Urania y Erató.¿Ciencia y poesía? Pues... sí

https://www.editorialrenacimiento.com/los-cuatro-vientos/2766-urania-y-erato.html

 

Platino, wolframio y vanadio: elementos descubiertos por españoles

No son muchos los que conocen que en la Tabla Periódica de los elementos químicos hay tres que fueron descubiertos por científicos españoles: platino (Pt), volframio o wolframio (W) y vanadio (V). Todos ellos metales de importantes aplicaciones. Así, por ejemplo, el platino es un metal precioso más denso que el plomo y el oro que es usado como catalizador; el estratégico volframio (conocido también como tungsteno) tiene el punto de fusión más elevado de todos los metales, superando los 3400 ºC, y es empleado en la fabricación de aceros de gran resistencia y dureza; el vanadio es un componente de ciertos aceros especiales y un óxido de vanadio (el pentaóxido, V₂O₅) es usado como catalizador en la producción de ácido sulfúrico. Sus descubridores fueron Antonio de Ulloa (1716 – 1795), los hermanos Fausto (1755 – 1833) y Juan José de Elhuyar (1754 – 1796), y Andrés del Río (1764 – 1849), respectivamente.

[Antonio de Ulloa, descubridor del platino. Imágenes procedentes de Wikipedia (1) y (2)]

El sevillano Ulloa, marino y científico, participó en la expedición geodésica hispanofrancesa al ecuador en 1735 con el objetivo principal de hacer importantes mediciones de un arco de meridiano (se trataba de dilucidar si la Tierra estaba achatada por los polos o por el ecuador). En territorios de lo que hoy en día es Colombia descubrió un nuevo metal, que llamó platina del Pinto (haciendo alusión a la semejanza de aspecto del metal, posteriormente llamado platino, con la plata y al hecho de haberlo hallado en el río Pinto).

Por su parte, los hermanos de Elhuyar aislaron en 1783 a partir del mineral wolframita un botón metálico (primero obtuvieron el ácido, que fue sometido a una reducción con carbón vegetal), correspondiente a un nuevo elemento: el volframio.

Andrés Manuel del Río se trasladó a México en 1794 para ejercer como profesor de la Escuela de Minas de aquel lugar. En 1801 del Río descubrió el vanadio analizando un "plomo pardo de Zimapán". Inicialmente lo llamó pancromio y, posteriormente, eritronio, debido al color rojo de sus sales; sin embargo, por influencia de otros químicos, se apoderó de él la desconfianza y durante algún tiempo creyó que en realidad era cromo. Así, el sueco Sefstroem, analizando un mineral de hierro en 1831, (re)descubrió el eritronio, al que llamó vanadio (en referencia a una importante diosa de la mitología nórdica). El químico alemán Wöhler (célebre por su síntesis de la urea) fue quien comprobó que el "plomo pardo de Zimapán" no contenía cromo, sino vanadio.

¿Quién dijo que los españoles no hemos hecho nada importante en la ciencia?

 

Aproximación a los orígenes de la ciencia química en España

A comienzos del siglo XVIII se publicaba en España una importante obra de química médica, que no solo aportaba conocimientos farmacéuticos novedosos sino que suponía un enérgico impulso a la enseñanza y divulgación en nuestro país de la química moderna (la cual, varias décadas atrás, venía desarrollándose ya en Europa, con Francia y el Reino Unido a la cabeza). Un saber químico que conducía, dado su método experimental, a la eclosión de una nueva disciplina: la ciencia química (alejada ya por completo del confuso y esotérico conocimiento alquímico de siglos anteriores).       

La obra a la que nos estamos refiriendo es la Palestra pharmaceutica, chymico-galenica, del farmacéutico iatroquímico Félix Palacios y Bayá, libro ciertamente novedoso y polémico en la España de la época. ¿Qué aporta la obra de Félix Palacios? ¿Cuál es el contexto polémico en el que surge?

