Archivado con la Etiqueta: Lavoisier

Vida y obra de destacados químicos

El próximo 16 de diciembre se celebrará la conferencia La interesante vida y obra de destacados químicos em la sede del Club de Amigos de la UNESCO en Madrid (CAUM).

La química moderna -la que sistemáticamente empezó a aplicar el método científico- comenzó con la obra de Lavoisier a finales del siglo XVIII. A diferencia de otras ciencias como la física o las matemáticas, la madurez de la química fue más tardía. Pero la química no empezó con Lavoisier.

De hecho podemos considerar que el nacimiento de la química está unido al del ser humano, desde que nuestros ancestros fueron capaces de controlar el fuego. Durante siglos, la práctica química estuvo dominada por una práctica pseudocientífica -con nuestra perspectiva actual-, la alquimia; aunque usaba premisas y explicaciones equivocadas, contribuyó sin embargo al progreso experimental de la química. Dentro de los alquimistas podemos mencionar a Paracelso, una figura típica del Renacimiento, con aportaciones adelantadas a su tiempo.
En la charla se presentarán la obra de destacados químicos que contribuyeron a elaborar la química tal como la conocemos actualmente; es decir, una ciencia que proporciona numerosos beneficios al ser humano, desde medicinas a alimentos, pasando por materiales tecnológicos, agua potable, materiales energéticos, etc. Aparte de la obra científica, también se comentarán aspectos de su vida, para poner de relevancia que la ciencia es realizada por seres humanos.

AULA CIENCIA 16-12-16

Píldora química del 13 de marzo: Priestley

El 13 de marzo de 1733 nacía Joseph Priestley (1733-1804) en Inglaterra. Clérigo fundador de la religión del Unitarismo. Por su apoyo a las revoluciones francesas y estadounidenses, se tuvo que exiliar a Estados Unidos en 1791, dónde se le considera el “padre de la química americana”; y, quizás por esta razón, su fama es mayor de la que merecen sus méritos.

Continuar leyendo

Historia de la química: Parte 1.

El pasado día 17 de enero tuvo lugar la segunda sesión del curso de divulgación Los Avances de la Química y su Impacto en la Sociedad, consistiendo en una conferencia sobre los avances de la química a lo largo de la historia su influencia en el bienestar de la sociedad, impartida por Bernardo Herradón.

Cartel_Conferencia_BH_170113

La conferencia fue larga (alrededor de 85 minutos), pero la historia de la química no se puede contar en menos tiempo. Agradezco la paciencia de los numerosos asistentes (algunos sentados en el suelo) que siguieron la conferencia con mucha atención e interés como lo prueban las muchas preguntas que prolongaron la sesión otros 45 minutos adicionales. Especialmente es de agardecer a los estudiantes preuniversitarios asistentes que están demostrando un gran interés por la química. La copia de la conferencia en formato PDF se puede descargar aquí.

IMG_0904_BR

Puesto que la conferencia fue larga y este resumen va a ser detallado, lo dividiré en varias partes. También iré publicando posts respondiendo (con cierto detalle) a las 34 preguntas que realicé sobre la historia de la química.

La conferencia empezó afirmando que la transformación del ser humano primitivo, tecnológicamente nulo, a la alta tecnología y comodidades que disfrutamos en este comienzo de siglo XXI. Este increible progreso se ha logrado gracias a la ciencia y a sus aplicaciones (la tecnología y la ingeniería). La frase de Pedro M. Etxenique de que “La ciencia es la mayor obra colectiva de la historia de la humanidad” fue recordada por su importancia en el desarrollo alcanzado por le ser humano.

Un objetivo de esta conferencia (y de muchas otras que he impartido en los últimos años, especialmente las dirigidas a estudiantes preuniversitarios) es demostrar que la historia de la química y de sus protagosnistas son una buena herramienta didáctica para enseñar química; lo que es aplicable a todas las ciencias.

A continuación me extendí en nombrar a algunos grandes científicos y su obra, para destacar el progreso de la química en los últimos 25 siglos. En esta selección, mostrada en la siguiente imagen, se ordenan los científicos (químicos, físicos, alquimistas y filósofos) en orden aproximadamente cronológico; rodeando a un matraz-planeta Tierra (que fue el logo provisional que usamos para la primera edición de este curso de divulgación).

