la carga nuclear de los átomos de los elementos, el número atómico, Z. Pero la suerte no estaba del lado de aquel joven y tenaz investigador de las entrañas de la materia. Su vida, a los veintisiete años, quedó segada por la guerra. En Galípoli, una lejana península turca, lugar de cruenta batalla en la Primera Guerra Mundial (con más de cien mil muertos), caía, en el verano de 1915, con el cráneo horadado por una bala homicida, un joven soldado británico de ingenieros mientras realizaba su trabajo de telegrafista. Un soldado que había puesto orden en la tabla periódica de los elementos.



(En posteriores entradas de El devenir de la ciencia hablaremos de la rápida difusión en nuestro país del descubrimiento de Röntgen y de las primeras experiencias radiológicas en España, lo que entonces se conocía como röntgenología)

lunes, 25 de noviembre de 2019

Palabra de Cajal

[Santiago Ramón y Cajal, en su época de estudiante de medicina en Zaragoza (hacia 1870)]


Dijo Severo Ochoa (también galardonado con el Nobel de Fisiología o Medicina, algo más de cincuenta años después que el investigador de las células nerviosas) que  no es fácil explicar por qué España ha ido siempre muy por detrás de otras naciones en el cultivo de la ciencia, pero, menos fácil aún, es explicar cómo en ese terreno árido surgió una figura de la relevancia de Ramón y Cajal, autodidacta, que brotó milagrosamente en el páramo científico de la España de su tiempo. Aunque la visión de Severo Ochoa es simplista (sin llegar a la producción científica de otros países de nuestro entorno, como Reino Unido, Alemania, Francia o Italia, nuestra España ha tenido también sus momentos de protagonismo o al menos de gran significación, que hay que conocer como parte de nuestra cultura: al-Ándalus, siglo XVI, siglo XVIII, Edad de Plata ...), no le falta razón a Ochoa al considerar casi como algo milagroso el surgimiento en España de una figura preeminente como Cajal en el último tercio del siglo XIX. Después, al menos durante tres décadas (las primeras del siglo XX),  España vivió una época dulce para la cultura y la vanguardia intelectual, la llamada Edad de Plata de las letras y las ciencias españolas. De hecho suele considerarse como inicio de dicha Edad de Plata el hito del premio Nobel a Ramón y Cajal, en 1906, y  el final se sitúa en  la trágica Guerra Civil, en 1936, que no solo segó vidas sino que truncó carreras y proyectos.

[Dibujo de Ramón y Cajal. En La retina de los mamíferos (1900)]


Recordamos hoy a Santiago Ramón y Cajal (1852 - 1934), investigador de la morfología y los procesos conectivos de las células nerviosas, las neuronas, a finales del siglo XIX, y lo hacemos con sus palabras, las primeras sobre el conocimiento científico y las segundas sobre la educación (ambas procedentes del archivo sonoro de RNE y recientemente emitidas en ese maravilloso programa que es Sapiens):


" Puesto que vivimos en pleno misterio, luchando contra las fuerzas desconocidas, tratemos en lo posible de esclarecerlo. Concluida nuestra labor, seremos olvidados como la semilla en el surco. Pero algo nos consolará, el considerar que nuestros remotos descendientes nos deberán un poco de su dicha y que gracias a nuestro esfuerzo el mundo nos resultará algo más agradable e inteligible ".


" Misión trascendental del educador es desarrollar alas en los que tienen manos y manos en los que tienen alas. Sólo trabajando se enseña a trabajar. Como decía Cisneros, fray Ejemplo es el mejor predicador ".