[Ilustración de la Palestra pharmaceutica; procedencia de la imagen aquí]

Lo explico en este artículo publicado hace ya unos años en El rincón de la ciencia:

 

La Química a la palestra. Una aproximación a los orígenes de la ciencia química en España.

 

Poético planetario

 

Os dejo aquí estos poemas de juventud de Antonio Rivero Taravillo, poeta e hijo de un enamorado de la física, para que los disfrutéis estos días próximos al solsticio de invierno. En ellos, "al final del horizonte", "casi en el olvido", está Plutón, que el autor estudió como planeta de pleno derecho, antes de ser catalogado como planeta enano de nuestro sistema solar. Una gozada:

MERCURIO

Te desdoblas como un Jano
en auroras y ponientes
ocultándote a las lentes
que te pretenden en vano.
Diminuto como un grano
al lado de Faetón,
soportas su gran calor
en cualquiera de tus fases,
no importa mucho que pases
más cerca o lejos del Sol.

VENUS

Estrella tú de la tarde,
estrella de la mañana,
redonda y clara manzana
asada, que quema y arde
haciendo de brillo alarde
aunque velada por nubes.
No sabemos si hay querubes
o demonios en tu suelo;
rotando estás en el cielo,
alto infierno al que te subes.



TIERRA

Con indudable ironía
la Madre Naturaleza
dispuso que en tu corteza
viviera una raza impía
a la que no importaría,
trastocando tu fortuna,
dejarte como la Luna:
baldío y árido yermo.
Para ese linaje enfermo
no hay esperanza ninguna.



MARTE

Donde acaba el anteojo
se me encara tu figura
de guerrero que en la altura
viste de bélico rojo.
Te escudriña, ansioso, el ojo
por notar tus espectrales
canales, que no son tales:
son la imagen confundida
de quien sueña con que hay vida
en tus cráteres y eriales.



JÚPITER

Oh tú, grande entre los grandes,
rostro de dios jaspeado,
a mis ojos ha llegado
la luz dorada que expandes.
De América eres los Andes,
de Asia el sagrado Himalaya,
ves desde tu alta atalaya
tu dominio, emperador.
Tu órbita es firme, señor,
tu pulso nunca desmaya.



SATURNO

Grueso balón achatado
siempre en continuo ajetreo,
girar te vio Galileo
de pulseras rodeado.
Toro trigueño enjoyado,
tus satélites novillos
—rojos, grises, amarillos—
pacen contigo en rebaño
mientras luces todo el año
tus refulgentes anillos.

URANO

Te tomaron por cometa
hace apenas dos centurias,
pero fueron sólo injurias,
pues eres recio planeta
que giras en la ruleta
de este casino solar.
Por ti resuelvo apostar,
mágico número siete,
y busco, loco, un cohete
que a ti me quiera llevar.




NEPTUNO

Verde color macilento
cubre tu esfera imprevista
que no se ve a simple vista,
reciente descubrimiento.
Para ver tu curso lento
fue necesario el acopio
de estudios, y el telescopio.
Tú circunvalas al Sol;
mientras, Nereida y Tritón
hacen contigo lo propio.

PLUTÓN

Al final del horizonte
resides casi en olvido,
cuerpo celeste aterido
sin otro que te remonte
si no es tu luna, Caronte.
Bajo un aire de metano
alienta tu cuerpo enano
aunque de muy prieta masa,
oh benjamín de la casa,
triste planeta lejano.

 

"La ciencia moderna" a finales del siglo XIX. Los rayos X en España

 

Ya comentamos en El devenir de la ciencia la rápida difusión que tuvo el sorprendente descubrimiento de los rayos X por Röntgen (1895). España no fue una excepción.

El libro divulgativo La ciencia moderna, de 1897 (Julio Broutá; Montaner y Simón, Editores; Barcelona). dedica un amplio capítulo a ello.

En esta obra de divulgación científica se dice:

"En un tiempo coja y ciega y, como la justicia, lenta y acompasada, la ciencia marcha hoy a paso de gigante. ¡Desgraciado del vulgarizador que sólo por algunos meses se sustrajese al movimiento! Al punto quedaría desorientado delante de los horizontes cambiados y tendría que estudiar aprisa para ponerse de nuevo al corriente.