Diapositiva003

Los personajes que aparecen en la imagen son:

1) Demócrito de Abdera (ca 470 AC-ca 380 AC). Filósofo griego que, continuando y ampliando las enseñanzas de su maestro Leucipo, propuso la teoría de que la materia era discreta y que se podía dividir hasta un máximo; la cantidad de materia mínima e indivisible la definió como átomo. Como toda la filosofía griega, todo era especulación y no se hacían experimentos.

2) Paracelso (1493-1541). Alquimista y médico suizo, usó las “artes alquimistas” como herramienta para curar enfermedades. Seguidor de la filosofía y la religión de Lutero, viajó por toda Europa, impartiendo clases y curando enfermos. Es el fundador de la iatroquímica, precursora de la moderna área de la química médica.

3) Robert Boyle (1627-1691). El último alquimista o el primer químico. Nacido en Irlanda, de familia rica, pudo dedicar mucho tiempo a la investigación. Es uno de los fundadores de la Royal Society, la sociedad científica más antigua del mundo aún en activo. Creó lo que actualmente llamaríamos un grupo de investigación. Investigó en el comportamiento de los gases [témino acuñado por van Helmont (1579-1644)], encontrando la relación entre la presión y el volumen; el cáracter ácido de las sustancias química; diferenció entre compuesto químico y elemento químico, reconociendo la existencia de más de 4 elementos; entre muchas otras cosas. En 1661 publicó el libro El químico escéptico con el que empieza la química moderna.

4) Henry Cavendish (1731-1810). Químico inglés, una de las personas más ricas de su tiempo. Investigó en numerosas cosas, realizando las investigaciones en su casa. Descubrió el hidrógeno, fue el primero en sintetizar agua a partir de sus elementos; y determinó la constante de gravitación universal. Obtuvo muchos resultados que no publicó y que, muchos años después, desveló James C. Maxwell (1831-1879) al examinar sus archivos; entre ellos anticipó la ley de Coulomb o la ley de la inducción electromagnética. Personaje curioso y misógino, se decía de él que “nunca habló a una mujer” y que se comunicaba con notas con su ama de llaves.

5) Joseph Prestley (1733-1804). Erudito polifacético que conocía muchas lenguas y dominaba numerosas disciplinas científicas, humanísticas y sociales; desde la química a la teología pasando por la política. Se le considera el “padre de la química estadounidense” aunque estuvo poco tiempo en Estados Unidos, donde tuvo que refugiarse tras su salida de Inglaterra por motivos políticos-religiosos. Simultáneamente a Scheele descubrió el oxígeno pero no fue capaz de reconocer su importancia; también fue el primero en obtener agua carbonatada, patentando el invento; entre otras muchas aportaciones.

6) Carl Scheele (1742-1786). Descubrió el oxígeno de manera simultánea a Prestley; aunque, como él, no fue capaz de valorar su descubrimiento. Aisló e identificó numerosos compuestos orgánicos. Obtuvo cloro en estado puro pero no lo identificó como elmento, creyendo que era un compuesto. También identificó la presencia de elementos químicos nuenos en los metales molibdenita (molibdeno, posteriormente aislado por Hjelm) y tunsteinita (wolframio, posteriormente aislado por los hermanos Elhuyar).

7) Antoine Lavoisier (1743-1789) y Marie-Anne Pierrete Paulze (1758-1836). En el cuadro de Jacques-Louis David se muestran al matrimonio Lavoisier en su laboratorio. Marie-Anne fue una ayuda fundamental en la investigación de Lavoisier. Con éste comienza la química moderna aplicando de manera plena y convincente el método científico experimental a la química. Para conseguir este progreso fue fundamental el instrumental más preciso con el que Lavoisier contó; especialmente la balanza de mayor precisión que le permitió mayor exactitud en la medida. Como consecuencia de su investigación, Lavoisier formuló la ley de la conservación de la masa, la primera ley cuantitativa de la química. Fue capaz de discernir claramente entre compuestoelemento químico; este último definido como el que no puede dividirse en sus partes constituyentes; identificando la existencia de 27 elementos químicos conocidos en la época. Identificó el fósforo (aislado en 1669 por Brand) como un elemento químico. Reprodujo los experimentos de Prestley para obtener oxígeno y, lo que es más importante, lo identificó como elemento químico e identificó su papel en la oxidación y la combustión (tanto la artificial como la natural, que se produce en los seres vivos a través de la respiración); de esta manera fue capaz de explicar las transformaciones entre los metales y sus óxidos. Demostró (de manera simultánea a Smithson Tennant) que el carbón vegetal y el diamante tienen la misma composición: carbono puro. Fue un gran sistematizador, estableciendo un sistema de nomenclatura. En 1789 publicó Traité élémentaire de chimie, un libro de texto con gran influencia en la historia de la enseñanza de la química. Colaboró con Pierre Simon de Laplace (1749-1827) en la teoría del calórico y en el establecimiento del Sistema Métrico Decimal (en colaboración con otros científicos).