Vemos que palabras como esfuerzo y trabajo están bien presentes en Cajal. Sin perseverancia y tenacidad toda gran empresa, como la investigación científica o la educación, está condenada al fracaso.


domingo, 27 de octubre de 2019

Leeuwenhoek visto por Vermeer

[Antonie van Leeuwenhoek; óleo de Jan Verkolje, circa 1680]

Después de leer el capítulo "El geógrafo, el astrónomo y el tratante de telas" del interesante libro La maldición de Tutankamón y otras historias de la microbiología (Raúl Rivas; Ed. Guadalmazán) no me resisto a traer a El devenir de la ciencia los fantásticos cuadros de Johannes Vermeer, El astrónomo y El geógrafo (pintados hacia 1669).



Resulta que, según algunos historiadores del arte, Antonie (o Anton) van Leeuwenhoek pudo haber posado para Johannes Vermeer cuando ambos tenían unos 35 años o algo más. Si esto fuera así, el astrónomo y el geógrafo de Vermeer serían Antonie van Leeuwenhoek. El caso es que el considerado "padre de la microbiología" y el gran pintor de los Países Bajos nacieron en 1632, con pocos días de diferencia, en la ciudad de Delft. Es posible pues que el autor de La joven de la perla pintara a Leeuwenhoek en sus retratos científicos, de manera que el astrónomo, el geógrafo y el tratante de telas, si se confirma la hipótesis, serían la misma persona. Tratante de telas que construyó sencillos microscopios con los que observó un mundo diminuto hasta entonces ignoto, en el que observó por vez primera bacterias y otros microorganismos. Y numerosos animálculos en el esperma, los espermatozoides.

sábado, 5 de octubre de 2019

Repasar Biología y Geología de 1º de ESO

Este curso me toca dar clases de Biología y Geología a un grupo de 1º de ESO y he hallado esta interesante colección de 38 vídeos (de FJ SIMARRO) para repasar la asignatura. 





Aquí, un par de muestras:

La astronomía como ciencia. Explicación de la diferencia entre astronomía y astrología. La ciencia y el método cientifico. Las fases del método científico. Las pseudociencias y las creencias.




Breve historia de la astronomía y del desarrollo del conocimiento científico sobre el Sistema Solar, centrada en la controversia entre geocentrismo y heliocentrismo.





Muy recomendables también las PRESENTACIONES POWER POINT del IES SUEL de Fuengirola (descargables):

domingo, 28 de abril de 2019

Un criminal metálico: talio, el metal más tóxico (1ª parte)

[Característica llama verde del talio (Tl). Procedencia de la imagen aquí]

Entre los elementos químicos más tóxicos (cadmio, mercurio, plomo, arsénico, antimonio...) ocupa un lugar destacado el metal de número atómico 81, el temido talio (Tl), elemento del bloque p de la Tabla Periódica situado en el grupo 13, sexto periodo. Tiene por tanto 3 electrones en su capa de valencia o última capa, que es la sexta, siendo su configuración de valencia 6s26p1. Comparte familia (grupo) con el boro (B), un semimetal, el ligero aluminio (Al). el galio (Ga, que funde en nuestra mano, pues su punto de fusión es de unos 30 ºC) y con el metal que da una característica línea de color índigo en el espectro de emisión, el indio (In).

El tóxico talio es un metal muy blando, bastante denso (11,85 g/cm3 o 11850 kg/m3), que funde a una temperatura relativamente baja (304 ºC). siendo líquido en un intervalo muy amplio, pues no hierve hasta los 1473 ºC (su punto de ebullición). Presenta el característico número de oxidación +3 del grupo y también el +1 (lo cual, adelantamos ya, tiene su importancia desde el punto de vista toxicológico). Ocupa la posición número 60 en abundancia, con 0,85 mg/kg en la corteza terrestre, es decir, una abundancia del 0,000085 %. Se encuentra en algunos minerales de selenio y en muchos sulfuros como piritas (FeS2) y blenda de cinc (ZnS). Dada la elevada toxicidad se usa muy poco este metal. Así el talio (su sulfato) ha sido empleado como raticida y para exterminar hormigas y otras plagas. Las sales de talio fueron usadas en medicina, particularmente en el tratamiento de infecciones de la piel y la tiña (causada por hongos parásitos de la queratina, afectando a uñas y pelos). Su uso como medicamento ha sido muy limitado debido al estrecho margen de seguridad para la dosis. A pesar de ello, la temeridad humana, o la ignorancia, no tienen límites y en los años treinta del siglo XX  fue usado como depilatorio. Sales de talio tienen aplicaciones interesantes en óptica y electrónica en relación con la radiación infrarroja (así, el bromuro y el yoduro de talio forman cristales duros que transmiten longitudes de onda más largas que otros).

