Los viejos del lugar sabéis que en Conoce tus elementos vamos recorriendo lentamente la tabla periódica de los elementos, dando una idea general sobre cada uno de ellos: sus características fundamentales, cómo fue descubierto, qué lo hace especial o interesante, para qué lo utilizamos, dónde puedes encontrarlo… En la última entrega de la serie nos dedicamos al elemento de número atómico 27, el cobalto. Hoy, por lo tanto, seguimos con el de veintiocho protones, un elemento en muchos aspectos hermano del anterior (y también, en menor medida, del hierro que precedía al cobalto): hablaremos del níquel.

De hecho, no es casualidad que en el colegio casi siempre estudiemos a estos tres hermanos juntos, como una especie de trío: “hierro, cobalto y níquel, valencias +2 y +3″. Lo hacemos porque los tres tienen los mismos tres estados de oxidación más comunes, en los que se libran de dos o tres electrones, y muchas propiedades parecidas. En este caso, además, la historia se ha confabulado para crear una coincidencia más entre cobalto y níquel, aunque a ella llegaremos en un momento.

El níquel es, como sus hermanos, un metal de transición; pertenece a la parte media de la tabla y, puesto que todavía estamos en una sección en la que los átomos son relativamente ligeros y, por lo tanto, más comunes que los pesados, es muy abundante en el Universo, en la Tierra y por lo tanto a nuestro alrededor. Sin embargo, como sucedía con el cobalto, el níquel es tan reactivo que es muy raro encontrarlo puro en la naturaleza. Sí, sí, ya sé que me repito a lo largo de la serie, pero no lo puedo evitar: durante milenios lo tuvimos alrededor sin saber siquiera que estaba ahí.

No sólo coexistimos con él, sino que lo utilizamos bastante a menudo sin saber que lo hacíamos. El problema es que, aparte de estar casi siempre oxidado o aleado con otros metales, la apariencia de muchos metales de transición es muy similar (el níquel y la plata, por ejemplo, se parecen bastante). Así, es relativamente común el cuproníquel, una mezcla de cobre y níquel que puede obtenerse artificialmente pero también puede aparecer al extraer cobre de algunas rocas que también contienen níquel. Los antiguos chinos lo llamaban cobre blanco, pues no tenía el color rojizo del cobre, y con él producían un bronce que era mejor que el bronce normal. También hemos encontrado cuproníquel en algunos bronces del Oriente Medio del tercer milenio antes de nuestra era.

Aunque es más raro, también puede encontrarse níquel aleado con hierro, lo que en tiempos antiguos era aún más maravilloso, pues era posible producir armas y armaduras incomparables con las que podían forjarse de manera normal en la época. Es más raro porque sólo sucede al toparse con restos de un meteorito de tipo M, como ya dijimos al hablar del hierro (el níquel aparecía bastante en aquel artículo): los meteoritos de hierro-níquel eran un auténtico regalo del cielo para quienes los encontraban.

Meteorito de hierro-níquel caído en Siberia en 1947 en una lluvia de unas 23 toneladas en fragmentos (H. Raab/CC 3.0 Attribution-Sharealike License).

En todos estos casos, el níquel daba un “valor añadido” al metal al que acompañaba, ya fuera cobre o hierro, aunque se trataba siempre de un valor desconocido y casi mágico, pues nadie era consciente de la existencia de este metal. En otras ocasiones, sin embargo, la presencia de níquel no era algo afortunado sino todo lo contrario. Y aquí es donde, como decía antes, la historia del níquel coincide de manera sorprendente con la de su hermano el cobalto.

En la Edad Media, los mineros alemanes obtenían muy a menudo cobre a partir de rocas rojizas. Sin embargo, a veces se encontraban rocas de este tipo que, al calentarlas y realizar con ellas el proceso habitual para aislar el cobre, resultaban no contener cobre alguno. Evidentemente, hoy sabemos que estas rocas no podían usarse para obtener cobre simplemente porque no tienen cobre, y que es un tipo de roca de apariencia similar a las otras pero que no tiene nada que ver con ellas químicamente hablando, pero los mineros alemanes del Medievo, como bien sabes, siempre llegaban a la misma explicación: magia.

Estas rocas habían contenido cobre, como era evidente por su apariencia, pero no eran ya ese metal, Kupfer en alemán, puesto que un espíritu malicioso había hecho de las suyas para fastidiar a los mineros y había transformado el metal en otra cosa inútil. Los mineros llamaban al espíritu Nickel, y a las rocas resultantes, Kupfernickel, algo así como “cobre del Níquel”, donde el Níquel era el maldito bicho que transformaba mágicamente una roca útil y valiosa en algo inútil. ¿Te suena esto? Poco podían imaginar ellos que el Kupfernickel no contenía Kupfer en absoluto, sino que era arseniuro de níquel (NiAs), y que no sólo no era inútil sino que era una roca mucho más valiosa que aquellas de las que obtenían el cobre.

Kupfernickel, cobre maldito o NiAs (Didier Descouens/CC 3.0 Attribution-Sharealike License).

Hubo que esperar hasta 1751 para descubrir el secreto del Kupfernickel. El responsable fue un sueco, el barón Axel Fredrik Cronstedt, químico y mineralogista sueco que trabajaba para la Oficina de Minas de Suecia. Tal vez esto también te suene, puesto que el descubridor del cobalto fue el mineralogista sueco Georg Brandt. Bien, para rizar el rizo de las coincidencias, Axel Fredrik Cronstedt fue alumno de Georg Brandt, y también él desmontó el mito de un espíritu malicioso que transformaba rocas útiles en otras inútiles, veinte años después de que su maestro hiciera lo propio con el metal de los kobolds.

Cronstedt se hallaba intentando lograr lo que los mineros no habían podido: extraer el cobre del Kupfernickel (cobre inexistente, claro está). Por más que lo intentaba, naturalmente, no podía extraer cobre, pero en uno de los múltiples procesos que realizó con las rocas de Kupfernickel, por fin, consiguió aislar un metal… ¡pero no cobre! Era un metal de color plateado, bastante similar a la plata aunque con ligeros tintes dorados. Aunque imagino que Cronstedt obtendría níquel de menor pureza y en menor cantidad, se encontraría con algo de este estilo:

Níquel casi puro (René Rausch/CC 3.0 Attribution-Sharealike License).

El sueco, como había hecho su maestro con el cobalto, dio nombre al metal a partir de la criatura mágica que se suponía que producía esas rocas, y lo llamó Nickel, que en castellano llamamos níquel. De modo que tanto el níquel como el cobalto son criaturas mágicas con capacidades alquímicas… bueno, o no, pero no me negarás que tanto un nombre como el otro tienen encanto cuando conoces la historia. Siendo un rolero irredento, a mí me gusta más el cobalto por los kobolds de juegos de rol de fantasía, pero los dos tienen un lugar especial en mi corazón.

Con el tiempo, por cierto, una vez conocida la verdadera naturaleza del Kupfernickel, dejó de llamarse así al arseniuro de níquel que no contenía cobre, y empezó a denominarse con ese nombre la aleación de cobre y níquel, es decir, el cuproníquel. Esto añade confusión al asunto, pues la misma palabra pasó a denotar una sustancia completamente diferente, pero es cierto que el nombre anterior era aún más confuso y no había una solución perfecta. ¡Maldito Nickel y sus efectos sobre el idioma, seguro que lo hizo a propósito!

El caso es que, de haber existido ese espíritu, de malicioso no podía tener mucho, puesto que aunque no lo supieran los mineros alemanes del Medievo, su Kupfernickel se convirtió pronto en una roca muy valiosa, pues durante algunos años fue la principal fuente de níquel, y este metal resultó ser muy útil. Posteriormente empezó a obtenerse de otras maneras y esa roca perdió su importancia, pero es irónico que algo considerado una maldición resultara ser una bendición, al menos durante un tiempo.

Monedas de níquel (W. Oelen / CC 3.0 Attribution-Sharealike License).

El níquel tiene varias propiedades que lo hicieron útil desde su descubrimiento. Por una parte, aunque se oxida fácilmente, a diferencia de otros metales (como el hierro, mucho más abundante), en contacto con el aire sólo reacciona con el oxígeno la capa superficial. Como consecuencia, se forma una patina de óxido de níquel que protege el interior de la oxidación (algo parecido sucede al exponerlo a sustancias corrosivas como ácidos). Por lo tanto, es un metal que se añade muy comúnmente (y se ha hecho desde hace mucho tiempo) a distintos aceros inoxidables.

Esta resistencia a la oxidación y la corrosión, además del hecho de que era más barato que la plata, hizo que desde el principio el níquel se utilizara, puro o aleado, como sustituto de ese metal en joyería o cubertería. Claro, no es exactamente plata ni brilla igual, pero menos da una piedra — salvo que esa piedra sea Kupfernickel, por supuesto. También se usaba mucho en monedas en vez de plata u oro, por ser más barato pero razonablemente bello. Al final ha resultado que hay gente alérgica a este metal, sin embargo, con lo que ya se usa mucho menos para joyería aunque algunas monedas siguen conteniéndolo.

Además, se trata de uno de los cuatro únicos metales ferromagnéticos a temperatura ambiente; los otros tres son sus dos hermanos –hierro y cobalto– y el gadolinio, que aún no ha hecho su aparición aquí. Durante mucho tiempo, los imanes no eléctricos más potentes que era posible construir eran los denominados alnico, por estar compuestos de aluminio, cobalto y níquel, a veces aleados con otros metales en menor proporción. Estos imanes son bastante más potentes que los hechos de hierro; a partir de los años 70 fueron superados a su vez por los imanes hechos de tierras raras, terrible nombre que designa elementos como el neodimio que harán su aparición en esta misma serie dentro de unos años.

En la actualidad producimos alrededor de un millón y medio de toneladas de níquel al año, la mayor parte proveniente de minas rusas y canadienses. Su principal uso es como parte de diferentes “recetas” de acero (hablamos sobre el acero y sus recetas al hacerlo del hierro), con lo que más de la mitad de la producción mundial se destina precisamente a eso. El níquel proporciona al acero, además de resistencia a la corrosión, propiedades mecánicas superiores, como resistencia a la rotura o a altas temperaturas. Del resto, la mayor parte se utiliza para formar otras aleaciones con plata, cobre, etc., y aún sigue utilizándose como sustituto de la plata por su resistencia a la corrosión y menor precio.

Las turbinas RB199 del Panavia Tornado tienen palas de aleación de níquel (dominio público).

Aunque lo obtenemos de la corteza terrestre, al níquel le pasa lo mismo que al hierro: la inmensa mayoría está mucho más abajo, en el núcleo terrestre, que como dijimos al hablar de su hermano es básicamente una bola de Fe-Ni. Lo que queda por aquí arriba son los restos que no se hundieron cuando la Tierra era aún fluida. Su presencia en el núcleo de nuestro planeta demuestra, como también hemos dicho alguna vez, que nuestro Sistema Solar no es de primera sino de segunda generación: somos, al menos en parte, polvo de supernova.

La razón es que el níquel es, como el cobalto, un elemento “más allá del hierro”, y todos esos elementos transférricos no pueden obtenerse mediante la fusión “normal” en el interior de una estrella, puesto que producirlos requiere energía adicional en vez de liberarla. Nuestro propio Sol, desde luego, nunca jamás ha producido ni producirá níquel, ya que nunca alcanzará siquiera el “pico del hierro”.

Este “pico del hierro” es el que marca el final de la vida de una estrella muy masiva, y en los convulsos últimos tiempos de la estrella, cuando se liberan enormes cantidades de energía durante la agonía final, parte de esa energía fusiona núcleos que no pueden fusionarse liberando energía, para producir, entre otras cosas, diversos isótopos del níquel. Posteriormente, tras el colapso y explosión finales, ese níquel acaba a veces formando parte de nuevas nebulosas de gas y polvo que acaban formando sistemas estelares como, por ejemplo, el nuestro.

Curva de energía de enlace por nucleón, con el “pico del hierro” (dominio público).

De modo que nunca pienses que una moneda de níquel es algo mundano.

De todos esos isótopos, el más común de todos es el níquel-58, que tiene treinta neutrones y es estable. Alrededor de dos terceras partes del níquel a nuestro alrededor es níquel-58. El segundo más común, también estable, tiene dos neutrones más y constituye una cuarta parte de todo el níquel que nos rodea. Los otros isótopos estables son mucho menos abundantes: el níquel-61, el níquel-62 y el níquel-64.

El isótopo inestable más útil para nosotros es el níquel-59. Tiene una vida media de unos 76 000 años y se emplea con relativa frecuencia para la datación de meteoritos y sedimentos. A pesar de que se trata de una vida media muy corta geológicamente hablando, la cantidad de níquel-59 es suficientemente grande como para poder emplearlo para realizar estimaciones a mucho más largo plazo. Si no sabes de qué estoy hablando, aquí tienes un artículo sobre datación utilizando radioisótopos.

De manera que al final este metal transmutado por espíritus maliciosos ha resultado ser nuestro gran aliado en ciencia y tecnología, y no nos queda sino dar las gracias al Nickel por su regalo y continuar nuestro camino hacia el elemento de veintinueve protones, progenitor del níquel en la mente de los mineros alemanes medievales: el cobre.

La última entrega de la serie sobre los Premios Nobelestuvo dedicada a Johannes Diderik van der Waals, ganador del Nobel de Física de 1910 por su trabajo en la ecuación de estado que lleva su nombre. Allí fuimos testigos de una de las tendencias que me parecen fundamentales en el cambio de siglo XIX-XX, y pido disculpas si soy pesado al repetirlo: el desdibujar de líneas entre cosas que se habían considerado muy diferentes anteriormente. Lo mismo nos había sucedido al hablar de algún Nobel de Química anterior al de hoy, con la diferencia entre lo vivo y lo no vivo; hoy volveremos a ver la misma tendencia al hablar del Nobel de Química de 1910, otorgado al alemán Otto Wallach, en palabras de la Real Academia Sueca de las Ciencias,

En reconocimiento a sus servicios a la química orgánica y la industria química por su trabajo pionero en el campo de los compuestos alicíclicos.

Sé que la descripción del Premio no resulta fascinante –y que me perdonen los químicos orgánicos–, y no será éste uno de los artículos más largos de la serie. Sin embargo, intentaré por una parte que cuando termines de leer tengas una idea de qué son los terpenos –el tipo de compuestos alicíclicos en los que trabajó fundamentalmente Wallach– y por qué son importantes biológica e industrialmente, y por otra soltar un par de opiniones personales relacionadas con esto y con el momento que estamos viviendo (como siempre, cuando vaya a dar mi opinión avisaré, para que puedas tratarla como lo que es: la diatriba de un bocazas).

Como siempre repito en esta mitad de la serie, yo no soy químico, de modo que corregidme sin piedad cuando meta la pata, sobre todo con los nombres, porque mis fuentes suelen estar en inglés (mis libros de química lo están, y si tengo que consultar Wikipedia intento evitar la versión en español porque en inglés es muchísimo más completa), con lo que aunque intento traducir bien los nombres de compuestos, a veces meto cada anglicismo que tira para atrás.

Dicho esto, conozcamos a los terpenos y a su “padre”, el barbudo Otto Wallach.

Desde tiempo inmemorial se habían conocido unas sustancias oleosas generalmente llamadas aceites esenciales (el vago nombre te dice ya lo poco que se sabía sobre su naturaleza). Desde luego, la definición no era rigurosa, pero solían tener unas características similares: eran comúnmente volátiles y como consecuencia de fuerte olor –a veces agradable, a veces terrible– y provenían de distintas especies vegetales. Algunos eran empleados con fines medicinales, otros simplemente por el olor, y otros por sus propiedades químicas.

De todos estos aceites, el más conocido de todos era el aguarrás o aceite de trementina. El nombre de trementina proviene del griego terebinthine, un árbol que en castellano llamamos cornicabra pero cuyo nombre científico es Pistacia terebinthus (y que está, por cierto, relacionado con el árbol del que vienen los pistachos). Los antiguos griegos destilaban la resina de ese árbol para obtener un aceite volátil muy útil como disolvente (seguro que lo conoces como disolvente de pintura, por ejemplo): la trementina. Posteriormente se obtuvo trementina también de la resina de otros árboles y creo que hoy en día no es siquiera el mismo compuesto químico aunque se siga llamando así, porque se obtiene del petróleo. Cuento esto del nombre de la trementina porque, como veremos luego, es relevante. El caso es que, si has olido resina de pino alguna vez, se trata de uno de estos aceites esenciales (luego veremos de qué está hecha exactamente la resina).

Resina de pino (Meanos/CC 3.0 Attribution-Sharealike License).

Sin embargo, aunque se utilizaban muchos de estos aceites esenciales de intenso olor por su naturaleza volátil, su composición química era un misterio. Había varios problemas: en primer lugar, durante mucho tiempo la química orgánica ni siquiera se consideró una opción. Como hemos dicho alguna otra vez en la serie, las sustancias provenientes de los seres vivos se consideraban completamente diferentes de las sustancias inorgánicas, con reglas distintas y en muchos casos no sometidos a reglas — el “milagro de la vida” y esas cosas.

En segundo lugar, una vez la química orgánica empezó a despegar en el XIX, estos compuestos eran endiabladamente difíciles de estudiar por su inestabilidad. No sólo eran muy volátiles –como digo, por eso huelen tanto– sino que además reaccionaban con muchas sustancias cotidianas y cambiaban su composición con bastante facilidad. Y, para rizar el rizo, el misterio principal: muchos de estos compuestos tenían carbono e hidrógeno en exactamente las mismas proporciones. No sólo eso, sino que muchos tenían el mismo número de átomos de cada uno –es decir, la misma fórmula empírica– pero situados de diferentes maneras.