Nota: Continuará en un próximo post.

 

Bernardo Herradón García
CSIC
b.herradon@csic.es

Los avances de la química: una perspectiva histórica. Parte 1: Los protagonistas de la química (hasta Lavoisier).

El pasado día 17 de enero tuvo lugar la segunda sesión del curso de divulgación Los Avances de la Química y su Impacto en la Sociedad, consistiendo en una conferencia sobre los avances de la química a lo largo de la historia su influencia en el bienestar de la sociedad, impartida por Bernardo Herradón.

Cartel_Conferencia_BH_170113

La conferencia fue larga (alrededor de 85 minutos), pero la historia de la química no se puede contar en menos tiempo. Agradezco la paciencia de los numerosos asistentes (algunos sentados en el suelo) que siguieron la conferencia con mucha atención e interés como lo prueban las muchas preguntas que prolongaron la sesión otros 45 minutos adicionales. Especialmente es de agardecer a los estudiantes preuniversitarios asistentes que están demostrando un gran interés por la química. La copia de la conferencia en formato PDF se puede descargar aquí.

IMG_0904_BR

Puesto que la conferencia fue larga y este resumen va a ser detallado, lo dividiré en varias partes. También iré publicando posts respondiendo (con cierto detalle) a las 34 preguntas que realicé sobre la historia de la química.

La conferencia empezó afirmando que la transformación del ser humano primitivo, tecnológicamente nulo, a la alta tecnología y comodidades que disfrutamos en este comienzo de siglo XXI. Este increible progreso se ha logrado gracias a la ciencia y a sus aplicaciones (la tecnología y la ingeniería). La frase de Pedro M. Etxenique de que “La ciencia es la mayor obra colectiva de la historia de la humanidad” fue recordada por su importancia en el desarrollo alcanzado por le ser humano.

Un objetivo de esta conferencia (y de muchas otras que he impartido en los últimos años, especialmente las dirigidas a estudiantes preuniversitarios) es demostrar que la historia de la química y de sus protagosnistas son una buena herramienta didáctica para enseñar química; lo que es aplicable a todas las ciencias.

A continuación me extendí en nombrar a algunos grandes científicos y su obra, para destacar el progreso de la química en los últimos 25 siglos. En esta selección, mostrada en la siguiente imagen, se ordenan los científicos (químicos, físicos, alquimistas y filósofos) en orden aproximadamente cronológico; rodeando a un matraz-planeta Tierra (que fue el logo provisional que usamos para la primera edición de este curso de divulgación).

Diapositiva003

Los personajes que aparecen en la imagen son:

1) Demócrito de Abdera (ca 470 AC-ca 380 AC). Filósofo griego que, continuando y ampliando las enseñanzas de su maestro Leucipo, propuso la teoría de que la materia era discreta y que se podía dividir hasta un máximo; la cantidad de materia mínima e indivisible la definió como átomo. Como toda la filosofía griega, todo era especulación y no se hacían experimentos.

2) Paracelso (1493-1541). Alquimista y médico suizo, usó las “artes alquimistas” como herramienta para curar enfermedades. Seguidor de la filosofía y la religión de Lutero, viajó por toda Europa, impartiendo clases y curando enfermos. Es el fundador de la iatroquímica, precursora de la moderna área de la química médica.