Pero veamos algo de la interesante, y controvertida, historia del descubrimiento del talio. Para ello nos remontamos hasta mediados del siglo XIX, una época trascendental para el descubrimiento de nuevos elementos ocultos en los minerales. Es la época en la que, gracias a Kirchhoff y Bunsen, la espectroscopía permite seguir avanzando en  la ardua tarea de completar la relación de sustancias elementales.

[Espectroscopio de KIRCHHOFF. Se observa, entre otros componentes, el mechero Bunsen (D), el prisma (F) para descomponer la luz emitida y obtener un espectro atómico con distintas líneas características de ciertos colores y el telescopio (C)]


En 1859 Bunsen y Kirchhoff inventan el espectroscopio y muy poco tiempo después anuncian el descubrimiento de dos nuevos elementos con su aparato: el cesio en 1860 (Cs, metal alcalino llamado así por su  "bella raya espectral azul", del latín caesius, "azul verdoso") y el rubidio en 1861 (Rb, otro metal del grupo 1 llamado así porque, como cuentan en su informe, "el magnífico color rojo oscuro de estas rayas del nuevo metal alcalino nos indujo a dar a este elemento el nombre de rubidio, y el símbolo Rb, derivado de rubidus, que, entre los antiguos, sirvió para designar el rojo más intenso").

Y solo un mes más tarde, a finales de marzo de 1861, William Crookes anuncia el hallazgo de otro elemento más, el talio, empleando la técnica espectroscópica de Bunsen y Kirchhoff. Siguiendo el mismo criterio que ellos, Crookes da nombre al nuevo metal (talio, Tl) por su llamativo espectro, en el que observa una línea verde, pues thallos en griego significa "rama verde".

William Crookes (1832 - 1919), primero en observar una raya espectral verde correspondiente a un elemento no conocido (talio), ingresó muy joven (con tan solo dieciséis años) en el Royal College of Chemistry de Londres, donde era profesor nada más y nada menos que el prestigioso químico  alemán August W. von Hofmann (fundador de la industria de los colorantes de anilina, siendo el primero en preparar nitrobenceno y la mencionada anilina o aminobenceno a partir del benceno).

[El químico inglés William Crookes en 1906. descubridor del elemento metálico talio]


A pesar de haber trabajado con Hofmann, el bueno de Crookes nunca se sintió atraído por la investigación en química orgánica (la cual se desarrolló enormemente a lo largo del siglo XIX). Su primer trabajo científico fue sobre los selenocianuros. Precisamente Hofmann le había suministrado unos residuos de la fábrica de ácido sulfúrico de Tilkerode (en el Harz, Alemania) para que utilizara los compuestos de selenio en la preparación de selenocianuros. Crookes, una vez que obtuvo el selenio de dichas muestras, guardó los mencionados residuos minerales porque pensaba que también contendrían teluro. Y hete aquí que el químico inglés somete los residuos de Tilkerode a la técnica de espectroscopía, encontrando, no alguna señal de la presencia de teluro, sino una preciosa e inesperada raya verde que debía de corresponder a un nuevo elemento. Como ya hemos dicho, William Crookes lo llamó talio por la línea verde de su espectro atómico de emisión, que debió de recordar al químico londinense a la rama verde de una planta. Lo que no sabía era que había descubierto un metal extremadamente tóxico.