De modo que, durante décadas, aunque existían en los laboratorios, estos compuestos fueron en su mayor parte ignorados por los químicos teóricos. Así estaban las cosas, de hecho, cuando Otto Wallach entra en escena.

Otto Wallach (1847-1931).

Wallach era ya un químico orgánico de nivel. Se había doctorado en la Universidad de Göttingen con una tesis sobre los isómeros del tolueno, había trabajado nada más y nada menos que con Friedrich August Kekulé, uno de los químicos más importantes de la segunda mitad del siglo XIX, y había obtenido una cátedra en la Universidad de Bonn. Allí estaba hacia 1880, trabajando precisamente con Kekulé, que en ciertos aspectos parece haber sido su mentor, cuando Kekulé le señaló un armario que guardaba botellas casi olvidadas con diferentes aceites esenciales.

Imagino a Wallach, que por entonces tenía unos treinta y tres años, abriendo el viejo armario y echando un vistazo a las botellas cubiertas de polvo llenas de esos malditos aceites volátiles, docenas de ellos, que habían sido descartados como objeto de investigación por tantos químicos antes que él. No era un asunto, como sucede otras veces en la génesis de un Nobel, que constituyera un enorme misterio al que todos dedican atención: se me ocurren pocos campos de investigación en un principio tan poco atractivos.

Sin embargo, Wallach aceptó el desafío y empezó a experimentar.

Al hacerlo, obligando a estos compuestos a reaccionar con cloruro y bromuro de hidrógeno entre otros reactivos, Wallach se dio cuenta de que era en primer lugar posible clasificar estos compuestos según su fórmula empírica, es decir, según el número de átomos de cada tipo que los constituían. Como decíamos antes, muchos de ellos tenían las mismas proporciones de carbono y oxígeno, pero no la misma cantidad. Por ejemplo, un grupo de ellos tenía la fórmula empírica C₁₀H₁₆, mientras que otro grupo tenía C₁₅H₂₄. Como ves, la misma proporción, pero en el segundo caso había 1,5 veces el número de átomos que en el primero. Otro grupo, por el contrario, era de fórmula C₂₀H₃₂, justo el doble que el primero que hemos mencionado pero, una vez más, en la misma proporción.

De modo que estaba bastante claro que todos ellos estaban formados por una especie de “unidad básica” que se repetía un número determinado de veces. Sin embargo, como puedes ver al comparar C₁₀H₁₆ con C₁₅H₂₄, esa unidad básica debe ser aún menor que el primero: debe ser C₅H₈.

Todos estos compuestos, que hoy denominamos terpenos por el nombre alemán del aguarrás, terpentin, eran por lo tanto una especie de construcciones de Lego formadas por un número determinado de “piezas” C₅H₈, a veces complicadas por la adición de algún grupo funcional determinado.

Isopreno (Brools/CC 3.0 Attribution-Sharealike License).

Esa unidad básica es el isopreno, o más técnicamente, 2-metil-1,3-butadieno, formado naturalmente por cinco átomos de carbono y ocho de hidrógeno. El isopreno, por cierto, está por todas partes, no sólo en los terpenos. Parece ser una “pieza de Lego” muy versátil y utilizada en muchos sistemas biológicos. Aunque por sí solo, en piezas “sueltas” es un líquido incoloro muy volátil, puede formar polímeros muy largos y estables. Puedo asegurarte que lo has tocado alguna vez en su forma polimerizada, porque la goma de borrar no es otra cosa que isopreno polimerizado y hemos hablado de él por esa razón en El Tamiz hace bastante tiempo.

Sin embargo, los polímeros de isopreno que Wallach fue clasificando no tenían tantos eslabones de isopreno. Los formados por un solo isopreno se denominan hemiterpenos, pero claro, sólo hay uno, el propio isopreno, porque pocas combinaciones se pueden hacer con uno solo. Sin embargo, cuando se añaden otros eslabones de isopreno, pueden lograrse moléculas con una geometría realmente complicada: el isopreno puede unirse a sí mismo y la molécula convertirse en un anillo (una molécula cíclica) o no hacerlo, de modo que se tiene simplemente una cadena larga (una molécula lineal).

Así, con dos isoprenos se tienen los denominados monoterpenos, cuya fórmula empírica es C₁₀H₁₆. Pero claro, como tantas veces en química orgánica, la fórmula empírica dice muy poco: la geometría y dónde están los enlaces determinan las propiedades de la sustancia. De hecho, Wallach comprobó que el aguarrás no era sino una mezcla de monoterpenos, fundamentalmente alfa-pineno y beta-pineno, los dos isómeros del pineno (formado, claro está, por dos isoprenos).

Y es que la resina del pino es, en su mayor parte, una mezcla de monoterpenos (una vez más, fundamentalmente pineno, que se llama así por el pino). Pero seguro que has oído alguna vez el nombre de otros compuestos que son derivados de monoterpenos; al ser derivados de un terpeno se los denomina terpenoides, pues tienen algún otro grupo funcional. Algunos monoterpenoides muy conocidos son el mentol, el eucaliptol o el alcanfor.

Los terpenos de tres isoprenos se llaman sesquiterpenos (son los de fórmula empírica C₁₅H₂₄), y los de cuatro isoprenos diterpenos. El diterpenoide –derivado de un diterpeno– más famoso es seguramente el retinol, una forma de vitamina A. Pero también hay terpenos con más unidades de isopreno que seguro que conoces; por ejemplo, el licopeno del tomate es un tetraterpeno, es decir, un terpeno de ocho isoprenos, como también lo son los carotenos. Finalmente, como dijimos antes, el caucho natural es un politerpeno, un terpeno de muchas unidades de isopreno.

No voy a seguir nombrando terpenos, no te preocupes: mi intención es mostar la importancia del descubrimiento y análisis de Wallach. El alemán identificó una unidad básica de construcción de multitud de compuestos orgánicos, muchos de ellos esenciales para la vida. Además, nos libró del término “aceite esencial” con una definición nada rigurosa para dar una mucho más concreta: compuestos formados por una o más unidades de isopreno.

Entre otras cosas, Wallach pudo identificar cuántas unidades de isopreno había en multitud de aceites esenciales; tras su trabajo, en vez de haber docenas y docenas de nombres inconexos, normalmente nombres de plantas, la lista se redujo muchísimo, ya que muchos de esos aceites no eran más que una mezcla de varios terpenos que él pudo identificar sin problemas. Un campo que antes era caótico, borroso y muy confuso se convirtió en algo asequible y racional. Tras el paso de Wallach fue posible no sólo analizar terpenos, sino manipularlos y hacerlos reaccionar para conseguir moléculas concretas: el alemán no sólo nos había hecho comprender las cosas y entender aspectos biológicos, sino que había abierto la puerta a la industria química de los terpenos en particular y los compuestos alicíclicos en general.

Aquí es donde te aviso: este párrafo va a ser un sermón de opinión personal. No voy a repetir “en mi opinión” en cada frase porque todo el párrafo lo es. En una época en la que, desgraciadamente, las patentes de software están a la orden del día, Otto Wallach –como lo hizo Wilhelm Röntgen– nos sirve como un ejemplo del pasado que sigue siendo relevante. A lo largo de sus investigaciones en el laboratorio, Wallach descubrió multitud de procesos con los que obtener compuestos concretos; procesos muy útiles para el desarrollo de la industria química de la época y, por lo tanto, muy valiosos. Y el alemán no patentó absolutamente ninguno de ellos, sino que los dejó libres de forma gratuita para que cualquiera pudiera beneficiarse de ellos, haciendo así avanzar la química de principios del siglo XX de una manera imposible de otro modo.

El caso es que en 1909, un año antes de recibir el Nobel, Wallach publicó un tocho de 600 páginas titulado Terpene und Campher (Terpeno y alcanfor) que se convertiría en la Biblia de sus alumnos. Y esos alumnos, que habían trabajado con él en el laboratorio realizando los experimentos necesarios para identificar y modificar todos esos compuestos, una vez salidos de la Universidad se convirtieron en otro enorme impulso para la industria química alemana relacionada con este asunto. En poco más de una década la cantidad de aceites esenciales producidos en Alemania se cuadruplicó, en gran parte gracias al trabajo de Wallach.

El alemán no fue un brillante teórico, ni descubrió secretos del Universo que revolucionasen nuestra visión del mundo. Sin embargo, era un experimentador meticuloso y perseverante, y logró solventar los obstáculos –como la reactividad y volatilidad de estos compuestos– que otros antes que él habían sido incapaces de superar. No sólo consiguió desvelarnos la naturaleza de multitud de sustancias a nuestro alrededor e incluso en nuestro organismo, sino que impulsó nuestra industria química a un ritmo impresionante. Por eso hemos decidido concederle el más alto honor que nuestra Academia pued… ¡ah, no, que yo no otorgo el Nobel! Mejor cedo la palabra al Profesor Montelius, que el diez de diciembre de 1910 anunció:

Su Majestad, Sus Altezas Reales, Damas y Caballeros.

En la reunión del 12 de noviembre, la Real Academia Sueca de las Ciencias ha decidido otorgar el Premio Nobel de Química de este año al Geheimrat [un título del Sacro Imperio Romano Germánico, algo así como consejero] Otto Wallach, catedrático de la Universidad de Göttingen, por los servicios que ha proporcionado en el desarrollo de la química orgánica y la industria química con su trabajo pionero en el campo de los compuestos alicíclicos.

Como es bien conocido, las plantas contienen compuestos de olor más o menos fuerte, que desempeñan un importante papel en sus funciones vitales y particularmente en su fecundación. Estos compuestos fueron siempre agrupados, desde tiempo antiguo, bajo el nombre de “aceites esenciales” a causa de su volatilidad. Desde muy pronto se aislaron a partir de estos aceites esenciales ciertos hidrocarburos, denominados terpenos porque el aguarrás [aceite de trementina, en alemán terpentin] está formado por una mezcla de estos hidrocarburos.

Estos hidrocarburos ocupaban una posición especial en cuanto al aspecto químico en comparación con otros. Todos tenían la misma composición centesimal y casi todos tenían incluso el mismo peso atómico [hoy en día, masa atómica], alcanzaban el punto de ebullición más o menos a la misma temperatura; sin embargo, mostraban ciertas diferencias en el olor, las propiedades ópticas y las reacciones químicas, de modo que no podían considerarse la misma sustancia. A lo largo del tiempo se han descrito casi un centenar de estos terpenos en la literatura química y normalmente se les ha dado el nombre a partir de la planta de la que fueron aislados. Por su inestabilidad, eran particularmente difíciles de manejar y la teoría química no podía acomodar tan enorme cantidad de isómeros; por tanto, un estudio profundo de este campo parecía prácticamente imposible.

En esas circunstancias, el hecho de que este campo antes tan misterioso se nos presente ahora tan claramente en los aspectos teórico y experimental debe considerarse uno de los mayores triunfos de las ciencias químicas en los últimos años. El honor pertenece, principalmente, a Otto Wallach, quien no sólo fue un pionero de este campo desde sus comienzos sino que además ha continuado, a lo largo del tiempo, a liderarlo en cierta medida.

Wallach empezó a trabajar en este campo en 1884. Tras seis años, compiló los resultados obtenidos hasta entonces en una publicación. Había logrado encontrar métodos de caracterizar de manera distintiva los diversos terpenos, de modo que era posible reconocerlos en mezclas y separar unos de otros en esas mezclas. Con estos métodos había sido también capaz de reducir el número de los terpenos conocidos hasta entonces a un número sorprendentemente bajo –ocho– al que se añadieron posteriormente unos pocos más descubiertos desde ese momento. Además, logró demostrar que los compuestos terpenoides sufren cambios muy fácilmente al ponerse en contacto con los reactivos más comunes y se transforman de unos en otros, lo que hace especialmente difícil y delicada la investigación en el campo de la química de los terpenos. Al investigar tantos compuestos como le fue posible, consiguió determinar qué condiciones excluían la isomerización; también desarrolló la técnica general para realizar estas investigaciones.

A través de este trabajo pionero, Wallach abrió un nuevo campo de investigación, que podía ser desarrollado a partir de entonces con esperanzas de éxito. Y es cierto que este campo fue inmediatamente atacado por un gran número de investigadores de distintos países. Durante la década siguiente, la química orgánica se caracterizó por el estudio de los así llamados compuestos alicíclicos, de los que los terpenos y el alcanfor y sus compuestos derivados constituyen la parte más importante.

El propio Wallach, superando dificultades considerables con un éxito admirable gracias a su perseverancia, realizó progresos continuos en el campo que él mismo había abierto. Logró preparar un número extraordinario de compuestos nuevos y determinó su estructura. Además de los terpenos propiamente dichos, también investigó y caracterizó científicamente diversos productos naturales ya conocidos o descubiertos recientemente, como alcoholes, cetonas, sesquiterpenos y politerpenos que pertenecen al grupo de los terpenos, y que tienen gran importancia por razones biológicas y técnicas. Por esta razón la serie de los compuestos alicíclicos ha ganado, desde los años ochenta, un tamaño e importancia que la convierten en un igual de las otras tres series principales de la química orgánica. Wallach ha contribuido más a este hecho que cualquier otro investigador.

Las investigaciones que Wallach no sólo influenciaron decisivamente la química teórica, sino también la industria química, principalmente por la rama de esa industria que procesa los aceites esenciales. De acuerdo con las estadísticas recientemente publicadas, la producción anual de estos preparados únicamente en Alemania ha crecido desde los 12 millones de marcos en 1885 hasta unos 45-50 millones de marcos. El trabajo científico de Wallach ha contribuido a esto directa e indirectamente — directamente al convertir los terpenos y sus derivados en algo conocido y determinable analíticamente, con lo que la tecnología dispone de nuevos métodos de manufactura y es posible evitar las adulteraciones que antes sucedían tan comúnmente; e indirectamente por el hecho de que un gran número de sus alumnos han sido contratados por esa industria y aplicado sus métodos de trabajo y su preciso modo de realizar investigaciones. El propio Wallach nunca ha patentado sus descubrimientos, sino que siempre ha puesto sus conclusiones a la disposición de la industria de manera gratuita.

La Real Academia Sueca de las Ciencias ha querido rendir tributo a este trabajo, que desde el principio ha sido planeado cuidadosamente, ejecutado con gran habilidad y una enorme energía, y se ha convertido a lo largo del tiempo en algo cada vez más profundo y rico, mediante el que la ciencia ha conquistado nuevos campos y se ha logrado un trabajo pionero en el desarrollo de la industria química, otorgando el Premio Nobel de Química del año 1910 al Doctor Otto Wallach.

Profesor Wallach. La Real Academia Sueca de las Ciencias le ha concedido el Premio Nobel de Química de este año en reconocimiento a los importantes servicios que ha proporcionado usted al desarrollo de la química orgánica y de la industria química mediante su trabajo pionero en el campo de los compuestos alicíclicos.

Se ha demostrado una vez más que los resultados obtenidos mediante la investigación científica, que en un principio parecerían ser tan sólo de interés teórico, pueden tener en realidad una importancia práctica enorme.

Puesto que usted nos ha llevado a un campo esencial en la química orgánica que era antes prácticamente desconocido, recibirá usted el Premio Nobel, el mayor honor que nuestra Academia puede conceder.

Para saber más (esp/ing cuando es posible):

• Página oficial del Premio Nobel de Química de 1910
• Otto Wallach / Otto Wallach
• Terpenos / Terpenes

Hace muuucho tiempo que tenemos abandonada la serie de Falacias, pero es que no ha surgido ninguna lo suficientemente interesante como para hablar de ella. Sin embargo, recientemente recibí un correo de Óscar en el que me preguntaba por una que no había oído antes. Mi sorpresa fue mayúscula cuando, al buscar en la red y preguntar por ahí, me encontré con que parece estar muy extendida, a pesar de que me parece tan fácil de rebatir que se cae prácticamente sola.

De hecho, mucho me temo que casi todos los lectores habituales no creéis en el mito de hoy, pero he pensado que sigue mereciendo la pena escribir sobre él. Por un lado, mucha gente encuentra artículos de esta serie a través de búsquedas en la red, con lo que puede ser útil a otros; por otro lado, a veces nos topamos con personas que defienden cosas como la de hoy y, aunque tenemos clarísimo que se equivocan, no tenemos a mano los argumentos razonados para desmontar la mentira, de modo que espero que esto sirva de apoyo a quienes tengáis que lidiar con estos asuntos algún día con familiares, amigos y compañeros de trabajo.

La Falacia de hoy tiene que ver con los alimentos, y tiene varias formas distintas, aunque todas tienen algo en común. Básicamente, se oye por ahí que no es bueno beber leche y luego zumo de frutas, o alternativamente zumo y luego leche, o leche y luego fruta, o incluso la versión extrema, “después de la leche, nada eches”, que desaconseja incluso beber agua después de leche.

Mentira.

Razonemos juntos y destripemos este mito absurdo ya que, como tantos otros, tiene un hilo de razonamiento falaz que es fácil deshacer con un poco de cuidado. Como siempre que hablo de algo que no es lo que mejor domino, si algún lector que sepa más biología o química que yo –lo cual no tiene mucho mérito– tiene alguna corrección que hacer, ¡bienvenida sea!

El razonamiento que he encontrado –y que me han comentado las personas que han sufrido estas afirmaciones– es parecido a éste: el zumo de fruta es ácido. Si bebes leche y, por ejemplo, zumo de naranja, la leche se corta por el ácido, y puede sentarte mal y producir diarrea, o vómitos, una mala digestión o simplemente malestar.