3) Robert Boyle (1627-1691). El último alquimista o el primer químico. Nacido en Irlanda, de familia rica, pudo dedicar mucho tiempo a la investigación. Es uno de los fundadores de la Royal Society, la sociedad científica más antigua del mundo aún en activo. Creó lo que actualmente llamaríamos un grupo de investigación. Investigó en el comportamiento de los gases [témino acuñado por van Helmont (1579-1644)], encontrando la relación entre la presión y el volumen; el cáracter ácido de las sustancias química; diferenció entre compuesto químico y elemento químico, reconociendo la existencia de más de 4 elementos; entre muchas otras cosas. En 1661 publicó el libro El químico escéptico con el que empieza la química moderna.

4) Henry Cavendish (1731-1810). Químico inglés, una de las personas más ricas de su tiempo. Investigó en numerosas cosas, realizando las investigaciones en su casa. Descubrió el hidrógeno, fue el primero en sintetizar agua a partir de sus elementos; y determinó la constante de gravitación universal. Obtuvo muchos resultados que no publicó y que, muchos años después, desveló James C. Maxwell (1831-1879) al examinar sus archivos; entre ellos anticipó la ley de Coulomb o la ley de la inducción electromagnética. Personaje curioso y misógino, se decía de él que “nunca habló a una mujer” y que se comunicaba con notas con su ama de llaves.

5) Joseph Prestley (1733-1804). Erudito polifacético que conocía muchas lenguas y dominaba numerosas disciplinas científicas, humanísticas y sociales; desde la química a la teología pasando por la política. Se le considera el “padre de la química estadounidense” aunque estuvo poco tiempo en Estados Unidos, donde tuvo que refugiarse tras su salida de Inglaterra por motivos políticos-religiosos. Simultáneamente a Scheele descubrió el oxígeno pero no fue capaz de reconocer su importancia; también fue el primero en obtener agua carbonatada, patentando el invento; entre otras muchas aportaciones.

6) Carl Scheele (1742-1786). Descubrió el oxígeno de manera simultánea a Prestley; aunque, como él, no fue capaz de valorar su descubrimiento. Aisló e identificó numerosos compuestos orgánicos. Obtuvo cloro en estado puro pero no lo identificó como elmento, creyendo que era un compuesto. También identificó la presencia de elementos químicos nuenos en los metales molibdenita (molibdeno, posteriormente aislado por Hjelm) y tunsteinita (wolframio, posteriormente aislado por los hermanos Elhuyar).

7) Antoine Lavoisier (1743-1789) y Marie-Anne Pierrete Paulze (1758-1836). En el cuadro de Jacques-Louis David se muestran al matrimonio Lavoisier en su laboratorio. Marie-Anne fue una ayuda fundamental en la investigación de Lavoisier. Con éste comienza la química moderna aplicando de manera plena y convincente el método científico experimental a la química. Para conseguir este progreso fue fundamental el instrumental más preciso con el que Lavoisier contó; especialmente la balanza de mayor precisión que le permitió mayor exactitud en la medida. Como consecuencia de su investigación, Lavoisier formuló la ley de la conservación de la masa, la primera ley cuantitativa de la química. Fue capaz de discernir claramente entre compuestoelemento químico; este último definido como el que no puede dividirse en sus partes constituyentes; identificando la existencia de 27 elementos químicos conocidos en la época. Identificó el fósforo (aislado en 1669 por Brand) como un elemento químico. Reprodujo los experimentos de Prestley para obtener oxígeno y, lo que es más importante, lo identificó como elemento químico e identificó su papel en la oxidación y la combustión (tanto la artificial como la natural, que se produce en los seres vivos a través de la respiración); de esta manera fue capaz de explicar las transformaciones entre los metales y sus óxidos. Demostró (de manera simultánea a Smithson Tennant) que el carbón vegetal y el diamante tienen la misma composición: carbono puro. Fue un gran sistematizador, estableciendo un sistema de nomenclatura. En 1789 publicó Traité élémentaire de chimie, un libro de texto con gran influencia en la historia de la enseñanza de la química. Colaboró con Pierre Simon de Laplace (1749-1827) en la teoría del calórico y en el establecimiento del Sistema Métrico Decimal (en colaboración con otros científicos).

Nota-1: Continuará en un próximo post.