Digamos que Crookes puso su interés más que en la investigación química en el estudio de fenómenos propios de la física. Inventó en 1873 el radiómetro o molinillo de luz. En 1875 inventó un tubo de vacío (que lleva su nombre), indicando que la radiación del cátodo (electrodo negativo), los rayos catódicos, se movían en línea recta y demostró que dichos rayos catódicos eran desviados por un imán, pensando en que en realidad eran partículas cargadas desplazándose en línea recta (en ausencia de imán) en lugar de radiación electromagnética (Crookes pensó en este haz de partículas cargadas como constituyentes de una especie de cuarto estado de la materia, una suerte de gas con un grado muy elevado de enrarecimiento). Años más tarde se descubriría que dichos rayos catódicos eran, efectivamente, partículas negativas procedentes del cátodo, los electrones. Como anécdota curiosa, bien conocida, señalemos que el bueno de Crookes fue seguidor (como tantos otros en la época, algunos importantes científicos) del espiritismo y se interesó por los fenómenos psíquicos, investigándolos de forma honesta, pero fue víctima de diversos engaños.

[Tubo de Crookes. C es el electrodo negativo o cátodo y P es el ánodo o electrodo positivo revestido de fósforo. Procedencia de la imagen aquí]


Dijimos al principio que la historia del descubrimiento del talio tiene su controversia, respecto a la autoría. Una disputa como esta no es nada rara en ciencia y tampoco en el descubrimiento de nuevos elementos, cuya paternidad genera a veces polémica (sin ir más lejos pensemos en el vanadio). Es aquí cuando entra en escena el químico francés Claude Auguste Lamy (1820 - 1878), primero en obtener un lingote de talio metálico. Pero de esto y de la toxicidad del talio hablaremos en otra ocasión. Y es que del venenoso talio, el elemento criminal, no se puede hablar a la ligera...

(CONTINUARÁ)


De interés en Internet:




- LOS NIÑOS DEL TALIO (el terrible caso del Hospicio Provincial de Granada en 1930):





domingo, 21 de abril de 2019

Los elementos químicos, uno por uno (118 vídeos)

En este Año Internacional de la Tabla Periódica quiero recomendar esta serie de 118 interesantes vídeos (en inglés) en la que se nos presentan los diferentes elementos químicos: "Periodic videos".


[Litio flotando en aceite de parafina (la parafina líquida tiene una densidad comprendida entre 0,8 y 0,9 g/mL). Procedencia de la imagen aquí]

Como ejemplo os dejo aquí el vídeo correspondiente al elemento metálico más ligero, el litio (Li; número atómico igual a 3), con una densidad de 0,534 g/cm3, o 534 kg/m3 en unidad del S.I. Muy ligero (la mitad de denso que el agua) y muy reactivo (aunque menos electropositivo que el sodio), se oxida con rapidez en el aire y en el agua. El blando metal alcalino se corta fácilmente con un cuchillo y nos muestra entonces su brillo metálico, argénteo. Además de usarse en las baterías eléctricas, sus sales se emplean en el tratamiento del trastorno bipolar.



sábado, 16 de marzo de 2019

La ciencia y la técnica del siglo XIX

[Alfred Russel Wallace hacia 1880]


Es el siglo XIX una centuria de enormes avances en la ciencia y la tecnología. Pensemos en la importancia y cantidad de descubrimientos científicos producidos entre la invención de la pila eléctrica por Volta y el descubrimiento de la radiación infrarroja por William Herschel (1800) y la célebre y crucial ecuación de Planck para la energía de un fotón o cuanto de luz (1900), que abre un nuevo camino sorprendente para la física con el nacimiento de la teoría cuántica. Entre ambas fechas se desarrollan disciplinas como el electromagnetismo, la termodinámica, la química (particularmente la orgánica), la fisiología o la microbiología, por citar solo algunas. Y no solo es el siglo del positivismo y de los avances científicos de aplicaciones tecnológicas muy importantes que cambian la vida de las personas, también es el siglo en el que ven la luz teorías tan trascendentales como la teoría atómica de Dalton o la teoría de la evolución mediante la selección natural de Darwin, las cuales cambiarían por completo la visión que el hombre tendría del mundo y de sí mismo. Ya nada volvería a ser igual, ni en lo teórico ni en lo práctico, ni en lo filosófico.