Ved lo que pasa con los rayos X. Hace cosa de dos años, fuera de algunos tabernáculos consagrados a la ciencia pura, nadie sospechaba siquiera la existencia de misteriosas radiaciones, capaces de atravesar lo impenetrable y exteriorizar sus secretos. Hoy todo el mundo habla del invento del profesor Röntgen como de una cosa vulgar; en todas las ciudades de alguna importancia existen gabinetes radiográficos, y no ha de transcurrir mucho tiempo hasta que éstos sean tan numerosos y generales como los talleres fotográficos ordinarios".

Se indica en La ciencia moderna de Julio Broutá que la primera noticia en la prensa española del sensacional descubrimiento de Röntgen es del 17 de enero de 1896, publicada en el Diario de Barcelona (recordemos que Röntgen hizo su descubrimiento a finales de 1895 y que la primera referencia a los rayos X en la prensa internacional es del 5 de enero de 1896, en Viena).  En el Diario de Barcelona de aquel día se comentaba:

"El citado profesor [Röntgen] toma un tubo Crookes, o sea un tubo de vidrio neumáticamente vacío, por el que hace pasar una corriente de inducción, y fotografía, por medio de los rayos lumínicos que despide dicho tubo, en placas fotográficas ordinarias.

[...]

Así como los rayos lumínicos [la luz visible] atraviesan el cristal y otros cuerpos transparentes, los rayos irradiados por el tubo Crookes [los rayos X] atraviesan la madera ... y los tejidos animales blandos. Sorprendente de veras es la fotografía, hecha por el mencionado profesor [Röntgen], de su propia mano. En dicha fotografía sólo se ven los huesos y las sortijas que parecen suspendidas alrededor de los huesos; las partes blandas, cutis y carnes, son invisibles".

Y continúa comentando que el descubrimiento del profesor Röntgen, "como casi todos los grandes descubrimientos, es debido a la casualidad", pues:

"El sabio físico practicaba, en la obscuridad, una experiencia con el mencionado tubo Crookes, cubierto este último con un lienzo. Al través del tubo pasaba una fuerte corriente eléctrica de inducción. Cerca del tubo, en la misma mesa, se encontraba una hoja de papel fotográfico preparado. Al día siguiente, el profesor observó en el papel una serie de líneas y rasgos".

Los capítulos de libro de divulgación La ciencia moderna (1897) son:

I) Teorías geogénicas.

II) Historia geológica de los mares y los continentes.

III) Época cuaternaria y época moderna.

IV) Bacteriología y microbiología.

V) Los dominios del aire (globos aerostáticos, velocidad de las aves, el vuelo humano, la aviación y su porvenir ...).

VI) Las grandes competencias (el petróleo, el carbón, el grisú, el acetileno, porvenir de la electricidad ...).

VII) Expediciones polares.

VIII) Los rayos X.

IX) Los criminales y la sociedad.

Sobre los rayos X en El devenir de la ciencia:

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

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

- Los rayos X a finales del siglo XIX (3ª parte).

[Ilustración del libro La ciencia moderna]

Cuatro preguntas sobre cálculos en las reacciones químicas

He elaborado unos apuntes sobre los cálculos en las reacciones químicas (estequiometría) y el concepto de mol para mi alumnado de 3º de ESO, a modo de introducción a este tema que no pocos quebraderos de cabeza ocasiona en los estudiantes. He tratado de suavizar la cosa. Lo comparto aquí con todos.

[Procedencia de la imagen aquí (Wikipedia)]

¿Pero… qué ocurre en una REACCIÓN QUÍMICA?

Ya sabéis de 2º de ESO que en un CAMBIO QUÍMICO las sustancias se transforman en otras con fórmulas diferentes y propiedades diferentes. A veces podemos observar el cambio químico, o REACCIÓN QUÍMICA, mediante un cambio de color, un calentamiento, un burbujeo (desprendimiento de gases) o la aparición de un sólido que no se disuelve y se va al fondo del líquido (precipitado).