Nota-2: Este post participa en el XXI Carnaval de Química que aloja UNUNCUNDIO en su blog Pero esa es otra historia y debe ser contada en otra ocasión

Bernardo Herradón García
CSIC
b.herradon@csic.es

Lavoisier y el oxígeno (1776)

Hoy hace 236 años (19 de abril de 1776) que Antoine-Laurent Lavoisier (1743-1794) presentó, en la Real Academia de Ciencias de Francia, sus investigaciones sobre la combustión; reclamando la prioridad del descubrimiento del oxígeno al identificar su papel fundamental en la combustión. Aunque el oxígeno fue aislado unos años antes, independientemente, por Carl Wilhem Scheele (1742-1786) y Joseph Priestley (1733-1804); estos no interpretaron correctamente su comportamiento químico. La prioridad del descubrimiento ha sido teatralizada en la obra Oxigeno, escrita por Roald Hoffmann y Carl Djerassi.

Lavoisier nació en el seno de una familia acaudalada. Aunque obtuvo un título de licenciado en leyes, nunca llegó a ejercer como tal. Desde joven se interesó por la ciencia y recibió clases en diversas disciplinas. Se interesó por la política, llegando a ser administrador de la Ferme Générale, una institución de carácter semi-feudal que recolectaba impuestos por mandato real.
En sus investigaciones contó con la ayuda inestimable de su esposa Anne-Marie Paulze (1758-1836), que colaboró con Lavoisier en experimentos, ilustró sus publicaciones y tradujo numerosos textos escritos por los químicos ingleses de la época.

Entre las aportaciones de Lavoisier hay que destacar las siguientes:

1) Rigor en las medidas. Perfeccionó las balanzas para hacer pesadas precisas.
2) En su libro Réflexions sur le phlogistique (1983) derribó la teoría del flogisto debido a su inconsistencia para explicar hechos experimentales.
3) Estableció firmemente el concepto de elemento químico (el que no se puede descomponer en partes más pequeñas) a diferencia de la sustancia compuesta. Caracterizó como elemento químico el oxígeno, el nitrógeno, el hidrógeno, el fósforo, el mercurio, el zinc y el azufre.
4) Comprobó que cuando un metal se oxida al aire, la ganancia de peso del material obtenido respecto al metal es igual al peso que pierde el aire.
5) También realizó experimentos en sentido contrario. Liberó oxígeno de algunos compuestos como el óxido de mercurio (repitiendo el experimento de Priestley) y comprobó que el peso perdido por el óxido era igual al ganado por el ambiente que le rodeaba.
6) Estos experimentos le llevaron a formular la ley de la conservación de la masa, que cronológicamente fue la primera ley básica en química, enunciada en 1775. La ley afirma que la masa ni se crea ni se destruye, sólo se transforma.
7) Identificó inequívocamente el papel del aire en la combustión y oxidación. Repitió los experimentos de químicos anteriores sobre el aire y sus componentes, dando nombre al oxígeno y al nitrógeno (azote, que significa ‘sin vida’ en griego, y que actualmente es el término en francés para el nitrógeno). La importancia del oxígeno para explicar las reacciones químicas fue magistralmente desvelada por Lavoisier en 1776, por lo que frecuentemente se considera a Lavoisier el descubridor del oxígeno. La historia del descubrimiento del oxígeno lleva a la reflexión sobre el descubrimiento científico y la consciencia de haber descubierto algo.

lavoisier

8 ) El nombre oxígeno procede de las palabras griegas oxys (ácido) y genos (generación). Propuso la teoría de que el oxígeno en una sustancia química producía la acidez de la misma; puesto que en aquella época, todas las sustancias con carácter ácido contenían oxígeno. Décadas después se encontró que esta regla no es general.
9) En 1783 anunció que el agua está constituida por la combinación de hidrógeno y oxígeno, redescubriendo el resultado obtenido previamente por Henry Cavendish (1731-1810). Renombra el gas inflamable de Cavendish como hidrógeno (generador de agua en griego).
10) En colaboración con el matemático Pierre-Simon de Laplace (1749-1827), realizó experimentos de calorimetría para determinar el calor desprendido en las reacciones químicas, especialmente en la producción de dióxido de carbono; que comprobó que se formaba tanto al quemar una sustancia química con carbono como en la respiración; proponiendo que ésta era una combustión lenta.
11) Probó que la composición química del carbón (el combustible usado en la época) y el diamante era la misma: carbono puro. Esto lo realizó quemando ambas sustancias (usando la luz del Sol), comprobando que se formaba la misma sustancia química (dióxido de carbono) y en la misma cantidad. Estos experimentos fueron corroborados y perfeccionados posteriormente por Smithson Tennant (1761-1815).
12) En su libro Méthode de nomenclature chimique (1787) elaboró un sistema de nomenclatura, lo que facilitaría el intercambio de información de una manera más precisa. La mayoría de la nomenclatura de Lavoisier está aún en uso.
13) En su libro Tramité Élémentaire de Chimie (1789) sistematizó los conceptos químicos conocidos en la época.
14) Colaboró en la instauración del Sistema Métrico Decimal.