Sin embargo, ese razonamiento tiene unos agujeros tremendos, tantos que no puedo aquí describirlos todos, aunque con dos basta. Ni siquiera voy a entrar a discutir lo de beber agua tras la leche, porque la leche es en su mayor parte agua, con lo que no creo que merezca la pena entrar en más detalles sobre eso; me centraré en lo de beber leche y luego algo ácido, como zumo de fruta.

En primer lugar, es cierto que al añadir cualquier ácido a la leche, ésta “se corta”, es decir, se produce la coagulación de proteínas. Basta con añadir un poco de vinagre o zumo de limón a un vaso de leche para observar el efecto. De modo que al beber leche y zumo de naranja, en efecto, la leche “se corta”, como afirman los defensores de esta idea. El horror grumoso que se forma en el vaso, por cierto, es seguramente el origen de esta Falacia: “¿cómo no te va a sentar mal beber algo así?”, podemos pensar.

El horror: leche cortada (FotoosVanRobin/CC 2.0 Attribution-Sharealike License).

Sin embargo, lo que no suelen decir quienes defienden esta idea es que la leche se va a cortar en tu estómago siempre, bebas lo que bebas antes o después de ella. La razón es que el zumo de naranja es una auténtica broma, en cuanto a ácido, comparado con lo que la leche se va a encontrar al entrar en el estómago: durante la digestión y a consecuencia de la segregación de ácido clorhídrico, la acidez del estómago es mucho mayor que la del zumo de naranja o cualquier otra fruta que quieras comer.

Dicho con otras palabras: si tu preocupación es que la leche pueda cortarse, no deberías beber leche jamás, porque es lo primero que le va a pasar cuando entra en tu estómago. No hay manera de evitarlo. Supongo que, si hasta ahora creías en este mito, éstas son las malas noticias… no hay absolutamente nada que puedas hacer para que la leche no se corte en tu estómago.

Vamos con las buenas noticias que, si has comprendido el primer razonamiento, deberían ser evidentes o todo el mundo tendría terribles diarreas cuando bebe leche en cualquier momento: que la leche esté cortada no significa que siente mal en absoluto. Como digo, lo primero que le pasa es que se corta en tu interior, con lo que si eso fuera malo, ¡apañados iríamos! Desde la más tierna infancia sufriríamos las consecuencias de consumir leche cortada… si hubiera consecuencias, que no las hay.

En los lugares en los que he leído esta afirmación absurda sobre la leche, por cierto, nadie explica por qué iba a ser malo tomar leche cortada por ácidos. “Al estar cortada, la leche produce diarrea”, dicen. ¿Por qué? ¿Por ser ácida? Todos tomamos ácidos todo el tiempo y no tenemos diarrea al beber zumo de naranja. ¿Por tener proteínas coaguladas? Todos tomamos proteínas de la leche coaguladas constantemente y no vomitamos por ello. No, claro… no hay una explicación de por qué iba a producir problemas digestivos porque la idea, simple y llanamente, no tiene pies ni cabeza.

Es más, consumimos “leche cortada” constantemente. Hay tantos productos con leche cortada por la acidez que no tengo aquí espacio para ponerlos todos; casi cualquier producto lácteo que necesite azúcar para estar rico necesita ese azúcar precisamente para contrarrestar la acidez: el yogur de toda la vida, la crème fraîche francesa, la sour cream británica…

Pero entonces, ¿por qué diablos surgió esta idea de que la leche cortada es mala? Por un lado, sospecho que es el mal aspecto de la leche cortada por ácidos, como he dicho antes. Además, si dejas un vaso de leche encima de la mesa y esperas unos días, al final acaba “cortándose”, es decir, agriándose, sin necesidad de que le añadas ningún ácido. Hay multitud de bacterias que, dicho mal y pronto, se zampan la lactosa de la leche y producen como desechos sustancias ácidas. Esta fermentación vuelve a la leche ácida y, como consecuencia, se produce la coagulación de las proteínas y el “cortado”. A menudo esto viene acompañado de mal olor debido a esa fermentación. En este caso, claro, no has sido tú quien ha añadido el ácido, sino las propias bacterias.

La cadena de razonamiento entonces, supongo, sería algo así en su origen: cuando la leche se echa a perder, se vuelve ácida. Por lo tanto, si la leche se vuelve ácida es que se ha echado a perder. Pero claro, ahí se están confundiendo dos conceptos: es posible volver la leche ácida sin utilizar una sola bacteria.

Además, ¡tampoco pasa nada por tomar leche que ha sido fermentada, acidificada y “cortada” por bacterias, según qué bacterias sean! Al yogur le pasa exactamente esto. Las bacterias fermentan la lactosa de la leche y producen un ácido, ácido láctico, que le da el carácter agrio a ese delicioso producto lácteo. Así que cuando te comes un yogur estás ingiriendo básicamente leche cortada y ácida, y sueles añadir azúcar para contrarrestar ese leve sabor ácido.

“Ah”, puedes estar pensando, “pero no es lo mismo tomar yogur que coger un vaso de leche, echar una cucharada de vinagre o zumo de limón y beberte ese horror”.

Leche cortada con zumo de limón, alias “paneer” (Kirti Poddar/CC 2.0 Attribution License).

Me alegra que digas eso; existen multitud de recetas en las que se hace exactamente eso: coger leche, añadir vinagre y luego utilizar ese “horror” para hacer las cosas más deliciosas, como bizcochos o salsas diversas. El paneer se produce precisamente añadiendo zumo de limón a la leche, y puedo asegurarte que millones de indios no sufren diarreas diarias por comer paneer.

Pero no hay que ir muy lejos para encontrar exactamente lo mismo: muchísimos quesos europeos utilizan ácidos para cortar la leche (otros lo hacen, por ejemplo, con enzimas). Si algún día quieres hacer tu propio ricotta, ese delicioso queso italiano, uno de los primeros pasos que tendrás que seguir es añadir vinagre blanco o zumo de limón a la leche. Para ser un horror grumoso de leche cortada, está riquísimo, ¿no?

Irónicamente, aunque las proteínas coaguladas de la leche y su carácter ácido no supongan ningún problema digestivo, la lactosa de la leche normal y corriente sí es un problema para quienes son intolerantes a la lactosa. Sin embargo, si esas personas toman leche fermentada por bacterias que han convertido la lactosa en ácido láctico, pueden consumirla sin tener problemas digestivos. ¡Toma ironía, a veces es infinitamente mejor tomar leche “cortada” que leche normal!

Por lo tanto, al final todo son buenas noticias: en lo que respecta a la leche y los ácidos, toma lo que te venga en gana y te apetezca, sin preocuparte por diarreas ni malas digestiones. Con la de cosas reales y preocupantes que hay en el mundo, y nos inventamos otras nuevas…

¿Sabías que se trata del primer metal para el que conocemos el nombre de su descubridor? ¿Que su nombre proviene de criaturas mágicas? ¿Que lo llevábamos usando varios milenios antes de darnos cuenta de su existencia? ¿Que su existencia requiere de una transmutación en el corazón de una supernova pero está en tu propio cuerpo? Pues si te quieres enterar, ya sabes.

El cobalto es, como el hierro, un metal de transición: se encuentra en la “zona media de la tabla”, entre los elementos con una enorme hambre de electrones y los que quieren librarse de ellos como sea para ser estables, pero más cerca, en su comportamiento, de los segundos. Por lo tanto, comparte muchas de las características del resto de los metales de transición: tiene varios estados de oxidación, es decir, es muy versátil en cuanto a los compuestos que puede formar; en su forma pura tiene el aspecto y comportamiento de un metal “estándar” –luego veremos el aspecto, pero es casi indistinguible de los otros– y, sobre todo, su versatilidad en las asociaciones que puede formar hace que no se encuentre jamás en su forma pura en la naturaleza.

Por lo tanto, es uno de esos elementos con los que hemos convivido durante milenios hasta darnos cuenta de que estaba ahí. A pesar de que otros metales de transición son tan reactivos como él, el cobalto ha sido más difícil de descubrir que otros porque no es tan abundante como ellos, aunque sí lo suficiente como para que lo utilizásemos sin darnos cuenta durante mucho tiempo, debido a que cantidades minúsculas de este metal hechizado son capaces de… pero bueno, bueno, que me adelanto a la historia.

Hemos visto ya en la serie que muchos metales de transición, en sus estados oxidados, tienen colores muy bellos, como sucedía con el pancromio, más conocido como vanadio. En el caso del cobalto, varios de sus compuestos de oxidación tienen un color azul bellísimo, que seguramente has visto muchas veces porque se sigue empleando para tintar vidrio, entre otras cosas. De hecho, hemos encontrado cerámica y vidrio tintados con compuestos del cobalto y fabricados alrededor del 2000 a.C.

Aunque no sabemos las rocas de donde extraían estos compuestos, hay cerámicas y vidrios tintados de este modo fabricados por los antiguos egipcios, persas, griegos, chinos…, prácticamente todo el mundo lo empleó durante mucho tiempo. Tanto es así que este color azul propio de algunos compuestos del cobalto es la “marca de la casa” de ciertos tipos de cerámica china, por ejemplo. Sin embargo, nadie tenía ni idea de quién estaba realmente dando el color azul a estos objetos.

Tetera china del siglo XIV tintada con cobalto (World Imaging/CC Attribution-Sharealike 3.0 License).

Desde luego, muchos ni se lo planteaban: al fundir ciertas rocas con el vidrio o la cerámica, aquello se volvía azul, ¿qué más daba la razón? Otros sí trataron de descubrir el porqué de ese color azul, pero llegaron a una conclusión errónea, como veremos en un momento. El problema es que, como he dicho antes, el cobalto no es muy abundante: menos del 0,003% de la corteza terrestre es cobalto; además, es difícil aislarlo y, para terminar de confundir la cosa, suele estar asociado, en las rocas, a otros metales conocidos antes que él.

En el caso de la cerámica y el vidrio azules, el cobalto solía estar asociado a un metal conocido desde la Antigüedad, el bismuto –del que hablaremos cuando le toque su turno en la serie, por supuesto–. Al encontrar casi siempre bismuto, un metal conocido, en las rocas que proporcionaban el color azul a estos objetos, la conclusión general era clara: el responsable del color azul era el bismuto. Fin de la cuestión durante siglos.

De hecho, durante muchísimo tiempo no se descubrió ningún metal nuevo, y probablemente ésa es una de las razones de que tampoco se descubriera el cobalto hasta muy tarde. Es una de esas situaciones en las que la pescadilla se muerde la cola: como no se descubre ningún metal nuevo, todo el mundo supone que la razón es que ya se conocen todos, no hay más metales nuevos. Como consecuencia, cualquier anomalía suele justificarse por uno de los metales ya existentes, ¡porque no hay más, todo el mundo lo sabe! Y así, claro, nadie descubre ningún metal nuevo y la idea falsa de que no hay ninguno persiste.

Georgius Agricola (1494-1555).

En el siglo XVI, un viejo amigo de la serie, Georgius Agricola, del que hablamos al hacerlo del flúor, llegó a esta misma conclusión errónea: el bismuto estaba presente en cantidades considerables en las rocas que proporcionaban el color a las cerámicas y vidrios en cuestión, luego era el responsable del color. Irónicamente, el propio Agricola había descrito una roca diferente y que este extraordinario mineralogista pensaba que no tenía nada que ver con el azul de las cerámicas: el cobaltum.

Los mineros alemanes conocían muy bien esta otra roca (en realidad, más de una diferente, pero bueno), y maldecían su nombre. Se trataba de un mineral que se encontraba en las minas junto a menas útiles de hierro y níquel, a menudo mezclada con ellas y similar a muchas otras. ¡Pero no era realmente como las demás! Esta roca maldita no sólo no proporcionaba metales útiles al procesarla –se obtenía un polvo sin valor alguno en vez de un metal–, sino que era incluso peligrosa: pulverizada era tóxica, y era corrosiva en el contacto con la piel.

Una roca parecida a otras útiles pero inútil y venenosa… la conclusión de los mineros era clara: se trataba originalmente de una roca normal, pero había sido transformada en este horror tóxico por los kobolds de las minas, unas criaturas mágicas y caprichosas. Había kobolds de muchos tipos, no sólo en las minas –en los barcos, en las casas, en los bosques, etc.–, con lo que su existencia explicaba casi cualquier cosa que pudieras imaginar: ¿se ha agriado la leche? Kobolds enfadados. ¿Encontramos una mena excelente en la mina? Kobolds amigables. En las minas, estas criaturas eran responsables de prácticamente todo lo inexplicable: ruidos extraños, minerales inusuales, explosiones de gas, lo que fuera.

Heinzelmann, el kobold doméstico del Castillo de Hudemühlen.

De modo que esta roca maldita era la roca de los kobolds, es decir, el cobaltum. Lo que los mineros no sabían, claro está, era que se trataba de una roca normal y corriente que llevaba ahí millones de años, y no era el producto de ningún hechizo por parte de criaturas mágicas. Hacía falta otra manera de mirar el problema, más profunda que la de Agricola y menos supersticiosa que la de los mineros.

Hizo falta esperar hasta el siglo XVIII para obtener la respuesta a la naturaleza del cobaltum y corregir la anterior respuesta errónea sobre el color de las cerámicas y vidrios azules. De modo que viajemos hasta la Suecia de 1730, uno de esos lugares y momentos de la Historia en los que la fertilidad científica es apabullante. Y ya que estamos allí, vayamos, por supuesto, a una mina.

La mina en cuestión era propiedad de un tal Georg Brandt, y lo hizo rico: Brandt encontró grandes cantidades de cobre y hierro. En la mina, desde luego, había kobolds, puesto que también allí se encontraba la roca maldita que podía ser venenosa y no producía ningún metal útil, sino ese estúpido polvo. No creo que esto preocupase mucho a Brandt, que no tenía que lidiar con ese cobaltum, pues era el propietario, no un minero, pero supongo que la existencia de esa roca era a veces tema de conversación, y parece ser que su hijo, del mismo nombre que el padre, lo recordaría más adelante. Imagino, por lo tanto, que la historia de los kobolds se había extendido por más sitios y no era únicamente alemana.

Roca hechizada por kobolds, alias cobaltita (Rob Lavinsky/CC 3.0 Attribution-Sharealike License).

Georg Brandt hijo se convertiría, años más tarde, en un mineralogista de primera, y sería una verdadera autoridad en la Casa de la Moneda de Estocolmo. Su conocimiento de los metales y aleaciones, además de las rocas de las que se obtenían, era extensísimo. Y, entre muchas otras cosas, Brandt se puso a estudiar el cobaltum de Agricola para determinar la verdadera razón de sus curiosas propiedades. Para ello realizó multitud de procesos con él, a altas temperaturas, tratando de separar sus distintos componentes.

Hoy en día sabemos, en gran parte gracias al trabajo de Brandt, aunque los mineros alemanes y Agricola lo desconocieran, que las rocas que llamaban cobaltum –y que hoy llamamos cobaltita– tenían esas propiedades debido a que estaban formadas por una combinación de cobalto, arsénico y azufre. La toxicidad de estas rocas se debía precisamente al arsénico que había en ellas, y no a un hechizo; la razón de que no se obtuvieran metales útiles era que, al realizar el mismo proceso que con otras rocas, el resultado era óxido de cobalto (II), CoO, que es un polvo nada impresionante.

De hecho, al tratar inicialmente el cobaltum, Brandt obtuvo lo mismo que todo el mundo: óxido de cobalto. Sin embargo, el sueco no se quedó ahí, e intentó aislar los elementos existentes en ese polvo. Al calentarlo a altísimas temperaturas en presencia de carbón vegetal, Brandt obtuvo un metal cuyas propiedades no coincidían exactamente con las de ninguno de los metales conocidos. A lo largo de los años siguientes, Brandt publicó varios escritos con los detalles de lo que iba descubriendo: el primero de ellos en 1735, el más detallado en 1748, Cobalti nova species examinata et descripta (El cobalto, nuevo elemento examinado y descrito). Brandt había descubierto el primer metal nuevo en mucho, mucho tiempo; tanto tiempo que Georg Brandt es el primer descubridor conocido de un metal. Aunque él obtuvo pequeñísimas cantidades de cobalto, su aspecto es algo así:

Cobalto al 99% (Alchemist-hp/Free Art License).

Como ves, su apariencia es muy mundana. El nombre, claro, es a la vez interesante y poco acertado: por una parte, no era el cobalto el responsable de las propiedades “hechizadas” del cobaltum, sino que lo era el arsénico. Sin embargo, que un elemento lleve el nombre de criaturas feéricas es algo estupendo y tiene mi total aprobación. Por cierto, no es el único, pero eso es otra historia y tendrá que esperar a otra ocasión: benditos sean los mineros alemanes y sus supersticiones.

Durante las numerosas manipulaciones y los experimentos realizados por Brandt con el nuevo elemento, se dio cuenta de algo muy curioso: bastaba añadir una minúscula cantidad de ciertos compuestos de cobalto al vidrio para darle un color azul bellísimo –el que hoy denominamos, por cierto, azul de cobalto–. Al examinar los compuestos que daban este color a vidrios y cerámicas, el sueco observó que en todas las ocasiones había cobalto presente (sus antecesores simplemente no habían sabido detectarlo), y no hacía falta bismuto para proporcionar ese color. Brandt no sólo había desentrañado el misterio del cobaltum, sino también corregido el error ancestral de asignar al bismuto la responsabilidad de ese color azul.

Azul de cobalto, CoAl₂O₄ (dominio público).