Lo que hay que tener muy claro es que en una reacción química los átomos que forman las moléculas de los REACTIVOS se separan (debido a los choques eficaces) y vuelven a unirse de manera diferente para formar otras moléculas, los PRODUCTOS. Es decir, los mismos átomos tenemos al principio (en los reactivos) que al final (en los productos) pero unidos de manera diferente, formando moléculas diferentes. Por eso, para escribir correctamente una ecuación química (representación esquemática de una reacción química) hay que AJUSTARLA. Y también se deduce de aquí que si tenemos los mismos átomos al principio y al final, la MASA debe permanecer constante o invariable. Es LA LEY DE LA CONSERVACIÓN DE LA MASA DE LAVOISIER (aunque de forma independiente ya la había descubierto antes el ruso LOMONÓSOV, del que nadie se acuerda salvo los rusos). Esta es la ley más importante de la Química y dice que en toda reacción química la masa total de los reactivos es igual a la masa total de los productos que se forman (la materia ni se crea ni se destruye, solo se transforma). Por ejemplo, si desaparecen 35 g de reactivos se forman 35 g de productos.

[El gran polímata ruso del siglo XVIII, M. LOMONÓSOV, pionero en numerosos campos del conocimiento, se anticipó a Lavoisier en el descubrimiento de la conservación de la materia. Procedencia de la imagen aquí]

 ¿Será importante entonces conocer la masa de las moléculas, no?

Efectivamente. Para poder hacer cálculos con las REACCIONES QUÍMICAS lo primero que hay que hacer es calcular las masas de las moléculas de reactivos y productos a partir de sus fórmulas (¡qué importante es la FORMULACIÓN QUÍMICA!) y de las masas atómicas de los elementos que forman las moléculas. ¡Ah! Aunque hay sustancias iónicas (que forman cristales, no moléculas) a la hora de hacer los cálculos podemos suponer que todas las sustancias están formadas por moléculas.

Calcular MASAS MOLECULARES es de lo más fácil. La masa de una molécula es la suma de las masas de los átomos que la forman. Las MASAS ATÓMICAS las miramos en la TP. Veamos varios EJEMPLOS. Llamaremos A a la masa atómica del elemento y M a la masa molecular de la sustancia simple o compuesta.

a) O₂ (oxígeno o dioxígeno).

A (O) = 16

M (O₂) = 2 x 16 = 32

(la unidad es la unidad de masa atómica, u, pero no se suele poner; recuerda que tanto el protón como el neutrón tienen una masa de 1 u)

b) H₂O (agua u oxidano).

A (H) = 1       A (O) = 16

M (H₂O) = 2 x 1 + 16 = 18

c) H₂SO₄ (ácido sulfúrico).

A (H) = 1       A(S) = 32      A (O) = 16

M (H₂SO₄) = 2 x 1 + 32 + 4 x 16 = 98

d) C₆H₁₂O₆ (glucosa).

A (C) = 12      A (H) = 1       A (O) = 16

M (C₆H₁₂O₆) = 6 x 12 + 12 x 1 + 6 x 16 = 180

e) Ca (OH)₂ (hidróxido de calcio)

Cuando hay paréntesis el subíndice multiplica a lo que hay dentro de dicho paréntesis.

A (Ca) = 40    A (H) = 1       A (O) = 16

M [Ca (OH)₂] = 40 + 2 x 16 + 2 x 1 = 74

¿Qué es un MOL?

Gran pregunta. El mol es la unidad de cantidad de sustancia del S.I. y es la unidad que se emplea en los cálculos de las reacciones químicas.