Los numerosos resultados alcanzados por Lavoisier le proporcionaron gran prestigio entre la comunidad científica. Sin embargo, su vida y trayectoria científica fueron trágicamente segadas como consecuencia de la Revolución Francesa, que le condenó por sus actividades como recaudador de impuestos. A pesar de los ruegos para que se perdonara su vida en consideración a sus grandes aportaciones científicas, fue decapitado el 8 de mayo de 1794. Fue una gran pérdida para la química. El matemático Joseph-Louis de Lagrange (1736-1813) dijo “bastó un instante para separar su cabeza del cuerpo, Francia no producirá otra cabeza igual en un siglo“.

Adaptado del libro Los Avances de la Química (Libros de la Catarata-CSIC, 2012).

imagen_libro_aqis_br1

Esta entrada participa en la XIV edición del Carnaval de Química, que aloja el blog Educación Química.

Bernardo Herradón  García
CSIC
b.herradon@csic.es

Científicos y hechos de la semana: De Perkin a Loschdmidt, pasando por el DNA, la quimioterapia y el oxígeno.

La semana del 12 al 18 de marzo se han conmemorado algunos acontecimientos muy importantes en la historia de la química, principalmente el nacimiento de científicos que han hecho aportaciones fundamentales en el desarrollo de la química. A continuación se mecionan y comentan algunas.

12 de marzo de 1838. Nacimiento de William Henry Perkin (1838-1907). Sintetizó el primer colorante sintético (la mauveina o malva de Perkin). Perkin era un niño prodigio de la química. A los 15 años empezó a investigar con Hoffman en Londres. Cuando tenía 18 años, Hoffman le asignó la síntesis de la quinina, que es una sustancia química natural que se aisla de la corteza del árbol de la quina y que sirve para tratar la malaria. En aquella época había bastantes casos de malaria en Europa y se estableció un premio para el químico que lograse sintetizar quinina en el laboratorio. En esa época no se conocía la estructura de la quinina (bastante compleja), sino sólo su fórmula molecular, Hoffman y Perkin pensaron ingenuamente que se podía sintetizar por oxidación de anilina. Perkin era un entusiasta investigador; que, aparte de trabajar en el laboratorio de Hoffman, realizaba experimentos caseros (montó un laboratorio en su casa). Durante las vacaciones de la Semana Santa de 1856, Perkin realizó experimentos que no dieron lugar a la quinina; sino a una especie de alquitrán oscuro. Normalmente, cualquier químico tira ese residuo, pero Perkin se dio cuenta de que el color era persistente, los matraces no se conseguína limpiar y pensó que podía ser un colorante. Refinó los experimentos y ello dio lugar al primer colorante sintético y, lo que es más importante, promovió una investigación intensa sobre colorantes, tintas, pinturas, etc; que aún actualmente es una de las industrias químicas más potentes.

Disponer de colorantes sintéticos es una gran ventaja para la sociedad. Ya no tenemos que depender de fuentes naturales para su obtención. Las fuentes naturales frente a las sintéticas tienen varias ventajas: no se agotan, no dependen de la fuente de suministro, son más consistentes en calidad, son mas variadas en colores y son más baratas.

Por supuesto, Perkin no sintetizó quinina (hubo que esperar al año 1944, primera síntesis realizada por Woodward, Premio Nobel en 1965, y von Doering, fallecido en 2011) pero tuvo la mente lúcida para aprovechar resultados negativos de una investigación. Con la industria de los colorantes, Perkin se hizo rico muy joven y luego dedicó todos sus esfuerzos a ser uno de los químicos orgánicos más brillantes de la segunda mitad del siglo XIX; descubriendo, entre otras cosa, la reacción de Perkin.