A partir de entonces, y sobre todo en el siglo XIX, el nuevo metal fue extraído y empleado de forma industrial precisamente para este propósito, ahora ya de forma consciente. El compuesto más empleado para ello era –y creo que sigue siendo– el aluminato de cobalto (II), CoAl₂O₄. La industria del cobalto no era voluminosa, pues no hacía falta una gran cantidad del metal para proporcionar este bello color, pero se trataba ya de un metal extraído industrialmente, y aunque el público en general no conociera la causa, estaban familiarizados ya con botellas de este color –incluso algunas marcas de licor las empleaban como elemento distintivo–.

Vidrio tintado con cobalto (dominio público).

Sin embargo, la principal utilidad industrial del cobalto sería otra bien distinta. En el siglo XIX se experimentó con aleaciones de muy diversa índole, una vez que se hizo obvio que añadir pequeñas cantidades de ciertos metales proporcionaba al acero diferentes propiedades, algunas muy útiles. El cobalto resultó proporcionar al acero resistencia a la corrosión y una mayor tolerancia a altas temperaturas. De modo que, poco a poco, fue aumentando el consumo de cobalto — pero no por el bello color azul de sus compuestos oxidados sino por la más vulgar, pero mucho más útil, capacidad de mejorar el acero en aleación.

Hoy en día la mayor parte del consumo de cobalto se destina precisamente a aleaciones: forma parte de piezas en motores de avión, prótesis médicas –como también sucedía con el titanio, ¿recuerdas?–, etc. Se sigue utilizando en menor cantidad para dar color a pigmentos, igual que antes, además de como catalizador en ciertas reacciones químicas, pero no hay comparación con su uso en aleaciones, que es lo que ha catapultado su producción mundial según ha ido aumentando el consumo de aceros durante el siglo XX:

Producción mundial de cobalto en toneladas métricas por año (dominio público).

Casi la mitad, por cierto, proviene de minas en la República Democrática del Congo, muy lejos de las minas alemanas que le dieron nombre. Pero, ya que no fue producido por criaturas subterráneas, ¿de dónde proviene este feérico metal?

Hombre, como todos los demás, de las estrellas, pero en este caso, a diferencia del hierro, no es posible que una estrella produzca cobalto durante su secuencia principal, es decir, durante la vida normal de la estrella. Es más, muy pocas estrellas pueden producir cobalto en ningún momento de su existencia. La razón la vimos al hablar del hierro, pero es básicamente que la transmutación de otros elementos en cobalto mediante la fusión es un desastre energético: consume mucha más energía de la que produce.

Por lo tanto, sólo hay un momento y lugar en el Universo en el que puede producirse cobalto: durante el colapso en supernova de una estrella gigantesca (allí hablamos también de la nucleosíntesis de elementos más pesados que el hierro). El proceso por el que se produce el cobalto es uno de los dos procesos de nucleosíntesis de elementos más pesados que el hierro: se denomina proceso-r, por “rápido”, porque hay otro más lento que él. Justo tras el colapso de la supernova, se liberan neutrones libres en una cantidad ingente: unos 10²² neutrones por cada cm² y segundo. Muchísimos de ellos son absorbidos por núcleos cercanos y, aunque se forman núcleos inestables, el ritmo al que se reciben neutrones es tan grande que supera a la desintegración de los formados, de modo que al final se acaban formando, en muchos casos, núcleos estables de multitud de elementos, entre ellos el cobalto.

Finalmente, parte de esos núcleos salen despedidos cuando la supernova termina, y al cabo de muchos eones acaban en un sistema estelar distinto de una “generación estelar” posterior, como el nuestro. Sí, cuando la estrella se hunde sobre sí misma a un 23% de la velocidad de la luz, alcanza una temperatura cien mil veces mayor que la del núcleo del Sol y desencadena el proceso más violento y terrible que conocemos, entre otras cosas se producen átomos que utilizamos después para volver azules nuestras botellas. ¿No es el Universo maravilloso?

Me respondo yo mismo: sí lo es. Este elemento hechizado, producido durante el cataclismo estelar, desempeña un papel fundamental en nuestra vida, independientemente de botellas o cerámicas azules y aleaciones siderúrgicas. Al igual que una minúscula cantidad de cobalto puede cambiar el color de un vaso, una ínfima cantidad del metal es necesaria para nosotros: forma parte de la estructura de la cobalamina o vitamina B-12. No es algo que sirva únicamente en una parte de tu cuerpo — todas y cada una de las células necesitan cobalamina para realizar multitud de funciones correctamente, como nada más y nada menos la síntesis de ADN.

Vitamina B-12 (dominio público).

Las buenas noticias son que la cantidad de cobalto necesaria es muy pequeña, y con una dieta normal ingerimos la suficiente cantidad de este oligoelemento como para no tener que preocuparnos por el asunto. Es más –y los mineros alemanes que lean esto alzarán la ceja, finalmente resarcidos–, el cobalto puede ser peligroso en grandes cantidades; por otro lado, casi todo es peligroso en grandes cantidades. En el caso de este metal, afortunadamente, la cantidad necesaria es de unos cuantos gramos, y nadie consume tal cantidad de cobalto en circunstancias normales.

Aparte de reacciones alérgicas, que son más raras que a otros metales como el níquel, la ingesta excesiva de cobalto puede producir daños en los músculos cardíacos. Hace unas décadas se produjeron varias intoxicaciones debido al uso del metal para estabilizar espuma de cerveza –pero eso está prohibido hoy en día–, y a veces se producen inhalaciones excesivas de polvo de cobalto por parte de trabajadores que producen carburo de tungsteno (en el proceso se emplea cobalto). En resumen: que hoy en día, llevando una vida normal, no hay problema alguno con el cobalto. Los kobolds estarán decepcionados.

En la siguiente entrega de la serie seguiremos con otro metal de transición, el elemento de veintiocho protones: el níquel.

Para saber más:

• Cobalto / Cobalt

En la última entrega de la serie sobre los Premios Nobel hablamos sobre el galardón de Física de 1909, otorgado a Gulglielmo Marconi y Karl Ferdinand Braun por el desarrollo de la telegrafía sin hilos. Hoy seguimos nuestro recorrido por estos premios con el Premio Nobel de Química del mismo año, 1909, otorgado en este caso a Wilhelm Ostwald, en palabras de la Real Academia Sueca de las Ciencias,

En reconocimiento a su trabajo sobre catalizadores y sus investigaciones acerca de los principios fundamentales que gobiernan los equilibrios químicos y las velocidades de reacción.

Como nos ha pasado otras veces, seguramente leer la descripción del Premio no revela la tremenda importancia de lo que hay detrás, aunque en este caso mi impresión es que Ostwald tal vez no merecía el Nobel tanto más que otros investigadores en este campo (luego veremos por qué). Y, como también nos ha pasado otras veces –casi todas– no podemos hablar de Ostwald y su descubrimiento sin retroceder unas cuantas décadas para comprender la situación antes de que llegara el alemán. Como siempre, no supongo que tengas conocimientos de Química, pero sí que tienes paciencia y comprensión — dicho esto, viajemos a principios del siglo XIX, cuando la Química estaba aún en pañales.

Por entonces se habían estudiado ya de manera concienzuda multitud de reacciones químicas; se sabía que algunas sustancias, al ponerse en contacto entre sí, formaban otras nuevas, mientras que otras parecían no reaccionar en absoluto. También se sabía que, en algunos casos, la reacción era rápida y violenta, y en otros lenta y suave. Nadie se había preocupado aún de cuantificar estas características, pero los químicos se habían percatado ya de algo muy curioso: había algunos compuestos que no parecían reaccionar entre sí pero, sin embargo, si se añadía un compuesto nuevo determinado a la fiesta como “invitado”, entonces sí reaccionaban con entusiasmo… pero, al terminar la reacción, aunque los compuestos originales se habían gastado, el compuesto nuevo seguía ahí, igual que antes.

También pasaba a veces que varios compuestos sí reaccionaban entre sí, pero muy lentamente… salvo que se añadiese una vez más un compuesto “invitado”; al hacerlo, la reacción era mucho más violenta y, una vez más, cuando terminaba, el compuesto “invitado” seguía ahí, como si tal cosa, sin haberse consumido como los demás. Como puedes comprender, se trata de algo que puede resultar muy útil para la industria, ya que en muchos casos se quieren realizar reacciones químicas para producir algo como resultado final, y cuanto más rápida sea la reacción más cantidad se produce en un tiempo determinado.

Muchos químicos consideraron esto como una mera curiosidad y, puesto que no se conocían muchos casos de este fenómeno, los calificaron de excepciones y a otra cosa, mariposa. La industria, sin embargo, aunque no entendiera por qué sucedía esto, utilizó los casos contados en los que funcionaba. Por ejemplo, al producir ácido sulfúrico –que empezaba a ser ya un compuesto fundamental en la industria química naciente– si se utilizaba platino era posible, sin gastar el platino, que era el “compuesto invitado” producir el ácido mucho más rápido que sin él. El resultado final era igual, pero la rapidez mucho mayor lo hacía un método mucho más eficaz; claro, hacía falta una inversón extra para conseguir el platino, pero el metal no se gastaba porque era un mero “invitado”, con lo que no hacía falta estar comprándolo todo el tiempo.

Como digo, eran casos sueltos, curiosidades. Algunos químicos estudiaron varios de estos casos concretos en más detalle, y uno de los padres de la Química moderna tuvo la suficiente visión como para fijarse en todos esos casos concretos y extraer la clave del fenómeno. Ese químico era el sueco Jöns Jacob Berzelius, quien es probablemente merecedor de uno o más Premios Nobel, pero murió cincuenta años antes de que estos galardones nacieran. A pesar de tener la apariencia del malo en una novela de Dickens, era un auténtico genio: no sólo descubrió los elementos silicio, torio, cerio y selenio, sino que a él debemos los términos proteína, catálisis, isómero, polímero, alótropo, así como la distinción entre compuestos orgánicos e inorgánicos y muchos logros más.

Jöns Jacob Berzelius (1779-1848).

Berzelius, que fue Secretario de la Real Academia Sueca de las Ciencias durante cuarenta años, desde 1808 hasta 1848, leía prácticamente todos los artículos de Química publicados en Europa, con lo que se había topado con referencias a estas reacciones con “compuesto invitado” en artículos de Kirchhoff, Döbereiner, Thénard o Humphry Davy. Por razones que desconozco parece haberse dejado un artículo sin leer –o no comprendió su importancia–, publicado en 1806 por dos científicos franceses… pero de ese artículo hablaremos después.

Tal vez lo que disparó el interés de Berzelius fue un experimento realizado por uno de sus propios alumnos, Eilhard Mitscherlich, que estaba estudiando la transformación de alcohol en éter. Mitscherlich había observado que, si se añadía ácido sulfúrico a la reacción, ésta se producía mucho más deprisa; además, sí, lo has adivinado — al terminar, el ácido seguía ahí como si no hubiera roto un plato, sin consumirse como el alcohol. Berzelius se dio cuenta, por tanto, de que tantos “casos raros” no podían ser simplemente eso, sino que había una propiedad química común a todos ellos.

Explicado con una analogía estúpida y absurda –mía , no de Berzelius, claro–, la cosa es algo así. Imagina que invitas a una serie de personas a una fiesta para intentar emparejarlas (no me preguntes por qué quieres formar parejas). Sin embargo, la fiesta no tiene mucho éxito y casi todo el mundo charla un poco pero cada uno acaba yéndose solo a su casa. Se forma alguna pareja, pero nada espectacular. Pero, en otra ocasión, montas una segunda fiesta y, en este caso, invitas a tu primo Eulalio. Y esa noche, ¡sorpresa!, con la presencia de Eulalio, todo cambia. La gente empieza a hablar y reírse rápidamente, forman relaciones de forma impetuosa y todos se vuelven a casa emparejados. Todos, menos Eulalio, que termina tan solo como empezó la fiesta.

También se daba el caso contrario: montas una fiesta y unas cuantas personas acaban emparejadas. Sin embargo, si a la fiesta invitas a tu prima Bruna, la cosa cambia. La gente apenas habla, hay un ambiente raro, y al final todos se vuelven a casa solos –incluida Bruna, por supuesto–. Y lo más interesante de todo, desde la Química de esta época, incluida la del propio Berzelius: nadie tenía ni idea de cuál era la razón, ni cuál era la influencia de Bruna o Eulalio –o las sustancias que fuesen– sobre la reacción. ¿Por qué la presencia de platino al producir ácido sulfúrico aceleraba la producción del ácido? ¿Cómo se producía esa aceleración? Si el platino no formaba parte de ella, ya que al final se quedaba como al principio, ¿qué había hecho exactamente?

En 1836, Berzelius publicó sus conclusiones sobre todos estos procesos. El sueco los denominó procesos catalíticos y al fenómeno catálisis, del griego καταλύειν, “desatar”. Las sustancias que actuaban de este modo –Eulalia, Bruno, el platino, lo que fuese– eran entonces catalizadores, y su efecto era el de desencadenar, acelerar o ralentizar una reacción química sin ser ellos mismos modificados en modo alguno durante la reacción. En palabras de Berzelius,

La fuerza catalítica parece consistir en la capacidad de determinadas sustancias para activar las afinidades potenciales a esta temperatura por su mera presencia y afinidad, y como resultado, los elementos se estructuran de una manera diferente de modo que se produce una mayor neutralización electroquímica.

Berzelius no sabía cuál era la naturaleza del mecanismo catalítico: su definición era una simple descripción de lo que se notaba macroscópicamente, y era consciente de que hacía falta avanzar para lograr una explicación racional y empírica de lo que pasaba microscópicamente. Sin embargo, otro químico, el alemán Justus von Liebig, cuya reputación era muy grande por sus trabajos en Química orgánica, era de diferente opinión. Von Liebig pensaba que lo que sucedía era que una sustancia se descomponía por ser inestable y, al hacerlo, inducía a otras sustancias a descomponerse a su vez, como si la imitasen, de modo que se desencadenaba la reacción que, de otro modo, no se hubiera producido. No sé cómo explicaba von Liebig los catalizadores negativos, estilo prima Bruna, ni por qué su explicación fue aceptada de manera generalizada frente a la de Berzelius.

Sí sabemos que von Liebig era un científico extraordinario, y sus aportaciones a la Química orgánica, fundamentales. Berzelius y él estaban en desacuerdo en muchas cosas, y la verdad es que en la mayoría de los casos el joven alemán tenía razón; Berzelius pensaba, por ejemplo, que había una diferencia esencial entre los procesos orgánicos e inorgánicos, y que nunca sería posible formar sustancias orgánicas en un laboratorio, mientras que von Liebig pensaba que no existía tal diferencia esencial, sino que sería posible formar sustancias orgánicas artificialmente. Con el paso de los años, las ideas de von Liebig –más avanzadas, en general, que las de Berzelius– fueron ganando aceptación, y su reputación creció a la par que decrecía la de Berzelius.

Justus von Liebig (1803-1873).

Sin embargo, en este caso particular, Berzelius tenía razón y von Liebig no, y tal vez ese factor hizo que venciese el concepto de von Liebig frente al del sueco. La definición de Berzelius era menos concreta y ambiciosa que la del alemán: se limitaba a describir el fenómeno. Sin embargo, von Liebig daba una explicación más concreta –la descomposición que induce otras descomposiciones–, pero errónea, aunque no se supiese entonces. Y es mejor no tener una explicación de un fenómeno que tener una mala explicación, ya que en el primer caso sigues buscando, pero en el segundo tal vez no, de modo que la cosa se estanque con una explicación incorrecta. Y eso fue exactamente lo que pasó en el caso de la catálisis: la explicación errónea de von Liebig ganó, y las cosas se quedaron prácticamente paradas durante mucho tiempo.

Berzelius era consciente de esto, y no le gustaba un pelo la explicación de von Liebig:

Obtenemos así una explicación ficticia mediante la que creemos haber entendido lo que todavía no podemos comprender, y de este modo la atención se desvía de este asunto aún por explicar, con lo que permanece inexplicado más tiempo. Me gustaría repetir una vez más lo que ya he dicho a menudo en el pasado: que en la Ciencia, las explicaciones ficticias y prematuras llevan invariablemente a desviarse del camino, y que el único método de obtener conocimiento positivo es dejar lo incomprensible sin explicar hasta que, tarde o temprano, la explicación aparezca por sí misma a partir de hechos tan obvios que sea muy difícil que aparezcan opiniones divididas sobre ellos.

El sueco tenía razón: aún no era posible explicar correctamente los fenómenos catalíticos, porque hacía falta desarrollar conceptos que áun no existían. El concepto clave era tan obvio que parece una tontería que no existiese aún, pero nadie había formulado aún una definición rigurosa de él: se trataba de la velocidad de reacción, una magnitud que midiese la rapidez con la que se produce una reacción química y algo esencial para explicar la catálisis, que no era sino la modificación de esa velocidad de reacción mediante la presencia de determinadas sustancias.

El primero en atacar el problema fue el alemán Ludwig Ferdinand Wilhelmy, que estudió de manera cuantitativa la velocidad con la que se producía la conversión de sacarosa en fructosa y glucosa modificando diversos factores: aumentando la concentración de sacarosa, cambiando la temperatura y añadiendo un ácido como catalizador. Wilhelmy fue capaz de construir una ecuación que describía la velocidad de la reacción en función de estos factores y, con ello, dio el primer paso hacia una verdadera cinética química, sin la que la catálisis era algo inexplicable, como había predicho Berzelius.

A pesar de que Wilhelmy incluyó la concentración de ácido en la velocidad de reacción de descomposición de la sacarosa, no mencionó la palabra catalizador ni trató de explicar la razón de que el ácido acelerase la reacción sin, aparentemente, tomar parte en ella. Su artículo sobre la velocidad de reacción, por cierto, no despertó demasiado interés al principio: harían falta décadas para comprender su importancia. Para ello haría falta la llegada de nuestro galardonado de hoy – Wilhelm Ostwald.