Precisamente uno de los padres de la teoría de la evolución, Alfred Russel Wallace (1823 - 1913), quien propuso su teoría de forma independiente de la de Darwin, escribió un libro a finales del siglo XIX en el que analizaba los éxitos (también lo que él consideraba fracasos) de la próspera centuria que terminaba: The Wonderful Century

[Fuente de la imagen aquí]

En esta obra Wallace destaca trece grandes conquistas de la técnica en el siglo XIX, trece avances decisivos para la humanidad. Son los siguientes:

- El ferrocarril.
- La navegación a vapor.
- El telégrafo eléctrico.
- El teléfono.
- Los fósforos de encender.
- La iluminación con gas.
- La luz eléctrica.
- La fotografía.
- El fonógrafo.
- Los rayos X.
- El análisis espectral.
- Los anestésicos.
- El uso de antisépticos.



jueves, 14 de febrero de 2019

La pasión por los hechos

[Sir Michael Foster en 1881. FOSTER (1836 - 1907) fue un importante fisiólogo y naturalista inglés de la época victoriana, miembro destacado de la Royal Society de Londres. Renovador de la enseñanza de la biología y la fisiología en su país al introducir métodos modernos en los que la experimentación es parte esencial. Es autor de un tratado de Fisiología de referencia en su época: Text book of Physiology (1877). Maestro de notables biólogos británicos, fue discípulo suyo Charles Scott Sherrington, neurofisiólogo galardonado con el premio Nobel de Medicina en 1932 por sus investigaciones de las funciones de la corteza cerebral. Procedencia de la fotografía de Michael Foster aquí]


Las ciencias empíricas, como las ciencias naturales, obtienen su cuerpo de conocimientos mediante lo que conocemos como método científico o método hipotético-deductivo, basado en la observación de hechos o fenómenos, a partir de los cuales ha de plantearse de forma precisa el problema que se quiere investigar, la formulación de hipótesis (siempre provisionales) y la deducción de consecuencias de ellas y, paso crucial, la contrastación de la hipótesis propuesta mediante la experiencia (la experimentación es una forma rigurosa de observación controlada).

Queda claro pues que, en toda investigación científica, la observación precisa de hechos o fenómenos es crítica para un correcto planteamiento de los problemas. Y no pocas dificultades nos podemos encontrar en esta decisiva etapa inicial. El naturalista escocés John Arthur Thomson, especialista en corales blandos y estudioso de las relaciones entre ciencia y religión (profesor de historia natural  en la Universidad de Aberdeen en las primeras décadas del pasado siglo), cita unas palabras del eximio fisiólogo inglés Sir Michael Foster en el delicioso libro Introducción a la ciencia (Editorial Labor; 3ª Ed. 1934). Toma Thomson las palabras de Foster para destacar la "pasión por los hechos" como primera de las particularidades del carácter científico, "que corresponde a la cualidad de la veracidad", nos dice el naturalista de la Universidad de Aberdeen. "Ante todo cerciórate de los hechos", afirma Foster. Y aclara Thomson que este precepto fundamental de la ciencia es ciertamente  difícil de cumplir. Toda investigación científica comienza pues con dificultades, complicaciones que son de observación y de medición (en las que debe quedar al margen la subjetividad). Explica Thomson que aun en el estudio de problemas sencillos con frecuencia es difícil captar los hechos correspondientes y nos encontramos con dificultades para formular una concepción precisa de lo ocurrido. Ello se debe, entre otras causas, según Thomson, a la inexperiencia de nuestros ojos, "que solamente ven aquello que tienen facultad de ver -algunas veces poco, ciertamente-, y, de otra parte, a prejuicios, que hacen ver al hombre cosas que no debiera". También es debido, denuncia Thomson, a la carencia de disciplina en la aplicación del método científico; "nada más común que una narración en la que se mezcla la observación directa con deducciones inconscientes de la observación". Decía Michael Foster que "el hombre, el hombre no científico, se contenta a menudo con lo impreciso y lo aproximado".