12 de marzo de 1790. Nacimiento de John Frederic Daniell (1790-1845). Científico inglés. Su principal aportación científica fue el invento de una pila electroquímica (la pila Daniell) que mejoraba la pila voltaica inventada por Alessandro Volta (una copia del artículo de Volta se puede descargar aquí). La pila Daniell consiste en electrodos de cobre y zinc en disoluciones de sus respectivos sulfatos

12 de marzo de 1824. Nacimiento de Gustav Robert Kirchhoff (1824-1887). Científico alemán que realizó investigaciones fundamentales en electricidad, radiación térmica (acuñó el término radiación del cuerpo negro, en cuyo estudio fue pionero), termoquímica y espectroscopía. En colaboración con Robert Bunsen, inventó un espectroscopio que sirvió para estudiar sustancias químicas, permitiéndoles identificar nuevos elementos químicos, como el cesio (en 1860) y el rubidio (en 1861).

Kirchhoff (a la izquierda) y Bunsen (a la derecha)

12 de marzo de 1953. James Watson (nacido en 1928) describió la estructura de doble hélice del ADN en una carta dirigida a Max Delbrück. El artículo se envió a la revista Nature el 2 de abril de ese año y fue publicado el 25 de abril de 1953. Este artículo se puede descargar aquí. Un segundo artículo de Watson y Crick describiendo las implicaciones genéticas de la estructura de DNA se puede descargar aquí. La siguiente figura es la imagen esquemática de la estructura del DNA en la pubicación de abril de 1953.

13 de marzo de 1733. Nacimiento de Joseph Priestley (1733-1804). Nacido en Inglaterra. Clérigo fundador de la religión del Unitarianismo. Por su apoyo a las revoluciones francesas y estadounidenses, se tuvo que exiliar a Estados Unidos en 1791, dónde se le considera el “padre de la química americana”; y, quizás por esta razón, su fama es mayor de la que merecen sus méritos

Realizó numerosos experimentos con gases. Investigó con dióxido de carbono (“aire fijado”, en la nomenclatura de la época), que había sido descubierto por Joseph Black en 1753. Prestley identificó el dióxido de carbono como un producto de la combustión, de la respiración y de la fermentación de ciertas bebidas alcohólicas. Encontró un método de producir disoluciones de dióxido de carbono, patentando el invento y logrando las primeras bebidas carbonatadas (1772). También preparó monóxido de carbono, pero no estudió sus propiedades.

Su mayor logro fue el descubrimiento del oxígeno (al que llamó ‘aire desflogisticado’) el 1 de agosto de 1774. Lo obtuvo al calentar óxido de mercurio concentrando los rayos de Sol con una lupa. Este descubrimiento lo había hecho Carl Scheele un año antes, pero no lo publicó hasta bastante tiempo después (problemas de la edición del libro en el que se decriben los experimentos). Sin embargo, Priestley, que era un firme defensor de la teoría del flogisto (una teoría con poca base científica) no fue capaz de reconocer la importancia de su descubrimiento, lo que hubiese derribado la teoría del flogisto. La importancia del oxígeno para explicar las reacciones químicas fue magistralmente desvelada por Lavoisier en 1777, por lo que frecuentemente se considera a Lavoisier el descubridor del oxígeno.

La historia del descubrimiento del oxígeno lleva a la reflexión sobre ‘el descubrimiento científico y la consciencia de haber descubierto algo‘; y es el objeto de la magnífica obra de teatro Oxygen, escrita por Carl Djerassi y Roald Hoffmann.