Wilhelm Ostwald (1853-1932).

Ostwald nació en 1853 en Riga –en la actual Letonia, aunque por entonces era parte del Imperio Ruso–, aunque sus padres eran prusianos. Sus padres no tenían formación universitaria, pero el joven Ostwald se graduó en la Universidad de Tartu, en Estonia, y obtuvo su doctorado en la misma Universidad en 1878. Tras pasar su juventud en las orillas del Báltico, enseñando durante unos años en Tartu y en el Instituto Politécnico de Riga, en 1887 se mudó a Leipzig, donde permanecería hasta su muerte.

El principal interés de Ostwald era la Química física, de la que hemos hablado ya varias veces en esta serie, ya que el final del siglo XIX fue el momento en el que nació como disciplina. De hecho, se considera a Wilhelm Ostwald como uno de los tres padres de la Química física; los otros dos ya son viejos conocidos nuestros, Svante Arrhenius y Jacobus Henricus van ‘t Hoff. Como ya mencionamos al hablar de Arrhenius, la relación entre los tres científicos era excelente, y colaboraron juntos en diversas ocasiones. De hecho, aunque no dudo de la capacidad de Ostwald, sospecho que su Nobel se debe más a la influencia de Arrhenius que a ningún otro factor, ya que el sueco tenía un gran poder en la organización por entonces.

Svante Arrhenius (izquierda) y Wilhelm Ostwald (derecha).

Ostwald estaba particularmente interesado en los ácidos y bases y la teoría de Arrhenius para explicar su naturaleza y comportamiento mediante la disociación en iones libres –algo de lo que ya hablamos en el artículo dedicado a su Nobel–. Era ya conocido el hecho de que había ácidos más fuertes –como el sulfúrico– y otros más débiles –como el cítrico–, pero Ostwald quería obtener un modo de medir cuantitativamente esa fuerza. Para ello realizó diversos experimentos con distintos ácidos en reacciones en las que tomaban parte, entre ellas algunas en las que actuaban como catalizadores.

Cuanto más fuerte era un ácido, independientemente de cuál fuera en concreto el ácido, más intensa parecía ser su acción como catalizador. De modo que a Ostwald se le ocurrió que sería posible cuantificar la fuerza de los ácidos midiendo la velocidad con la que se producían las reacciones catalizadas por ellos, entre otros métodos. Para ello hacía falta el concepto de velocidad de reacción de Wilhelmy, pero ampliado y detallado más allá de donde había llegado él. De modo que Ostwald se dedicó a pulir y ampliar el concepto de velocidad de reacción definido por el alemán hasta crear una auténtica cinética química, es decir, un aparato conceptual capaz de describir cuantitativamente y en detalle todos los aspectos relacionados con el ritmo con el que se producen las reacciones.

Al aplicar estos conceptos a multitud de reacciones químicas, y de manera “lateral”, ya que su interés inicial había sido el estudio de ácidos y bases, Ostwald se dio cuenta de que las ideas de Justus von Liebig, aunque hubieran derrotado a las de Berzelius, no eran correctas. Von Liebig sostenía que las reacciones catalizadas se acababan produciendo porque la descomposición de una sustancia inducía la descomposición de otras, de modo que sin la descomposición de la primera no se producía la de las otras. Sin embargo, Ostwald había medido la velocidad de reacción de muchos procesos diferentes de manera muy meticulosa, y se había dado cuenta de algo interesante.

Wilhelm Ostwald en el laboratorio.

No existía ni una sola reacción en la que el catalizador desencadenase el proceso. Dicho de otro modo, si la reacción no se producía, la presencia de un catalizador no hacía que se produjese — no cambiaba nada, ni se inducía la descomposición de nadie. Lo que sí sucedía era que una reacción que ya se estaba produciendo sin la presencia del catalizador se produjera más rápidamente. Pero entonces ¿de dónde había sacado von Liebig la idea del desencadenamiento de la reacción?

La razón era simple una vez las medidas se hacían con el suficiente cuidado: había algunas reacciones químicas tan lentas que era casi imposible percibir que se estaban produciendo. Al añadir el catalizador, la reacción se aceleraba lo suficiente para ser perceptible con facilidad, con lo que a primera vista el catalizador era quien la desencadenaba. Pero claro, la realidad era otra bien distinta: el catalizador simplemente la aceleraba hasta que podíamos percibirla, ¡la reacción ya estaba produciéndose antes!

Jöns Jacob Berzelius, con su definición de catálisis más modesta y limitada conscientemente, tenía razón, y von Liebig había metido la pata. Y habían hecho falta unos 50 años para que nos diésemos cuenta, gracias a la introducción del concepto de velocidad de reacción creado por Wilhelmy y perfeccionado por Ostwald. Se trató casi del cumplimiento de la profecía de Berzelius cuando decía que era mejor esperar a que las cosas estuvieran claras antes de dar una explicación errónea y aventurada.

Jacobus Henricus van ‘t Hoff (izquierda) y Wilhelm Ostwald (derecha).

La nueva definición de catalizador de Ostwald, basada en la velocidad de reacción, era parecida a la de Berzelius: un catalizador es una sustancia que produce un aumento o disminución de la velocidad de reacción y que al terminar ésta permanece como estaba al principio. Sin embargo, el carácter cuantitativo de la definición de Ostwald permitió a los científicos avanzar en la cinética química y el estudio de los procesos catalíticos de un modo que había sido imposible antes.

Pero esto no resolvía el principal problema: ¿qué hacía un catalizador para acelerar o ralentizar una reacción, si parecía no tomar parte en ella? Curiosamente, para responder a esa pregunta no debemos continuar avanzando en la historia, sino que debemos retroceder.

Como recordarás, Berzelius había hecho acopio de multitud de publicaciones sobre procesos que podrían ser catalíticos para extraer conclusiones sobre ellos. Por alguna razón, entre esos estudios no estaba uno realizado por dos franceses, Charles Bernard Desormes y su yerno Nicolas Clemént. Estos dos científicos franceses son conocidos fundamentalmente porque lograron determinar experimentalmente el valor de la constante adiabática del aire, pero en 1806 estos dos individuos postularon una posible explicación de los fenómenos catalíticos aplicados a un caso concreto. Berzelius no conocía estas conclusiones, o no las consideró importantes, pero tras la base establecida por Ostwald fue posible realizar experimentos que demostraron que Desormes y Clément tenían razón: en 1806 habían conseguido lo que ni von Liebig ni el propio Berzelius habían podido lograr — explicar la naturaleza de los procesos catalíticos, lo mismo que voy a intentar hacer yo aquí pero de un modo bastante más vulgar.

No he podido encontrar, por cierto, qué experimentos concretos demostraron la existencia de las reacciones intermedias por primera vez; en el discurso del propio Ostwald en 1909, el prusiano afirma que la explicación de Clément y Desormes parece la más sólida, pero no parece haber sido demostrada por entonces más allá de toda duda.

La clave de la cuestión según los dos franceses estaba en que, aunque la reacción pareciese la misma con el catalizador o sin él, salvo en la velocidad a la que se producía, la reacción no era igual. Aunque el catalizador permaneciese igual que al principio, como si hubiese sido un mero espectador de todo el proceso, el catalizador sí formaba parte de la reacción. ¿Cómo era posible entonces que todo empezase y acabase igual pero que todo fuese más rápido o lento? La razón, de acuerdo con Clemént y Desormes, era que la reacción original se producía por un camino distinto, con reacciones intermedias más favorables que la original. Veámoslo con Eulalio, nuestro primo en la fiesta.

Antes dijimos simplemente que con Eulalio en la fiesta se formaban más parejas, pero nunca nos fijamos exactamente en qué hacía Eulalio. La realidad, aunque fuéramos incapaces de verlo, es que Eulalio se ponía a hablar con alguien, establecía una relación con él y, cuando ambos estaban ya hablando animadamente, Eulalio le presentaba a su interlocutor a otro invitado de la fiesta y lo hacía todo con tal soltura que los otros dos, sin darse cuenta, empezaban a hablar como si se conocieran de toda la vida… ¡y acababan yéndose juntos a casa! Entonces, Eulalio se fijaba en algún otro invitado solitario, se ponía a hablar con él y después le presentaba a otro invitado… y así una y otra vez. Claro, al final Eulalio seguía solo, como al principio, pero no había estado solo todo el tiempo: se había juntado y separado varias veces con unos y otros, acelerando enormemente el proceso por el que llegaban a conocerse y emparejarse los demás.

Tal vez lo veas mejor con un ejemplo pseudo-matemático. Imagina que tenemos dos sustancias, A y B, y queremos que reaccionen para formar AB. Sin embargo, la reacción

A + B → AB

es lentísima. De modo que añadimos a Eulalio –quiero decir, la sustancia E–, que reacciona muy rápidamente con A:

A + E → AE

Pero la sustancia AE, al estar cerca de B, reacciona también rápidamente con ella:

AE + B → AB + E

¡Hemos obtenido AB muy rápidamente! Pero en vez de hacerlo en un paso lento, lo hemos hecho en dos muy rápidos. Si los escribimos juntos y sumamos ambas ecuaciones, de modo que AE aparezca en ambos lados –formándose y descomponiéndose– y podamos descartarlo para ver el resultado neto de la reacción total,

A + E → AE

AE + B → AB + E

A + B + E → AB + E

Tanto al principio como al final vemos E solo, como si no tuviera nada que ver con esto, ¡pero es porque no estamos percibiendo el paso intermedio en el que se forma y luego se descompone AE! Como puedes ver, E sí participa en la reacción, ¡ya lo creo que participa! Lo que pasa es que sufre dos “reacciones contrarias”, de modo que termina igual que empezó.

Lo maravilloso de esto, como dijimos antes, es que es posible acelerar o ralentizar reacciones sin gastar E, ya que siempre lo tenemos ahí al final, listo, como Eulalio, para emparejar a alguien más. Se trata de algo tan útil y, aunque nos costara tanto verlo, tan sencillo, que era inevitable que hiciera su aparición en la química de los seres vivos. Eso es, al fin y al cabo, lo que es una enzima: una proteína que actúa de catalizador de una o varias reacciones en el metabolismo. Por ejemplo, la lactasa cataliza la hidrólisis de la lactosa de la leche (y las personas que no producen lactasa suelen beber leche sin lactosa o no beber leche).

No olvides tampoco que los catalizadores pueden ser positivos –acelerando reacciones– pero también negativos: por ejemplo, es muy común utilizar catalizadores negativos de oxidaciones y putrefacciones en los alimentos envasados, de modo que cambien su composición química más lenta en vez de más rápidamente y de este modo duren más. Así, muchos conservantes son catalizadores negativos. Y es gracias a Wilhelm Ostwald, entre otros, que comprendemos este aspecto de las reacciones químicas y el ritmo al que se producen.

Eso sí, como puedes ver, hay multitud de nombres en la historia de la catálisis, y no tengo claro que Ostwald sea el principal. Si has leído toda la serie hasta ahora, te habrás dado cuenta de que no se me cae la baba con él como con otros científicos ganadores de un Nobel, pero es indudable que era un investigador de primera. El caso es que, si nos ha servido de excusa para pasar un buen rato hablando de estas cosas, bienvenido sea.

No quiero terminar, como siempre, sin dejar aquí el discurso de entrega del Premio Nobel de Química de 1909, pronunciado por el Doctor H. Hildebrand, Presidente de la Real Academia Sueca de las Ciencias el 10 de diciembre de ese mismo año:

Su Majestad, Sus Altezas Reales, damas y caballeros.

La Real Academia de las Ciencias ha decidido otorgar al ex-catedrático de la Universidad de Leipzig y Geheimrat, Wilhelm Ostwald, el Premio Nobel de Química de 1909 en reconocimiento a su trabajo sobre la catálisis y los estudios fundamentales asociados a él y centrados en los equilibrios químicos y las velocidades de reacción.

Ya en la primera mitad del siglo anterior se había observado en ciertos casos que podían inducirse reacciones químicas en sustancias que no parecían tomar parte en la reacción ellas mismas, y que en cualquier caso no sufrían alteraciones de ningún tipo. Esto llevó a Berzelius, en sus famosos informes anuales sobre el progreso de la Química de 1835 a realizar una de sus brillantes y no infrecuentes conclusiones, a partir de las que observaciones aisladas se agrupaban de acuerdo con un criterio común y se introducían nuevos conceptos en la Ciencia. Denominó este fenómeno catálisis. Sin embargo, el concepto de catálisis pronto recibió la oposición de otro bando igualmente eminente, que lo catalogó de inútil, y gradualmente cayó en un descrédito absoluto.

Unos cincuenta años más tarde, Wilhelm Ostwald realizó una serie de estudios para determinar la fuerza relativa de ácidos y bases. Intentó resolver este importantísimo asunto para la Química de diversas maneras, y todas ellas proporcionaron resultados consistentes. Entre otras cosas, descubrió que la velocidad con la que se producen diferentes procesos bajo la acción de ácidos y bases puede emplearse para determinar las fuerzas relativas de los últimos. Realizó multitud de medidas en esta línea, y al hacerlo estableció los cimientos del procedimiento de estudio de las velocidades de reacción, y examinó todos los casos típicos. Desde entonces, la teoría de las velocidades de reacción se ha convertido en algo más y más importante en la Química teórica; sin embargo, estos experimentos también proporcionaron una nueva luz sobre la naturaleza de los procesos catalíticos.

Después de que Arrhenius hubiese formulado su bien conocida teoría de que los ácidos y bases en disolución acuosa se disocian en iones y que su fuerza depende de su conductividad eléctrica o, más correctamente, de su grado de disociación, Ostwald comprobó la validez de esta idea midiendo la conductividad y, con ella, la concentración de los iones hidrógeno e hidroxilo con los ácidos y bases que había empleado en sus experimentos anteriores. Comprobó que la teoría de Arrhenius era correcta en todos los casos que investigó. Su explicación del hecho de que siempre encontrase los mismos valores para la fuerza relativa de ácidos y bases independientemente del método utilizado era que, en todos estos casos, los iones hidrógeno de los ácidos y los hidroxilo de las bases actuaban catalíticamente, y que la fuerza relativa de ácidos y bases estaba determinada únicamente por la concentración de estos iones.

Ostwald decidió, por tanto, realizar un estudio más profundo de los fenómenos catalíticos y extendió su campo de estudio también a otros catalizadores –como eran llamados–. Tras una investigación continua y consistente, logró formular un principio que describía la naturaleza de los catalizadores y que es satisfactoria para el estado actual de nuestro conocimiento, es decir, que la acción catalítica consiste en la modificación, por parte de la sustancia activa, de la velocidad a la que se produce una reacción química, sin que esa sustancia sea parte de los productos formados. La modificación puede ser un aumento, pero también una disminución, del ritmo al que se produce la reacción. Una reacción que de otro modo se produciría a un ritmo muy lento, tal vez necesitando años antes de alcanzar el equilibrio, puede ser acelerada mediante catalizadores hasta que se complete en un tiempo comparativamente corto, en algunos casos en uno o unos pocos minutos, o incluso en menos de un minuto, o viceversamente.

La velocidad de reacción es un parámetro medible y por lo tanto también son medibles todos los parámetros que la afectan. La catálisis, que anteriormente parecía ser un secreto escondido, se ha convertido por tanto en lo que se denomina un problema cinético y es accesible al estudio científico exacto.

El descubrimiento de Ostwald ha sido profusamente explotado. Además del propio Ostwald, un gran número de investigadores eminentes han entrado recientemente en este campo y el progreso es continuo y con cada vez mayor entusiasmo. Los resultados han sido verdaderamente admirables.

La mejor manera de revelar lo significativo de esta nueva idea es mediante el papel importantísimo –mencionado por primera vez por Ostwald– de los procesos catalíticos en todos los campos de la Química. Los procesos catalíticos son algo muy común, especialmente en la síntesis orgánica. Algunos sectores clave de la industria como, por ejemplo, la fabricación de ácido sulfúrico, la base de prácticamente toda la industria química, y la manufactura del añil que ha florecido de tal modo en los últimos diez años, se basan en la acción de catalizadores.

Sin embargo, un factor de incluso mayor peso, tal vez, es el conocimiento de que las denominadas enzimas, de una importancia extraordinaria en los procesos químicos en el interior de los organismos vivos, actúan como catalizadores y por lo tanto las teorías sobre el metabolismo animal y vegetal caen de pleno dentro del campo de la química catalítica. Como un ejemplo, los procesos químicos involucrados en la digestión son catalíticos, y pueden simularse paso a paso empleando catalizadores puramente inorgánicos. Además, la capacidad de varios órganos de transformar nutrientes de la sangre de modo que sean adecuados para las tareas específicas de cada órgano puede explicarse, sin ninguna duda, mediante la existencia de distintos tipos de enzimas dentro del órgano, capaces de realizar acciones catalíticas adaptadas a su propósito particular.

Aparte de esto, es extraño que algunas sustancias como el ácido cianhídrico, el cloruro mercúrico, el sulfuro de hidrógeno y otras que actúan como venenos extremadamente potentes sobre el organismo, también han sido observados neutralizando o “envenenando” catalizadores puramente inorgánicos como, por ejemplo, platino finamente pulverizado. Incluso mediante estas breves referencias debería quedar claro que, con la ayuda de la teoría catalítica de Ostwald, hemos adquirido una nueva manera de atacar complicados problemas en los procesos fisiológicos. Dado que estos procesos están relacionados con la acción enzimática en los organismos vivos, este nuevo campo de investigación es de una importancia para la humanidad que aún no puede ser comprendida completamente.