[Marischal College de la Universidad de Aberdeen, hacia 1900. Aquí fue profesor de historia natural JOHN ARTHUR THOMSON en el periodo 1899 - 1930]

[John Arthur Thomson (1861 - 1933), eminente naturalista escocés
 y autor de Introducción a la ciencia]

Thomson destaca que el científico está convencido de que en la medida y en la observación "la fidelidad posible es solamente aproximada, y de que el grado de aproximación varía con cada individuo" (desde antiguo en Astronomía). "La ciencia comienza con la medida, y hay personas que no son capaces de medir", nos dice el naturalista escocés. Y apunta que el distintivo del carácter científico es la nota de precisión y este trata de establecer una distinción entre apariencia y realidad. Cuenta Thomson que se dice de James Clerk Maxwell, el físico de Edimburgo padre de la teoría electromagnética, que desde su infancia se hacía constantemente preguntas del tipo: "¿A dónde va esto?", "¿cuál es su finalidad?". Y sin contentarse con una respuesta vaga, insistía: "¿Pero cuál es su razón particular?".


lunes, 21 de enero de 2019

El misterio de la materia: la búsqueda de los elementos y su ordenación

 Este Año Internacional de la Tabla Periódica de los elementos es buena ocasión para, si no se ha hecho con anterioridad, aproximarse a la apasionante historia del descubrimiento de los distintos elementos. Y para ello nada mejor que leer un buen libro, como El secreto de Prometeo y otras historias sobre la Tabla Periódica de los elementos (Alejandro Navarro Yáñez), La Tabla Periódica (Hugh Aldersey-Williams), La cuchara menguante (Sam Kean) o el clásico de Isaac Asimov, La búsqueda de los elementos. Y, claro, el buen lector no debería dejar de sumergirse en la original y lúcida obra de Primo Levi, El Sistema Periódico, con sus magistrales ventiún capítulos, cada uno de ellos dedicado a un elemento, metáfora del hombre y sus relaciones, de marcado carácter autobiográfico en el que la dura experiencia, como químico judío en la Europa de la Segunda Guerra Mundial, de Primo Levi es parte esencial (entregado al ejército de ocupación alemán por la milicia fascista italiana, nos cuenta Primo Levi que la mayor preocupación en el campo de concentración no era el temor a la muerte sino cómo hacer frente al hambre). La obra incluye también dos cuentos: Plomo y Mercurio.

[Sello de Correos (España) conmemorativo del 150º aniversario de la Tabla Periódica, en el que aparecen los tres elementos químicos descubiertos por españoles: el platino (Pt), el wolframio (W) y el vanadio (V), llamado eritronio por su descubridor, Andrés Manuel del Río.
Procedencia de la imagen aquí]

Para ir abriendo apetito se pueden ver estos tres estupendos vídeos de la serie The Mystery of Matter, en la que personajes como Priestley, Lavoisier, Davy, Mendeléiev, Marie Curie o Moseley, entre otros, cobran vida para contarnos su participación en esa fascinante aventura científica que fue la búsqueda de los elementos que forman las sustancias que conocemos (y las que están por descubrir o sintetizar en los laboratorios). Los elementos y su ordenación, siguiendo la ley periódica de Mendeléiev. Una de las más importantes empresas de la humanidad que nadie debería ignorar.









martes, 1 de enero de 2019

1 de enero de 1840: un réquiem por William Herschel

[WILLIAM HERSCHEL (1738 - 1822); notable músico e imprescindible astrónomo]


La relación entre las matemáticas y la música es antigua (Pitágoras). Asimismo no pocos científicos se han interesado, con mayor o menor dedicación y éxito, por la música. Particularmente destacables me parecen los casos de William Herschel y Aleksandr Borodín, de trayectorias que acaso podríamos considerar como antiparalelas. El primero era un notable músico que se aficionó apasionadamente a la astronomía, llegando a ser una de las figuras de mayor relieve en esta rama de la ciencia (amén de descubrir la radiación infrarroja). Borodín, en cambio, era un prestigioso químico profesional, centrado en la química orgánica (particularmente en el estudio de los aldehídos), que es reconocido hoy por ser un gran compositor del nacionalismo ruso.