Un MOL es la cantidad de sustancia (simple o compuesta) que contiene un número fijo de partículas (átomos, iones o moléculas, u otras partículas, dependiendo de a qué hagamos referencia). Este número es enorme, 6,022 multiplicado por 10 elevado a 23 (6022 seguido de 20 ceros, ¡toma ya!), y se llama número de Avogadro. Siempre que hablemos de 1 mol tendremos 6,022 multiplicado por 10 elevado a 23 partículas, igual que siempre que tengamos una docena (de huevos, de plátanos, de canicas, etc.) tendremos 12 unidades. Pero, claro, no tendrá la misma masa una docena de canicas (12 canicas) que una docena de melones (12 melones), pues un melón tiene mucha mayor masa que una canica. De igual manera, no tendrá la misma masa un mol de moléculas de H₂O (6,022 multiplicado por 10 elevado a 23 moléculas de H₂O) que un mol de moléculas de C₆H₁₂O₆ (6,022 multiplicado por 10 elevado a 23 moléculas de C₆H₁₂O₆).

[AVOGADRO. Procedencia de la imagen aquí]

Para saber cuántos gramos de una determinada sustancia molecular son 1 mol (6,022 multiplicado por 10 elevado a 23 moléculas) es muy fácil, porque numéricamente coincide con la masa molecular (que ya sabes calcular). Así, si M (H₂O) = 18, entonces 1 mol de moléculas de H₂O tiene una masa de 18 gramos (el mismo número). Y si M (C₆H₁₂O₆) = 180, entonces … , sí, 1 mol de moléculas de C₆H₁₂O₆ tiene 180 gramos de masa pero, en ambos casos, tenemos 6,022 multiplicado por 10 elevado a 23 moléculas (de H₂O en el primer caso y de C₆H₁₂O₆ en el segundo). Es lo que tiene ese gigantesco y maravilloso número de Avogadro (que ha de ser un número enorme porque las partículas que forman la materia son minúsculas, diminutas, y en cualquier pizca de sustancia habrá un número muy, pero que muy grande de ellas).

¿Y por qué se aplica el concepto de MOL en los cálculos con reacciones químicas?

Porque una ecuación química puede expresarse igualmente hablando de moléculas o de moles y los moles podemos relacionarlos fácilmente con los gramos (que son las cantidades que se miden en las balanzas de los laboratorios), tal como se ha explicado antes (1 mol de una sustancia es numéricamente igual a su masa molecular expresada en gramos). Por ejemplo (reacción de combustión del metano):

[Imagen de WIKIPEDIA]

Cada molécula de CH₄ reacciona con 2 moléculas de O₂ para formar 1 molécula de CO₂ y 2 moléculas de H₂O.

O podemos decir:

Cada mol de CH₄ (16 g) reacciona con 2 moles de O₂ (2 x 32 = 64 g) para formar 1 mol de CO₂ (44 g) y 2 moles de H₂O (2 x 18 = 36 g). Como ves, se cumple la ley de conservación de la masa: si desaparecen 80 g de reactivos es porque se transforman en otros 80 g de productos.

¿Te atreves tú a hacer lo mismo con la reacción de combustión del gas butano (C4H10)?

¡Uff! ¡Vaya tela con los cálculos estequiométricos!

Maxwell y la teoría electromagnética de la luz

Dejo aquí esta estupenda videoconferencia de Augusto Beléndez, profesor de la Universidad de Alicante, titulada "Maxwell y la teoría electromagnética de la luz". Yo no me la perdería...

Más sobre MAXWELL y la luz en El devenir de la ciencia:

- Luz y Universo.

- El pensamiento enérgico del científico.

Los rayos X a finales del siglo XIX (3ª parte)

[Röntgen descubre los rayos X en 1895. Ilustración de Alejandro Martínez de Andrés (2014); CSIC. Procedencia de la imagen aquí]

En artículos anteriores hemos hablado en El devenir de la ciencia del descubrimiento y obtención de esos rayos incógnita, X, descubiertos por el físico alemán W. Röntgen a finales de 1895 (parte 1 y parte 2). Ya señalamos que la difusión y repercusión del hallazgo de aquella radiación penetrante e invisible fue grande y rápida, muy rápida. Rauda corrió la noticia por la prensa internacional (la primera publicación en prensa es del 5 de enero de 1896, en Viena,  pues se vislumbraba una epifanía científica de aplicaciones sorprendentes y poderosas).