A pesar de que el Premio Nobel de Química es otorgado al Profesor Ostwald en reconocimiento a su trabajo con los catalizadores, es un hombre a quien el mundo químico debe mucho por otras razones. Mediante la palabra hablada y escrita él, más que tal vez cualquier otro, ha llevado a las teorías modernas a una rápida victoria, y durante varias décadas ha desempeñado un papel de liderazgo en el campo de la Química general. De otras maneras ha ayudado también al avance de la Química mediante su versátil actividad con numerosos descubrimientos y refinamientos en las esferas teórica y experimental.

Para saber más (esp/ing cuando es posible):

• Página oficial del Premio Nobel de Química de 1909
• Discurso de Wilhelm Ostwald
• Wilhelm Ostwald / WIlhelm Ostwald
• Catálisis / Catalysis

Sí, el hierro es un elemento cotidiano; hoy no voy a decir eso de “puede que no lo sepas, pero hoy has tocado hierro”, porque ya sabes perfectamente que sí, hoy con toda seguridad lo has tocado, ¡está por todas partes! Sin embargo, esta ubicuidad no debe hacernos olvidar lo maravilloso, casi mágico, de la presencia de hierro a nuestro alrededor… ¿de dónde ha salido todo este hierro?

Puede que ya conozcas la respuesta, especialmente si has leído La vida privada de las estrellas y, en particular, el artículo sobre las supernovas de tipo II, ya que es precisamente de ahí de donde proviene todo el hierro que tienes a tu alrededor. La energía que hace brillar a las estrellas e impide que su propia gravedad las colapse –en el caso de las grandes– es la de la fusión nuclear, mediante la que nuestro propio Sol, por ejemplo, consume núcleos de hidrógeno y produce helio y cantidades ingentes de energía.

La razón de esa producción de energía es, dicho mal y pronto, que la que contiene un núcleo de helio es menor que la de dos núcleos de hidrógeno separados: al formarse algo con menos energía que lo que había al principio, la energía sobrante se libera en forma de fotones muy energéticos y otras partículas, y como consecuencia, el Sol brilla. Algo parecido sucede, por ejemplo, cuando se fusionan núcleos de carbono para producir otros más pesados, como neón, aunque para eso hacen falta temperaturas y presiones mucho mayores que las existentes, ahora o en el futuro, en nuestra pequeña estrella — se producen núcleos más pesados cuya energía de enlace es menor que la de los núcleos atómicos originales antes de fusionarse, y el exceso de energía se libera.

Nebulosa del cangrejo, resto de la supernova de tipo II SN 1054 (NASA/ESA).

Podríamos pensar en ello así: una estrella consume hidrógeno, como nosotros podríamos quemar madera para producir energía –no se trata de una combustión, claro, sino de fusión nuclear, pero bueno–. La fusión del hidrógeno es una fuente extraordinaria de energía, pero llega un momento en el que se acaba el hidrógeno –la madera–. La estrella entonces hace una especie de “reciclaje”: consume las cenizas de la primera reacción (el helio o en nuestra analogía, las cenizas de la madera), ya que aún se obtiene algo de energía de ello. A continuación, aunque la cosa sea más difícil de imaginar, la estrella consume las cenizas de las cenizas, ya que aún es posible obtener algo de energía en esa reacción, y luego las cenizas de las cenizas de las cenizas… pero llega un momento en el que ya no se puede ir más allá: se tienen las “cenizas últimas”, cenizas que ya no pueden reaccionar de ningún modo que proporcione energía, como si todo el jugo energético se hubiera exprimido ya completamente. Pero ¿qué son esas “cenizas últimas” de las que no se puede extraer ya más energía por fusión?

Hierro.

El hierro es el final del camino. Esta disminución de energía de enlace respecto a los núcleos sueltos se produce en todos los elementos hasta el hierro-56, que se produce como resultado final de la fusión del silicio, como describimos al hablar de las supernovas de tipo II; algo que sucede a temperaturas y presiones inimaginables en el interior de estrellas supermasivas. El siguiente paso natural sería la fusión de hierro-56 y helio-4 para producir zinc-60… pero el zinc tiene más energía de enlace por nucleón que el hierro, no menos. Esto no quiere decir que no puedan producirse elementos más pesados, como el propio zinc, o uranio, o plata y oro, sino que para lograrlo no sólo no se libera energía, sino que hace falta absorberla.

No voy a seguir hablando aquí de lo que sucede cuando se va acumulando hierro en el núcleo de la estrella porque no es el objetivo de esta entrada, pero sí me gustaría que la próxima vez que tuvieras un trozo de “aburrido” hierro en la mano se te venga a la cabeza la imagen de su origen: la ceniza nuclear última en el núcleo de una estrella diez veces más masiva que el Sol, el resto final que precede a una supernova, el suceso más violento que hemos observado jamás. Y, además, que recuerdes que ese hierro ha llegado hasta tu mano tras su dispersión por la galaxia a causa de la propia supernova, ya que nuestro minúsculo y patético Sol nunca sería capaz de producir un elemento tan especial.

Pero no sólo es especial por su condición de “cenizas últimas”, sino también por la enorme cantidad que existe en nuestro planeta. Incluso al fijarnos en el Universo en general, hay hierro en cantidades enormes; nuestras estimaciones realizadas mediante la espectroscopía al observar los elementos que constituyen la Vía Láctea nos indican que el hierro es, en masa, el sexto elemento más común de la Galaxia, precedido de hidrógeno, helio, oxígeno, carbono y neón. Evidentemente, la cantidad de hierro es irrisoria comparada con la de hidrógeno… pero la cosa cambia mucho al fijarnos en nuestro propio planeta.

La razón es que el hierro es muy pesado; hay otros átomos aún más grandes, por supuesto, pero el hierro es especial en esto porque combina una gran densidad con una gran abundancia, lo que supone que, en la formación de los planetas a partir de planetesimales, una gran proporción de la masa de los planetas más pequeños resultó ser de hierro. En los más grandes, como Júpiter, la masa llegó a ser tan grande que la gravedad fue capaz de mantener enormes cantidades de elementos ligeros, pero no así en los pequeños, como la Tierra: en ellos, la mayor parte de la masa era del elemento más pesado disponible en grandes cantidades: hierro.

Por eso, el hierro es el elemento más común en la Tierra con mucha diferencia. Es, como he dicho al principio, el Rey. Sin embargo, no es el más común a nuestro alrededor, ya que nosotros vivimos en una región especial de la Tierra: sobre su corteza, donde se concentran los elementos menos densos. El hierro es de tal densidad que la mayor parte se hundió desde el principio hacia el centro del planeta, y constituye, junto con el níquel, el núcleo de la Tierra. Es como si nuestro planeta fuese, en cierto sentido, una bola densísima de hierro-níquel con algunos detritus “pegados” alrededor debido a la gravedad –entre ellos, nosotros–.

En la corteza terrestre, como digo, hay otros elementos más comunes, pero el hierro sigue siendo uno de los más frecuentes: situado tras el oxígeno, el silicio y el aluminio, el hierro es el cuarto elemento más común de la corteza. Por lo tanto, es algo con lo que hemos convivido desde antes de tener conciencia de ser seres humanos, pero hay un problema, como tantas otras veces: es dificilísimo encontrarlo puro.

Al igual que otros muchos metales de transición, de la “zona media” de la tabla, el hierro tiene varios estados de oxidación posibles, es decir, puede ser más estable ganando o perdiendo diferente número de electrones. Los dos más comunes, con diferencia, son +2 y +3, es decir, que el hierro alcanza la estabilidad librándose de dos o tres electrones –si es que encuentra átomos a su alrededor dispuestos a aceptar esos electrones, por supuesto–. En la corteza terrestre, prácticamente todo el hierro existe combinado con oxígeno, en forma de óxidos de hierro. Los dos más comunes son el óxido de hierro (II), FeO, y el óxido de hierro (III), Fe₂O₃, también conocidos como óxido ferroso y óxido férrico respectivamente. En pocos lugares caminarás sobre suelos en los que no existan uno, otro o los dos en mayor o menor medida.

Hematita (DanielCD/CC 3.0 Attribution-Sharealike License).

Las dos rocas más frecuentes en las que se encuentran estos óxidos –y por lo tanto hierro en la corteza terrestre– son la hematita y la magnetita. La hematita es Fe₂O₃ cristalizado, y aunque la hay de varios colores, es abundante la de tonos rojizos, de ahí su nombre, cuya raíz proviene del griego para sangre, como en hematología. Se trata de una roca muy común, y en los lugares en los que hay altas concentraciones de hematita se extrae comercialmente para obtener hierro de ella.

La magnetita es también muy conocida; se trata en este caso de una combinación de los dos óxidos, FeO·Fe₂O₃, a veces escrita Fe₃O₄. Es bastante menos llamativa que la hematita, y seguramente ni siquiera nos hubiéramos fijado demasiado en ella si no fuera porque es la sustancia más magnética de la Tierra… tanto que el propio nombre de magnetismo proviene de ella; a su vez, parece que la magnetita se llama así por haberse descubierto sus propiedades por primera vez en la región de Magnesia, en Tesalia, Grecia (una región, por cierto, que ha dado nombre a bastantes cosas, como el magnesio).

Magnetita y pirita (Archaeodontosaurus/CC 3.0 Attribution-Sharealike License).

Como he dicho antes, el problema no es encontrar hierro por ahí, sino conseguirlo puro. Su reactividad con el oxígeno es tan grande que casi siempre aparece combinado con él, lo cual nos impidió, a lo largo de una gran parte de nuestra existencia como especie, poder disfrutar de sus utilísimas propiedades. Afortunadamente para algunos, sí es posible encontrar hierro no oxidado en la Tierra, pero es extraordinariamente raro. Como recordarás si eres lector de los viejos, cuando recorrimos el Cinturón de Asteroides en El Sistema Solar hablamos acerca de los asteroides de tipo M o metálicos, no tan comunes como otros, pero importantísimos por su contenido en hierro-níquel. Como sucede con los demás tipos, de vez en cuando uno de estos asteroides intersecta la trayectoria de la Tierra; a veces se trata de un asteroide de tamaño suficiente para que una parte, aunque sea pequeña, alcance el suelo, y el resultado es espectacular. Imagino que, al encontrar uno de estos pedazos de hierro meteórico, completamente distintos de cualquier otro tipo de meteorito en apariencia, sería muy natural considerarlos un regalo de los dioses.

Catorce toneladas de hierro-níquel: Meteorito de Willamette (Dante Alighieri/CC 3.0 Attribution-Sharealike License).

Hemos encontrado algunos restos arqueológicos de aleación de níquel-hierro creados a partir de meteoritos; algunos datan de cinco mil años antes de nuestra era, pero se trata de “regalos de los dioses”: casualidad pura y dura de haber encontrado el metal tal cual, sin la tecnología necesaria para separarlo del oxígeno de una roca ferrosa. Algunas puntas de lanza egipcias y sumerias de alrededor de 4 000 a.C. son también de origen meteórico, y tampoco aquí puedo detener mi imaginación. En la época, la mayor parte de las armas, escudos y armaduras eran de bronce. Imagino que, al atacar utilizando armas de hierro meteórico, cuya dureza es muchísimo mayor, y observar cómo el bronce se deformaba y no era capaz de detener las armas de hierro, este material debe de haber parecido mágico, y las armas, objetos maravillosos, especialmente por lo únicas que eran. Se piensa, de hecho, que el hierro-níquel meteórico era bastante más caro que el oro, y con toda la razón.

Como tantos otros avances tecnológicos, la obtención de hierro a partir de sus rocas era algo inevitable, y seguramente se logró en varios lugares y momentos. Al fin y al cabo, ya lo hacíamos con el estaño y el cobre desde unos cuantos milenios antes, aunque es bastante más fácil debido a la temperatura de fusión y reactividad de uno y otro. El estaño se funde a unos 250 °C y el cobre a 1100 °C, mientras que el hierro lo hace a unos 1400 °C. Además, la tecnología necesaria no sólo involucra la temperatura: sí, cuanto más caliente, más fácil fundirlo, pero cuanta más temperatura, más fácilmente se produce la reacción con el oxígeno del aire y, por tanto, la formación de óxidos de hierro, que es justo lo que no queremos.

El caso es que, en el Oriente Medio del primer y segundo milenios antes de nuestra era, las culturas que iban logrando obtener hierro ellas mismas, o que comerciaban para comprarlo, tenían una ventaja extraordinaria contra las demás. Exagerando, era como lograr armas de fuego en un mundo que utilizase flechas, o bombas nucleares en un mundo que utilizase granadas: un soldado pertrechado con armas y armadura de bronce no es oponente para otro igualmente entrenado que utilice armas y armadura de hierro –o, mejor dicho, de acero, de eso hablaremos en un momento–. Pero claro, como tantos otros avances militares, en un tiempo relativamente corto su conocimiento se extendió y acabamos todos “mejorando” en el sentido de “matándonos más eficazmente unos a otros”, como tantas otras veces. ¡Ay, monos cascarrabias con hierro al alcance de la mano!

Sin perdernos en la Historia, una vez más quiero hacer énfasis en lo especial del hierro: no es tan duro y resistente como otros metales, y desde luego no resiste la corrosión y oxidación demasiado bien. No, no es el metal más pesado, ni el más bello, ni el más duro… pero los metales que son superiores a él en esos aspectos son muchísimo menos abundantes. Sí, el equilibrio una vez más es lo que hace al hierro el rey: sin otros metales, probablemente hubiésemos construido una civilización tecnológica buscando alternativas. Podríamos haber llegado a donde estamos sin oro, sin plata, sin titanio o sin aluminio… pero no sin hierro. Somos una civilización del hierro más que de cualquier otra cosa. Y este metal maravilloso con el que hemos construido prácticamente todo, cuando está puro, tiene este aspecto:

Hierro puro (Alchemist-hp/Free Art License).

Sin embargo, nadie en su sano juicio lo emplearía puro para construir armas o vigas. Para empezar, otros metales de los que hemos hablado en la serie, como el aluminio, se “protegen a sí mismos” al oxidarse: el óxido forma una fina capa en la superficie del metal y evita que el interior se siga oxidando. Sin embargo, el hierro es diferente: sus óxidos ocupan un volumen bastante mayor que el hierro puro, con lo que la parte oxidada se “hincha” a nivel microscópico, es mucho menos densa y acaba quebrándose y separándose del resto del metal. Como consecuencia, el interior queda expuesto a la intemperie y, a su vez, se oxida, con lo que lo mismo va sucediendo poco a poco hasta que se oxida el trozo entero. Esto le sucede también al acero, del que hablaremos en un momento, y ya vimos cómo evitarlo añadiendo otros metales a la aleación.

Hierro oxidado (Marlith/CC 3.0 Attribution-Sharealike License).

Además, el hierro puro es un metal blando, tanto como el aluminio; sin embargo, basta añadir pequeñísimas cantidades de ciertas impurezas, especialmente de carbono, para que esto cambie radicalmente; tan sólo una concentración de carbono de diez partes por millón dobla su dureza, y con un 1-2% de puede lograr una resistencia con la que el hierro puro ni soñaría – pero en ese caso estamos hablando de una aleación que puede ser de muchos tipos diferentes o, mejor dicho, de la aleación, tal es su importancia: el acero.

Dicho mal y pronto, el acero es como es porque los átomos de carbono, al colarse en la estructura de hierro, hacen de “anclajes” que evitan que las irregularidades en la estructura metálica puedan deslizarse libremente y que el metal se separe en trozos con facilidad. Claro, si hay demasiadas impurezas la cosa tampoco funciona demasiado bien, ya que hay tantos “anclajes” y tan poco material en el que anclarse que el acero se deslavaza. ¡Equilibrio! Como hemos visto además a lo largo de la serie, al añadir otros metales (e incluso no metales, como silicio) al acero, pueden lograrse resistencias aún mayores y versiones ligeras pero extraordinariamente útiles de acero… pero al final es, básicamente, hierro y sus secuaces.

Acero fundido saliendo de un horno eléctrico (dominio público).

No cabe duda de que los primeros usos del acero, según se iba descubriendo el secreto de su forja, fueron bélicos: así es, desgraciadamente, la naturaleza humana. Sin embargo, el acero ha sido mucho más benefactor que verdugo: sin él, nuestra sociedad no sería posible y, no, no estoy exagerando. El 95% del metal que utiliza cada año el ser humano es hierro aleado con carbono y otras cosas — es decir, acero. Sin él no habría industria, ni aviones, ni coches ni máquinas térmicas de casi ningún tipo, ni edificios de gran tamaño, ni prácticamente nada que caracterice nuestra sociedad industrializada. Nuestra especie no ha encontrado un aliado mejor para avanzar tecnológicamente. Y, antes de que frunzas el ceño, a mí tampoco me gustan muchas cosas de la sociedad que hemos creado, pero tampoco quiero volver a tiempos más oscuros, ni es justo culpar de nuestros errores a la herramienta — palabra, por supuesto, que proviene de nuestro metal favorito.

Pero este metal no sólo es esencial para mantener nuestra civilización, sino que sin él no podríamos vivir, ya que desempeña un papel fundamental en nuestra biología. Aquí, al contrario que en nuestra industria, no es un elemento estructural que empleemos en grandes cantidades, sino un especialista en cantidades pequeñas, pero un especialista vital –y no es una forma de hablar, sino una verdad literal–.

Existen multitud de proteínas que contienen átomos de hierro, pero sin duda la más conocida de todas es la hemoglobina. Esta proteína, presente en los glóbulos rojos de casi todos los vertebrados, es la encargada de atrapar oxígeno en los pulmones y llevarlo luego, a través de la sangre, a las células, para que éstas puedan realizar la respiración celular; también es capaz de transportar moléculas de otros gases, como dióxido de carbono o monóxido de nitrógeno.