William Herschel, músico que dejó, al menos en buena medida, el oboe por el telescopio,  descubrió el planeta Urano en 1781 ( el nuevo planeta que duplicaba el tamaño del Sistema Solar) y  fue un observador incansable del espacio profundo. Y, por si todo ello fuera poco, descubrió en 1800, el luminoso año en el que Volta presentó la pila eléctrica, un tipo de "luz invisible", pero detectable con un simple termómetro, la radiación infrarroja (de onda más larga que el rojo). Contagió William su entusiasmo por el cosmos a su hermana Caroline, tenaz ayudante y descubridora ella misma de objetos celestes, y a su hijo John, escrutador del hemisferio austral.


[CAROLINE HERSCHEL, astrónoma, hermana de WILLIAM HERSCHEL]


[JOHN HERSCHEL, astrónomo, hijo de WILLIAM HERSCHEL]




El gran astrónomo de Hannover, William Herschel, es sin duda una figura clave de finales del XVIII y principios del XIX. Hoy, primer día del año, quiero compartir con los lectores una anécdota realmente curiosa que leí en Grandes astrónomos (de Newton a Laplace), del célebre físico y astrónomo romántico François Arago (en Colección Austral, Espasa-Calpe, nº 543, 3ª edición, Madrid, 1968).

La curiosidad hace referencia a una ceremonia de homenaje que le rindió su familia en torno al gran telescopio, en el jardín de la casa de Slough donde William Herschel desarrolló buena parte de sus observaciones astronómicas. Recordemos que Herschel construyó sus propios telescopios newtonianos (reflectores) en Inglaterra. Para ello tuvo que aprender bastante, como el estudio de las aleaciones metálicas con las que hacer los espejos parabólicos y practicar las técnicas adecuadas de pulido de los mismos. Cuando el gran telescopio de Herschel (de 12 metros y con un espejo de casi un metro y medio de diámetro) dejó de cumplir su función, el enorme tubo de bronce se dispuso horizontalmente en medio del círculo donde en su día se hallaba la estructura y el mecanismo para dirigir tan potente y extraordinario instrumento óptico. Arago nos cuenta la singular ceremonia en honor de William Herschel así:

"El 1 de enero de 1840 [el músico astrónomo había muerto en 1822], sir Juan Herschel [John, el hijo astrónomo de William Herschel], su mujer y sus siete hijos y algunos viejos servidores de la familia, se reunieron en Slough. A las doce del día dieron todos varias vueltas al monumento [el gran tubo tumbado], a continuación se introdujeron por el tubo del telescopio, se sentaron en bancos preparados de antemano y entonaron un réquiem, en versos ingleses, compuesto por el mismo sir Juan Herschel. Cuando hubo salido, la ilustre familia se colocó en círculo alrededor del tubo y se procedió a sellar la abertura herméticamente.
La jornada finalizó con una fiesta íntima".


[Gran telescopio reflector de Herschel. Procedencia de la imagen aquí]


Y puesto que estamos en Año Nuevo, nada mejor que dejaros con este excelente vídeo de un concierto para viola de nuestro protagonista, William Herschel:





NOTAS:

- Para visitar la web del Museo Herschel de Astronomía en Bath, donde William Herschel había sido organista en la capilla octogonal, pínchese aquí.

- Sobre WILLIAM HERSCHEL como compositor pínchese aquí.