En una época en la que el telégrafo permitía una difusión veloz de las noticias, nuestro país no fue una excepción, y muy tempranamente la prensa española se hizo eco de la nueva que venía del corazón del continente. A mediados del mes de enero de 1896, por partida doble (con una semana de diferencia), el histórico Diario de Barcelona daba buena cuenta del hallazgo de Röntgen. Las primeras experiencias con rayos X en España se hacían en fechas tan precoces como los comienzos de febrero de 1896. Tras una experiencia pionera realizada por César Comas (a la sazón interesado en el estudio de la electroterapia y al frente del Gabinete Fotográfico de la Facultad de Medicina de Barcelona), se lleva a cabo un ensayo en la Facultad de Medicina (tras el apoyo del decano y la formación de una comisión constituida por el propio Juan Giné y Partagás, el catedrático  Ramón Coll y Pujol, varios doctores y el joven precursor César Comas) el 10 de febrero de 1896. La experiencia fue un éxito, pues los rayos X permitieron ver, tras el proceso de revelado, la proyección de unas pinzas y un corta vidrios. Dichos objetos metálicos, opacos a la radiación de Röntgen, se habían colocado, cubiertos por un cartón, sobre una placa emulsionada que había sido envuelta por dos hojas de papel negro. Los rayos X atravesaron hojas y cartón, mientras que los objetos metálicos proyectaron sus sombras, que aparecieron con intensidad en la placa revelada. Comprobaron así la asombrosa aplicación de los rayos descubiertos por Röntgen a finales de 1895, pues estos permitían la observación de objetos ocultos en el interior de otros, opacos estos últimos a la radiación visible pero penetrables por los rayos X.

Entre ambos ensayos con rayos X en los que participa el pionero español César Comas, el 6 de febrero de 1896 Eduardo Fontseré, ayudante del catedrático de Física Superior en la Facultad de Ciencias de la Universidad de Barcelona Eduardo Lozano, obtuvo con éxito la primera radiografía en nuestro país (el primer experimento de Comas, el 2 de febrero, no fue satisfactorio, posiblemente debido a un tiempo de exposición de la placa fotográfica a los rayos X insuficiente o a una distancia excesiva entre el tubo de Crookes y la placa). Es el catedrático Eduardo Lozano y Ponce de León quien imparte la primera conferencia en España sobre los rayos X (Las radiaciones de Röntgen. Qué son y para qué sirven), en la que muestra la radiografía, celebrada en la Real Academia de las Ciencias y las Artes (Barcelona). Era el 10 de febrero de 1896.

Puede leerse más sobre estos comienzos de la difusión y experiencias con rayos X en nuestro país en los siguientes enlaces, entre otros:

- César Comas, introductor de los rayos X en España.

- Los rayos X en España.

- Pioneros de los rayos X en España.

- La introducción de los rayos X en España. La ciencia médica y la sanidad naval rumbo al siglo XX.

- La difusión del descubrimiento de los rayos X en la prensa.

Tiempos aquellos (finales del siglo XIX, principios del XX) en los que las ciencias adelantan que es una barbaridad, si me permiten rescatar aquellas celebérrimas palabras que le dijo don Sebastián a don Hilarión. 

[Ilustración humorística de 1896 que hace referencia a la fascinante cualidad de los rayos X de atravesar cuerpos y permitir la observación de  su interior. Procedencia de la imagen aquí]

Mitología y Cosmos

[Mutilación de Urano por Saturno; pintura de G. Vasari y C. Gherardi.

Procedencia de la imagen aquí]

Uno de los libros de divulgación que mejor acogida han tenido últimamente es el delicioso Del mito al laboratorio (La inspiración de la mitología en la ciencia), del químico y divulgador murciano Daniel Torregrosa (Ed. Cálamo; 2018).