Hemoglobina (Zephyris/CC 3.0 Attribution-Sharealike License).

Todo este “atrapar” y “soltar” moléculas de O₂, NO o CO₂ sucede, entre otras cosas, gracias a ese discreto pero versátil átomo de hierro presente en la hemoglobina, que puede sufrir reacciones de oxidación-reducción, tomar o ceder electrones y quedarse “pegado” a la molécula a transportar de que se trate. De manera que, dicho mal y pronto, si estás respirando ahora mismo es gracias al hierro. Cada día, el cuerpo humano emplea unos 20 miligramos de este elemento sólo para crear glóbulos rojos –aunque, todo hay que decirlo, parte de él es “reciclado” de glóbulos rojos muertos, con lo que no hace falta consumir todo eso cada día–.

Pero la hemoglobina no es más que uno de los lugares en los que encontrar hierro en nuestro organismo: un adulto en buen estado de salud y con una nutrición adecuada tiene alrededor de 4-5 gramos de hierro en su cuerpo, de los que la mitad está en la hemoglobina sanguínea. Las células lo emplean en muchas otras proteínas responsables de multitud de reacciones químicas sin las que no podrían vivir, una vez más gracias a la versatilidad del hierro en cuanto a oxidación y reducción se refiere.

Afortunadamente, dado que se trata de un metal tan útil para tantos seres vivos, animales y vegetales, es fácil obtenerlo en la dieta si ésta es suficientemente variada. El defecto de hierro lleva a sufrir un tipo de anemia, ya que sin él no puede formarse la suficiente hemoglobina y, sin ella, el transporte de oxígeno en sangre se ve limitado. Pero, por otro lado –y como pasa tantas veces– en la moderación está la virtud, ya que un exceso de hierro en el organismo también es un problema, ya que este metal puede llegar a ser tóxico.

La ironía del asunto es que el peligro se debe precisamente a la versatilidad oxidativa del hierro. Si consumimos hierro que el cuerpo va a emplear como parte de proteínas, no hay problema, pero si existe demasiado hierro “sin usar”, es decir, iones Fe²⁺ o Fe³⁺ en la sangre, éstos pueden entrar en la célula y reaccionar allí con distintos compuestos, formando radicales libres que, a su vez, pueden producir daños genéticos y de otro tipo. En nuestro cuerpo existe un grupo de proteínas, llamadas transferrinas, encargadas precisamente de evitar este problema “atrapando” el exceso de hierro libre en la sangre, pero si hay tanto que se ven superadas, tenemos un problema.

Eso sí, una vez más somos afortunados: es muy difícil intoxicarse con hierro. La mayor parte de las intoxicaciones se producen cuando alguien consume suplementos de hierro destinados a un paciente con deficiencia del metal, cuando la otra persona no tiene defecto de hierro; esto sucede especialmente cuando es un niño quien consume suplementos que no necesita, ya que la toxicidad depende de la cantidad de hierro por cada kilogramo de masa.

De modo que ahí lo tienes: discreto, cotidiano, con el perfecto equilibrio entre propiedades útiles y abundancia extraordinaria, ceniza última de la fusión estelar, base de nuestra civilización y, con moderación, dador de vida. ¿No se merece que nos quitemos el sombrero?

En el próximo artículo de la serie, el elemento de veintisiete protones: el cobalto.

En el último artículo de la serie sobre los Premios Nobel, en la que recorremos estos galardones a lo largo de toda su historia, saboreamos juntos el Premio Nobel de Física de 1908, otorgado a Gabriel Lippmann por su trabajo en fotografía empleando la interferencia. Hoy haremos lo propio con el Premio Nobel de Química del mismo año, entregado al neozelandés Ernest Rutherford, en palabras de la Real Academia Sueca de las Ciencias,

Por sus investigaciones sobre la desintegración de los elementos y la química de las sustancias radioactivas¹.

Se trata de un premio muy interesante no sólo por la naturaleza derrumba-paradigmas del descubrimiento, uno de esos que suponen un antes y un después, sino también por otras dos razones. En primer lugar, porque el buen Rutherford no era químico, sino físico, y sin embargo su Nobel (debería haber ganado otros, pero bueno) es de Química, lo que demuestra algo que ya venimos diciendo a lo largo de la serie en repetidas ocasiones: el cambio de siglo supuso un emborronamiento de líneas entre las distintas ramas de la Ciencia, entre lo vivo y lo no vivo, entre prácticamente todo, como demuestra este mismo Nobel.

En segundo lugar, porque la serie tiene ya suficiente longitud como para que podamos ver este Premio desde la perspectiva de los anteriores: no es un descubrimiento aislado, sino que se trata del tercer episodio en una cadena de investigaciones, trabajo arduo y casualidades que empezó con Wilhelm Röntgen, siguió con Becquerel y los Curie y nos lleva hasta el genio del artículo de hoy. Esto es importante porque tendemos a idealizar a los científicos y sus descubrimientos, como si las cosas surgieran por magia potagia y la inteligencia sobrehumana de uno o dos genios, y las cosas no son tan exageradas.

Normalmente, cada descubrimiento es un pasito más allá, a partir del lugar al que llegó alguien anteriormente, y que nos permite ver un poquito más cómo son las cosas. Es como si alguien abriera un poco las cortinas de la ignorancia y las fijase allí, para que el siguiente pueda partir de ese punto y retirar la cortina un poco más… pero mejor dejo esto, que me estoy poniendo cursi. Lo importante es que, a diferencia de otras ocasiones, hoy no me hace falta contarte toda la perspectiva histórica anterior al descubrimiento en cuestión, porque te basta con releer –o leer, si eres nuevo aquí– los artículos anteriores.

Los esposos Curie en el laboratorio.

El caso es que ya vimos cómo Antoine Henri Becquerel había detectado la emisión de un extraño tipo de rayos por parte de sales de uranio –que recibieron el nombre de rayos de Becquerel en su honor– y cómo los dos Curie pudieron detectar emisiones similares por parte de muchas otras sustancias, como el torio o el radio. Todas esas sustancias se denominaron radiactivas, el proceso radiactividad y estaba claro que había algo muy, pero que muy raro teniendo lugar ahí, porque los rayos se llevaban energía de la sustancia pero lo que quedaba parecía no cambiar en absoluto de comportamiento, como si esa energía estuviera “saliendo de la nada”.

Además, estaba el misterio de los propios rayos de Becquerel: ¿qué demonios eran? Hacía falta estudiarlos con mucho cuidado para determinar su naturaleza y propiedades, y a eso se dedicó un buen puñado de físicos tras la publicación de los resultados de Becquerel y los Curie –entre ellos, estos mismos científicos–. Uno de quienes lo hizo fue un joven físico neozelandés, que con los años se convertiría en un auténtico faro en nuestra búsqueda de la verdad acerca de la naturaleza de la materia: Ernest Rutherford.

Ernest Rutherford (1871-1937).

Los padres de Rutherford eran granjeros; habían emigrado a Nueva Zelanda desde el Reino Unido y su hijo nació cerca de Nelson, en Nueva Zelanda, en 1871. Se trataba de una familia bastante humilde, y el joven Ernest pudo obtener su educación superior gracias a distintas becas; ¿quién les hubiera dicho a James y Martha, sus padres, que su retoño se convertiría en un Par del Reino con el título de Barón Rutherford de Nelson y el lema “Primordia Quaerere Rerum”, “Buscar los Primeros Principios de las Cosas”? Pero para eso aún quedaban muchos años y mucho trabajo por delante.

El muchacho estudió en la Universidad de Nueva Zelanda, y posteriormente se trasladó a la Universidad de Cambridge para doctorarse. En 1898 viajó hasta Canadá y se convirtió en Catedrático de Física en la Universidad de McGill, en Montreal, casi al mismo tiempo que el problema de los rayos de Becquerel se convertía en un desafío para la comunidad científica mundial. En McGill, Rutherford se puso manos a la obra para intentar determinar la naturaleza de esos misteriosos rayos, realizando diversos experimentos con sustancias emisoras de radiactividad espontánea, como el uranio.

En primer lugar, para determinar la capacidad de penetración de esta misteriosa radiación, Rutherford cubrió trozos de óxido de uranio –que emitían rayos de Becquerel– con capas de papel de aluminio, y observó algo muy peculiar: la cantidad de radiación que atravesaba el aluminio no disminuía uniformemente con la cantidad de aluminio que se interponía en su camino. Una parte de los rayos de Becquerel eran absorbidos en cuanto había algo de aluminio, mientras que otra parte era mucho más difícil de bloquear… era como si una fracción de los rayos no se comportase como la otra. La conclusión de Rutherford fue inmediata: los rayos no eran una sola cosa, sino al menos dos.

En 1899, tan sólo un año tras llegar a McGill, publica ya Uranium radiation and the electrical conduction produced by it (La radiación del uranio y la conducción eléctrica producida por ella) en el Philosophical Magazine. Allí explica su hipótesis, que mejor lees en sus propias palabras y no en las mías… escalofríos me da:

Estos experimentos demuestran que la radiación del uranio es compleja y que hay presentes al menos dos tipos diferentes de radiación – una que se absorbe muy fácilmente, y que denominaré por conveniencia radiación-alfa, y otra de un carácter más penetrante, que llamaré radiación-beta.

Estos dos tipos de radiación fueron detectados muy pronto en otros elementos radiactivos: eran emitidos también por el radio, el torio, el actinio… no se trataba de algo específico relativo al uranio, sino que siempre era posible dividir los rayos de Becquerel en estos dos tipos. Pero es que no había dos tipos, ¡había más! En 1900, el francés Paul Villard, mientras estudiaba la radiación emitida por el radio, realiza un descubrimiento extraordinario. Villard había interpuesto una placa de plomo frente a la muestra de radio, ya que de ese modo bloqueaba la radiación alfa, de modo que sólo quedaba la beta, que era desviada por los campos eléctricos ya que tenía carga eléctrica; hasta aquí, nada sorprendente, sobre todo si has leído ya los artículos dedicados a Lenard y Thomson, ya que la radiación beta no era otra cosa que electrones.

En cualquier caso, Villard (a la derecha), tras absorber los rayos alfa, sometió el resto a un campo magnético para curvarlos y una parte no se curvó. Es más, experimentando con esta tercera fracción de los rayos de Becquerel, al menos tan penetrante como la beta pero sin carga eléctrica, el francés comprobó que tenía un poder de penetración aún mayor que la radiación beta. En 1903, Ernest Rutherford propuso un nombre para este tercer tipo de rayos, radiación gamma, y se comprobó que siempre que había rayos de Becquerel estaban presentes los tres tipos de rayos: dicho de otro modo, no había tal cosa como “rayos de Becquerel”, sino que habíamos dado el nombre a una mezcla de tres cosas diferentes.

Si recuerdas los artículos dedicados a los rayos catódicos, Lenard, Thomson y compañía, sabes que la investigación referente a esos rayos se produjo casi al mismo tiempo que ésta. Los rayos beta fueron, por tanto, los primeros en ser identificados, ya que se sabía que los rayos catódicos estaban formados por electrones muy veloces, y el propio Henri Becquerel pudo demostrar que la radiación beta tenía las mismas propiedades, luego estaba formada por electrones: partículas muy ligeras, cargadas negativamente y que se movían muy deprisa. Pero ¿qué había de los otros dos tipos?

Rutherford se dedicó a estudiar la radiación-α, intentando desviarla con campos magnéticos para comprobar qué tipo de carga tenía. Sin embargo, al principio las desviaciones eran tan ligeras que no era posible estar seguros siquiera de que se estaban produciendo o si eran errores en los instrumentos de medida y los rayos alfa realmente no tenían carga eléctrica. Junto con otro físico británico, Frederick Soddy, Rutherford trabajó duramente para conseguir muestras radioactivas de mayor actividad y poder tomar medidas más y más precisas, y finalmente tuvo éxito: consiguió curvar los rayos-α en dirección opuesta a los electrones, demostrando así que se trataba de partículas cargadas positivamente.

Frederick Soddy (1877-1953).

Además, midiendo el radio de curvatura y sometiendo la radiación alfa a campos eléctricos, pudo tener una idea de su velocidad, la energía acarreada y la relación entre la carga eléctrica y la masa de estas partículas. Fíjate en que, tras el descubrimiento de que los rayos alfa tenían masa y carga eléctrica, gran parte del “misterio” de los rayos estaba ya desvelado: la palabra “rayo”, como “radiación”, es muy difusa, pero una vez conocida la naturaleza material y cargada de esos “rayos”, es mejor hablar de partículas-α y quitar un poco de magia a la cosa. Pero Rutherford y Soddy no habían hecho más que empezar.

Determinaron que las partículas alfa viajaban a alrededor de un doceavo de la velocidad de la luz, y que se trataba de algo miles de veces más pesado que los electrones. De hecho, debía tratarse de algo con una masa comparable a la de un átomo de hidrógeno o de helio, pero eso era algo de tal calibre que era imposible que lo que quedaba atrás, después de la emisión de estas partículas, fueran los mismos átomos que había al principio. Esto no era una idea nueva, y ya vimos cómo había sido postulada ya por Pierre Curie:

[...] que la propia existencia del átomo está en cuestión, y que estamos en presencia de una transformación de los elementos.

Sin embargo, la demostración por parte de Soddy y Rutherford de que los rayos emitidos por los elementos radioactivos contenían partículas, y no sólo eso, sino partículas muy masivas, reforzó enormemente esta idea, que Rutherford amplió y definió hasta convertirla en una verdadera hipótesis de la radiactividad como desintegración de los átomos inestables, algo que en la propia presentación del Premio –que, como siempre, podrás leer al final– se llama ya teoría de la desintegración. Piensa, para poder comprender la magnitud del logro de Rutherford, que estamos hablando de una época en la que aún no se conoce la estructura de un átomo.

Rutherford y Soddy explican además, con su hipótesis de desintegración, el calentamiento de algunos elementos radiactivos, que ya había sido observado por los Curie entre otros. Al principio se había considerado que ese calentamiento era parte de la propia radiactividad del elemento, pero Rutherford lo explica de manera muy distinta: la emisión de partículas alfa, muy pesadas y fáciles de absorber, es la responsable de la mayor parte de ese calentamiento. Al salir despedidas de algunos átomos del elemento, impactan luego contra los que lo rodean, proporcionándoles mayor energía cinética y, por tanto, mayor temperatura. De acuerdo con el neozelandés, por lo tanto, las sustancias radiactivas se calientan a sí mismas fundamentalmente bombardeándose con partículas-α. Y los experimentos van demostrando, efectivamente, que la temperatura de las sustancias radiactivas guarda una íntima relación con la cantidad de radiación alfa que emiten. Punto para Rutherford.

Donde el neozelandés metió la pata hasta el fondo fue al especular sobre la posible utilización de esta energía de un modo práctico. En 1933 afirmaría:

La energía producida por la desintegración del átomo es muy pobre. Cualquiera que pretenda utilizar la transformación de los átomos como fuente de energía está diciendo estupideces.

Pero es que predecir el futuro es tan, tan difícil… y parece que, cuanto más categórica la afirmación, más probable es que luego se demuestre como falsa. Al menos, es un consuelo ver cómo genios clarividentes como el propio Rutherford se dan de bruces con cosas así… ¡todos humanos! Por si te hace sonreír, otra “perla” de boca del neozelandés en la que demuestra cortedad de miras, tanto más irónica en cuanto a que su Nobel no es de Física, sino de Química:

En la Ciencia sólo existe la Física – lo demás es coleccionismo de sellos.

Pero el descubrimiento más fundamental y revolucionario de todos lo realizaron Rutherford y Soddy en 1901, cuando estaban estudiando un elemento radiactivo, el torio, y observaron que aparecía uranio donde antes no existía. De acuerdo con el relato de Soddy, él mismo exclamó: “¡Rutherford, es la transmutación!”, a lo que el bueno de Ernest respondió, azorado: “¡Por Dios, Soddy, no lo llames “transmutación”! ¡Acabarán con nosotros por alquimistas!” Pero no había duda alguna, y otros experimentos pronto confirmarían el hecho, unos pocos años antes impensable. Unos elementos se convertían de manera espontánea en otros diferentes.

Rutherford, al recibir su baronía.

De hecho, la hipótesis de la desintegración del propio Rutherford lo explicaba estupendamente bien: el átomo inestable emitía partículas alfa (lo que quiera que fuesen), partículas beta (electrones) y radiación gamma (radiación electromagnética), y como consecuencia se modificaban sus propiedades de una manera íntima, convirtiéndose el átomo en uno diferente, perteneciente a un elemento distinto.

Vamos, que una de las bases de la Química, con la que se había desenmascarado a charlatanes durante siglos –que los elementos no podían convertirse unos en otros, simplemente combinarse de una manera u otra para formar distintas moléculas– se había ido al traste. La transmutación de unos elementos en otros era posible, y de una manera rocambolesca, los alquimistas tenían razón en este aspecto, aunque fuera de chiripa y sin comprender si quiera el concepto de elemento; de hecho, aunque no tenga que ver con este artículo, posteriormente convertimos plomo en oro, el sueño de Paracelso y similares… pero resultó que convertir plomo en oro era muchísimo más caro que comprar oro directamente, lo cual hacía del empeño algo futil desde el punto de vista de los alquimistas medievales, claro.

Esto explicaba algo que se conocía desde hacía tiempo pero que, hasta entonces, no había tenido explicación: el hecho de que casi siempre, junto a depósitos subterráneos de uranio y otros elementos radioactivos, se encontraban bolsas de helio. Es más, el helio es tan ligero que su presencia en la atmósfera es casi testimonial, ya que la gravedad terrestre es incapaz de mantenerlo atrapado y escapa al espacio sin problemas… lo cual indicaba que el helio de que podíamos disponer debía haberse formado en el interior de la Tierra, pero ¿cómo?