En la introducción nos dice Torregrosa que algunos mitos se nos muestran como repuesta a las clásicas preguntas sobre el origen de la vida, el más allá o el sentido de nuestra existencia y otros, en cambio, surgen para explicar lo que el hombre observa en el mundo natural (fenómenos atmosféricos, eclipses, estaciones climáticas, las sustancias, el fuego, las mareas, los astros...). Y dice Daniel Torregrosa con acierto:

"Por este motivo, no es de extrañar que la ciencia y la tecnología hayan acudido en numerosas ocasiones a la mitología clásica, principalmente en lo referente a la nomenclatura de nuevos descubrimientos e invenciones pero también más allá, quizá por el componente meramente poético de los mitos".

Este libro es excelente ejemplo del humanismo en la ciencia y de que esta no es solo conocimiento útil (vacunas, nuevos fármacos, nuevos materiales, fuentes de energía, etc.,etc.) sino, también, parte esencial de nuestra cultura. Por las páginas de esta obra, estupendamente ilustrada, circulan dioses y titanes como Prometeo, Perseo, Mercurio, Palas, Tántalo, Urano y muchos otros. Más de cincuenta personajes mitológicos de las culturas griega, romana, nórdica y otras. Una invitación al placer de la lectura y del conocimiento. Sapere aude.

[Del mito al laboratorio, de Daniel Torregrosa]

Y aquí os dejo la charla que dio Daniel Torregrosa en la Universidad de Sevilla: "DEL MITO AL COSMOS":

Y el más que recomendable blog, ESE PUNTO AZUL PÁLIDO, de Daniel Torregrosa:

https://www.esepuntoazulpalido.com/

Elementos críticos y estratégicos

[Antoine L. Lavoisier (1743 - 1794), considerado el padre de la química moderna.

Procedencia de la imagen aquí]

"Una nación en la cual las ciencias y las artes aplicadas languidezcan será adelantada por las naciones rivales y perderá poco a poco su capacidad de competición; su comercio, su riqueza, pasarán a manos de los extranjeros".

(LAVOISIER)

Aviso para navegantes (en este caso dirigentes de las naciones) lanzado por el gran químico francés en la segunda mitad del siglo XVIII. La cita encabeza el último capítulo del libro Las tierras raras, de Ricardo Prego Reboredo, profesor de investigación en el CSIC (Instituto de Investigaciones Marinas de Vigo) especializado en procesos biogeoquímicos en sistemas costeros.

En el último capítulo del interesante libro de Ricardo Prego se nos habla de los minerales críticos para la industria y estratégicos para las naciones. Los minerales críticos son aquellos que, siendo esenciales para las aplicaciones tecnológicas, si escasean producen daños a la economía del país afectado (el mineral crítico carece de otro mineral alternativo que lo sustituya en sus avanzadas aplicaciones y presenta riesgos en el suministro, como ocurrió en 2010 cuando China, que tiene el control mundial de las tierras raras, llevó a cabo serias restricciones en sus exportaciones de minerales a Japón, Estados Unidos y Europa, alcanzándose el punto álgido de la crisis de las tierras raras en 2011, con un pico en la subida de precios de más de diez veces con respecto a los valores estables precedentes). 

Señala Ricardo Prego que los elementos químicos críticos para la Unión Europea, imprescindibles hoy para las aplicaciones tecnológicas avanzadas, son las tierras raras, el grupo del platino, antimonio, berilio, cobalto, galio, germanio, indio, niobio, tántalo y wolframio. Por cierto, recordemos que el platino (Antonio de Ulloa) y el wolframio (hermanos Elhuyar) fueron descubiertos por científicos españoles en el siglo XVIII. Y es que ya lo dijo Lavoisier...

[Las tierras raras, de Ricardo Prego. CSIC - Los Libros de la Catarata;

Madrid, 2019]

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

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

Procedencia de la imagen: Museo de la Geología (Universidad Complutense de Madrid)]

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 el 1 de marzo de 1896, en un (al fin) soleado domingo parisino, apenas un par de meses 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.

[Esta entrada es continuación de: Los rayos incógnita (los rayos X a finales del siglo XIX). 1ª parte]

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)

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.