¡Pues a partir de la desintegración radioactiva, claro! En palabras del propio Rutherford:

Es esperable, por lo tanto, que si cualquiera de los productos últimos de los cambios en un elemento radioactivo son gaseosos, se encontrarán atrapados, posiblemente en cantidades considerables, en los minerales naturales que contengan dicho elemento. Esto apoya la hipótesis ya planteada de que el helio es posiblemente un producto último de la desintegración de uno de los elementos radiactivos, ya que sólo se encuentra en minerales radioactivos.

El origen radiactivo del helio pudo comprobarse experimentalmente muy rápido de manera cualitativa: en 1903, William Ramsay y Frederick Soddy tomaron una muestra de tan sólo 30 miligramos de bromuro de radio y esperaron unos meses. Al cabo de ese tiempo examinaron la muestra y detectaron, por supuesto, cierta cantidad de helio que antes no estaba allí. Nuevo punto para Rutherford — pero no olvidemos a Ramsay, viejo conocido de la serie, y al leal Soddy.

Con el tiempo, realizando experimentos con muchos otros elementos inestables, como el radio o el actinio, se comprobó la hipótesis de desintegración de Rutherford a la perfección, con lo que dejó de serlo para convertirse en una teoría hecha y derecha. Todos esos elementos se desintegraban de manera constante, es decir, poco a poco sus átomos iban desprendiendo radiaciones diversas de manera espontánea y convirtiéndose en elementos nuevos. Es más, algunos de ellos daban como resultado, tras la transmutación, otros átomos que también eran inestables, y éstos a su vez a veces daban lugar a otros también inestables. Lo que se producía entonces era una auténtica cadena de desintegraciones hasta que, al final, se producía un último elemento que sí era estable, como por ejemplo, el plomo.

Cadena de desintegración del uranio-238 hasta el plomo-206.

Qué elementos nuevos se producían, en qué cantidades, con qué rapidez y cuáles eran los productos últimos de las desintegraciones, dependían todos del elemento original. De hecho, era posible medir, si se tenía el cuidado y la meticulosidad necesarias, el grado de inestabilidad de cada elemento radiactivo. Algunos se desintegraban bastante rápido, y su actividad iba descendiendo de una manera lenta pero medible, mientras que otros eran muy poco inestables. Pronto se empezó a hablar de la semivida de un elemento, es decir, el tiempo que debía pasar para que de un número determinado de átomos de un elemento inestable sólo quedase la mitad; hemos hablado de este asunto al explicar cómo se sabe la edad de las rocas, de modo que no voy a repetirme aquí.

Sin embargo, aunque las cosas fueran distintas para cada elemento radiactivo, por alguna razón había un producto “residual” en absolutamente todas las desintegraciones estudiadas: el helio. ¿Por qué? Aquí es donde hacía falta una mente preclara, capaz de hilar asuntos aparentemente desconectados y encontrar la relación entre ellos. Sí, lo has adivinado: Rutherford otra vez.

No tengo ni idea de cómo razonaría Rutherford, pero tal vez pudo ser así: cuando estos elementos se desintegran hay dos cosas en común: emiten partículas alfa tan masivas como un átomo, y uno de los productos finales comunes es el helio. ¿Puede haber una relación entre ambos fenómenos? Veamos: la relación carga-masa de las partículas alfa es tal que, si la carga de una partícula-α es la misma que la del hidrógeno, su masa será el doble que la de un átomo de hidrógeno. Si, por el contrario, la carga de una partícula-α es el doble que la del hidrógeno, eso significaría que su masa es cuatro veces la de un núcleo de hidrógeno… es decir, la misma que el helio. Era posible, por tanto, que las partículas alfa no fueran sino el propio helio que se detectaba luego.

¿Podría esto explicar las cosas? Sí, y de una forma elegantísima, ya que ambos fenómenos eran realmente el mismo. Las partículas alfa, si quedaban atrapadas, se iban acumulando, formando un pequeño depósito de helio asociado al material radioactivo. En palabras de Rutherford,

Sugerí que, con toda probabilidad, la partícula-alfa era un átomo de helio con carga doble que la unidad. De acuerdo con esto, cualquier sustancia radiactiva que emitiese partículas-alfa debería generar helio. Esto explicaba el hecho observado por Debierne de que el actinio, al igual que el radio, producía helio.

Pero claro, hacían falta más experimentos que demostrasen la naturaleza de las partículas alfa como átomos de helio. El propio Rutherford realizó algunos junto con el alemán Johannes Wilhelm Geiger (sí, el del contador), igual que hicieron William Crookes y otros, de modo que pudiera cuantificarse lo mejor posible la carga de una partícula-alfa. Si resultaba ser el doble que la del hidrógeno, la hipótesis de Rutherford obtendría un espaldarazo considerable. Para estimar esta carga, los científicos se dedicaron a contar partículas alfa emitidas por una muestra de uranio con la mayor precisión posible, además de medir la carga positiva expelida tras un tiempo determinado. Combinando ambas mediciones (carga total y número de partículas emitidas) pudieron dar una estimación de la carga de cada partícula-α individual: el doble que el hidrógeno. Punto para Rutherford.

Hans Geiger y Ernest Rutherford.

Si se suponía que los núcleos helio eran simplemente partículas alfa, sería posible predecir numéricamente la cantidad de helio que debería haber asociada a una muestra radiactiva determinada al cabo de un tiempo. Y eso hicieron precisamente Geiger y Rutherford, a pesar de que era muy difícil tener una gran precisión en la predicción dada la imprecisión en las medidas iniciales. Los dos científicos predijeron que, si la “hipótesis helio” de Rutherford era correcta, un gramo de radio debía producir, al cabo de un año, unos 158 mm³ de helio, con un error de 30-40 mm³. En 1908, el británico James Dewar realizó ese experimento y midió una cantidad de helio producida de 134 mm³. Punto para Rutherford.

Pero, ¡ah!, pensaban algunos. ¿No puede ser que el helio que aparece no sea sino simplemente un átomo más resultante de la desintegración radiactiva, y que las partículas alfa sean algo diferente? ¿No se producen otros elementos como consecuencia de la desintegración, y esos elementos no tienen que ver con los rayos-alfa? Hombre, mucha casualidad sería, pero claro, podría ser. De modo que el neozelandés se propuso demostrar sin lugar a dudas la identidad entre partículas alfa y átomos de helio, “recogiendo” las partículas alfa emitidas lejos de su fuente, para que no pudiese haber atisbo de duda de que lo que se medían eran partículas alfa y no un producto atómico en el propio material radioactivo.

Junto con Thomas Royds, Rutherford se dedicó a comprobar esto: introdujo una muestra radioactiva dentro de un recipiente de vidrio de paredes delgadas, y éste dentro de otro de paredes gruesas. Los grosores eran los adecuados para que las partículas alfa pudiesen atravesar la primera pared pero no la segunda, quedando así atrapadas en la región intermedia entre ambas paredes. Inicialmente, esta región intermedia estaba vacía, de modo que si aparecía helio ahí dentro, tenía que provenir de la muestra radioactiva. Los dos físicos dejaron la muestra un tiempo y luego observaron, sin lugar a dudas, la presencia de helio en la capa intermedia. Para descartar la posibilidad de que el helio proveniese de la difusión a través de la pared de átomos del propio material radioactivo, reemplazaron la muestra de roca por helio puro y duro, para ver si el gas atravesaba la pared y aparecía en la parte intermedia, pero no fue así. No cabía duda alguna: el helio era el resultado de la salida a través de la pared de partículas alfa. El misterio de los rayos-alfa había sido desvelado, explicado y triturado por el hijo de los granjeros. ¡Punto, set y partido para Rutherford!

Esto no quiere decir, sin embargo, que todo quedase explicado… así es la ciencia, afortunadamente. Nadie tenía ni idea de por qué el helio, un elemento en otras cosas insulso, era “escupido” cuando un átomo inestable se desintegraba. ¿Quería esto decir que los átomos estaban “hechos de helio”? Tampoco estaba explicado por qué se producían las desintegraciones. ¿Qué hacía inestables a los átomos? ¿Por qué unos lo eran y otros no? Y, desde luego, la madre de todas las preguntas de la física atómica de la época: ¿de qué diantres estaba hecho un átomo?

El propio Rutherford nos daría la respuesta a algunas de esas preguntas, y lograría cosas que dejan su descubrimiento de las partículas alfa como un juego de niños. Pero eso es otra historia, y tendrá que esperar a otra ocasión. El caso es que aquellas becas dieron buen fruto: Rutherford se convirtió en el padre de la física nuclear y, como dije al principio del artículo, entre la multitud de honores que recibió a lo largo de su vida estuvo una Baronía, la de Nelson. Puesto que no se trataba de un título nobiliario heredado, sino otorgado a Rutherford por sus propios méritos, pudo elegir escudo de armas, lema y cosas parecidas. En el escudo de armas de Rutherford, además del lema que mencionamos al principio del artículo, el neozelandés escogió poner un guerrero maorí y un kiwi para hacer referencia a su Nueva Zelanda natal… y, a la izquierda, algo que seguramente haría sonreír a Soddy.

Hermes Trimegisto, patrón de los alquimistas.

Como siempre, aunque sea un lenguaje arcaico y un poco pesado, te recomiendo encarecidamente que leas el discurso de presentación de K.B. Hasselberg, Presidente de la Real Academia Sueca de las Ciencias, pronunciado el 10 de diciembre de 1908, porque es delicioso conocer la visión contemporánea de los logros de Rutherford:

Su Majestad, Sus Altezas Reales, damas y caballeros.

El Premio Nobel de Química de este año (1908) ha sido otorgado por la Real Academia de las Ciencias a Ernest Rutherford, Catedrático de Física en la Universidad de Victoria, Manchester (Inglaterra), por sus investigaciones sobre la desintegración de los elementos y la química de las sustancias radioactivas.

Estas investigaciones están estrechamente relacionadas con, y constituyen una digna continuación de, logros que han obtenido ya el reconocimiento de la Academia en forma de Premio Nobel en ocasiones anteriores, como el trabajo teórico y experimental de J. J. Thomson sobre el movimiento de la electricidad a través de gases, el descubrimiento de Becquerel de la radiactividad espontánea, y la investigación de M. y Mme. Curie sobre los elementos que emiten rayos de uranio o, como también se denominan en honor al científico francés, rayos de Becquerel [como vimos en esta misma serie, se trataba realmente de radiación alfa, beta y gamma].

Poco tiempo después del descubrimiento de estos rayos –que, como se ha comprobado desde entonces, no son emitidos únicamente por el uranio, sino también por otros elementos como el torio, descubierto por Berzelius hace ochenta años, el radio y el polonio descubiertos por Mme. Curie, etc.– por parte de Becquerel, Rutherford los eligió como objeto de una investigación muy concienzuda, desarrollando métodos extraordinariamente exactos para medir su intensidad, demostrando así la existencia de tipos de rayos absolutamente diferentes (los así llamados rayos-alfa y rayos-beta), estableciendo las características más importantes de ambos tipos y poniendo de manifiesto, especialmente en lo que se refiere a los rayos-alfa, evidencia incontestable de su naturaleza material.

Sus investigaciones sobre los fenómenos radiativos que caracterizan al elemento torio llevaron a Rutherford a realizar el descubrimiento notable de que este elemento emana una sustancia gaseosa, la llamada emanación del torio, que se ha demostrado desde entonces es de naturaleza elemental, y utilizando aire líquido se ha conseguido condensarla en forma líquida.

En el progreso de estas investigaciones se hizo claro que la emanación no proviene directamente del torio, sino del denominado torio-X, un producto intermedio, que puede separarse del torio y que se forma constantemente a partir de él, y que a su vez se desintegra de manera constante según se produce la emanación gaseosa. La emanación en sí no es tampoco permanente, sino que al cabo de poco tiempo se transmuta en otras sustancias radiactivas, que –si la emanación entra en contacto con cuerpos sólidos– se deposita sobre ellos en forma de una capa muy delicada, la así llamada precipitación activa.

Las mismas condiciones que describimos respecto del torio también se han hecho evidentes respecto del radio, uranio, actinio, polonio, en resumidas cuentas, todos los elementos radiactivos, y ha sido posible demostrar, especialmente respecto al radio y el actinio, la formación de una emanación gaseosa de manera idéntica al caso del torio.

Todos estos cambios asociados al fenómeno de la radiactividad son de un orden completamente diferente al de los que suceden durante las reacciones químicas ordinarias, y no pueden mostrarse generalmente mediante la balanza o incluso el espectroscopio. Por otro lado, pueden detectarse con aparatos más sensibles, como el electroscopio, con una precisión y claridad tales que no es posible duda alguna acerca de su existencia.

Como se verá, los descubrimientos de Rutherford lo llevaron a la conclusión altamente sorprendente de que un elemento químico, en conflicto con las teorías existentes hasta el momento, es capaz de transformarse en otros elementos, y en cierto modo puede decirse que el progreso de la investigación nos trae de nuevo la teoría de la transmutación propuesta y sostenida por los alquimistas de antaño.

Como explicación de estos fenómenos sorprendentes, Rutherford, junto con el Dr. F. Soddy, uno de sus numerosos ayudantes, postuló en 1902 la así denominada teoría de la desintegración, asociada estrechamente en varios aspectos a las opiniones propuestas anteriormente por J. J. Thomson y otros físicos sobre la naturaleza de la materia.

De acuerdo con esta teoría, el origen y la pérdida de la radiactividad deben ser consideradas como consecuencia de cambios, no en la molécula, sino en el átomo en sí mismo. Los elementos radiactivos están sujetos, consecuentemente, a una desintegración real, de modo que en cualquier espacio de tiempo un porcentaje determinado de sus átomos se rompen en una o más partículas de radiación por una parte, y en un átomo nuevo por otra, que por tanto constituye un nuevo elemento distinto del origan, debido a las diferencias que manifiesta en sus propiedades físicas y químicas. Este nuevo elemento puede a su vez desintegrarse de un modo similar, y así, paso a paso, hasta que finalmente aparece un átomo de mayor estabilidad y permanencia.

Pues debe recordarse que la transmutación de los elementos radiactivos siempre se produce gradualmente, y da lugar a la producción de una cierta cantidad de formas transicionales inestables. En el caso del radio, por ejemplo, se cree haber detectado al menos siete. Estos elementos efímeros se caracterizan, en primer lugar, por la rapidez diferente con la que se transmutan o, como a menudo se expresa, por la variación de su semivida, una constante de la misma importancia al determinar la identidad de un elemento radioactivo como la masa atómica lo es para un elemento estable ordinario. Las medidas realizadas muestran que la semivida varía entre unos pocos segundos y miles de millones de años.

La teoría de la desintegración fue confirmada de manera meridiana justo después de ser publicada, por Sir William Ramsay y el Dr. Soddy uno después del otro, mostrando ambos de una manera absolutamente convincente cómo el helio se produce a partir del radio; este descubrimiento no puede ser considerado menos interesante que el hecho de que Rutherford y Soddy hubieran expresado previamente la opinión de que el helio debía considerarse probablemente como el producto de la desintegración de elementos radiactivos. Finalmente, la teoría de la desintegración, a pesar de la audacia con la que atacó y derribó la teoría previamente aceptada de la estabilidad de los elementos entre los químicos, ha obtenido un reconocimiento y aprobación generales de una manera extremadamente rápida, algo que seguramente se debe de manera principal por la perspicacia y orden sistemático que ha introducido en los departamentos de radiología.

A pesar de que el trabajo de Rutherford ha sido realizado por un físico y con ayuda de métodos físicos, su importancia para la investigación química llega tan lejos y es tan evidente, que la Real Academia de las Ciencias no ha dudado en otorgar a su creador el Premio Nobel designado para el trabajo original en el dominio de la química — proporcionando así una nueva prueba, a añadir a las numerosas ya existentes, de la interacción íntima entre las distintas ramas de las Ciencias Naturales en los tiempos modernos.

La teoría de la desintegración mencionada anteriormente, así como los resultados experimentales en los que se basa, son sinónimos de un nuevo salto en la química, que involucra una comprensión nueva y más profunda sobre la misma base de esta ciencia. Para los químicos del siglo XIX, el átomo y el elemento representaban, cada uno en su propia esfera, el límite último de la división o desintegración química, y al mismo tiempo el punto más allá del cual no era posible la investigación experimental. Si se les preguntaba qué había más allá, no era posible obtener más que especulaciones más o menos vagas y estériles. Esta línea de demarcación, considerada insuperable durante tanto tiempo, ha sido ahora barrida a un lado a todos los efectos. Hoy en día, la estructura interna de los átomos y las leyes que la regulan pertenecen al grupo de problemas que pueden ser objeto de discusión de un modo completamente práctico y científico, gracias a la exactitud de las medidas que han sido realizadas. Los resultados obtenidos hasta ahora no sólo son de la máxima importancia en sí mismos, sino que además adquieren una significación aún mayor por las numerosas posibilidades, completamente insospechadas diez o doce años atrás, que han sido abiertas por la continuación del trabajo de investigación en esta rama de la Ciencia.

Para saber más (es/en cuando es posible):

• Página oficial del Premio Nobel de Física de 1908
• Ernest Rutherford / Ernest Rutherford
• Radiaciones alfa, beta y gamma

1. Para los pejigueros: la RAE admite radiactivo y radioactivo, hay gente que prefiere una o la otra, de modo que a lo largo del artículo intentaré intercalar ambas.