14 de marzo de 1854. Nacimiento de Paul Ehrlich (1854-1915). Premio Nobel de Medicina en 1908 por sus aportaciones a la inmunología. Ehrlich empezó su carrera científica estudiando la posibilidad de usar los colorantes desarrollados por Perkin en el teñido de tejidos de seres vivos (una técnica habitual actualmente, tanto en histología como en biología celular). Ehrlich estaba convencido de que las enfermedades causadas por microorganismos se podrían curar por tratamiento con compuestos químicos, actualmente denominados antibióticos. Para ello deberían tener una toxicidad selectiva, es decir deberían ser más tóxicos para el patógeno que para el organismo huésped (el ser humano). A principios del siglo XX, en el grupo de Ehrlich se desarrollaron los primeros tratamientos quimioterapéuticos de manera sistemática. Se basó en la estructura del atoxyl, un derivado de arsénico con propiedades antibióticas pero muy tóxico, y empezaron a preparar centenares de compuestos que se ensayaron para determinar su actividad biológica. Estas investigaciones dieron lugar al desarrollo del salvarsán, el primer agente quimioterapéutico eficaz; que, aunque tenía cierta toxicidad, esta era mucho menor que el atoxyl y además era mucho más activo frente a ciertos microorganismos. El salvarsán fue el medicamento utilizado para tratar numerosas enfermedades (la sífilis, especialmente) hasta la década de 1940s, en que fue reemplazado por la penicilina.

15 de marzo de 1821. Nacimiento de Johann Josef Loschmidt (1821-1895). Uno de los químicos más prolíficos, originales y (por desgracia) olvidados de su época (se le puede considerar un genio olvidado). Fue un precursor del uso de modelos físicos para estudiar la estructura y propiedades de compuestos orgánicos y de la teoría estructural de la química orgánica. Entre sus muchas aportaciones a la química (no reconocidas por la posteridad) está la propuesta de la estructura (bastante aproximada) del benceno en 1861 (adelantándose a Kekulè, que la propuso en 1865). Propuso el número de Loschmidt, que es el número de partículas (átomos o moléculas) de un gas ideal en un volumen determinado; lo que está relacionado con el número de Avogadro y es un apoyo a la teoría cinética de los gases, desarrollada posteriormente por Maxwell y Boltzmann; este último reconoció las aportaciones científicas de Loschmidt tras el fallecimiento de éste. También fue pionero en la determinación del tamaño de átomos y moléculas.

Nota: Este post participa en la XIII Edición del Carnaval de Química, que aloja el  blog Curiosidades de un químico soñador que administra Daniel Martín Yerga

 
Bernardo Herradón García
CSIC
b.herradon@csic.es

Linus Pauling: uno de los tres grandes de la historia de la química. Tendiendo puentes entre la química, la biología y la física.

A veces me han preguntado cuales son los químicos más importantes de todos los tiempos. Siempre es difícil elegir entre tanto científico ilustre. Pero me lanzo a la piscina y digo “si tengo que elegir a uno, es Mendeleev; si son dos, añado a Pauling; y si hay que elegir un tercero, propongo a Lavoisier”

¿Por qué esa elección? ¿Tienen algo en común estos tres químicos de épocas tan distantes y que usaron técnicas y teorías tan diferentes?

Cronológicamente, el primero fue Antoine-Laurent Lavoisier (1743-1794), con el que la química empezó a ser una ciencia moderna basada en el método científico. A partir de sus investigaciones, se pudieron obtener numerosos datos experimentales sobre los elementos, compuestos químicos y sus transformaciones.

Dimitri Mendeleev (1834-1907) fue fundamental en sistematizar el enorme caudal de resultados experimentales obtenidos en las décadas precedentes, identificando similitudes y diferencias entre los elementos químicos; y, lo que es más importante, predecir nuevos resultados. La culminación de sus investigaciones lo constituye la identificación de la periodicidad de las propiedades químicas, que dieron lugar a  la Tabla periódica de los elementos químicos. Esta es uno de los iconos de la ciencia y posiblemente la mayor aportación de la química a la historia de la cultura universal (entendiendo como cultura, también la científica; por supuesto). Crear la tabla periódica en una época en la que no se conocía la estructura íntima de la materia constituye un hito heurístico.

El tercero de los grandes es Linus Pauling, del que hoy se conmemora el 111º aniversario de su nacimiento y que, en cierto modo, expandió el trabajo de Mendeleev; haciendo contribuciones que permitieron entender como los elementos químicos (a través de los átomos, ya aceptados por toda la comunidad científica) se combinan entre sí a través de enlaces químicos.

Pauling estaba convencido de que entender la estructura es la clave para descifrar algunos de los misterios del universo. Para llegar a este conocimiento, Pauling usó las herramientas de la física, ilustrada por la mecánica cuántica, siendo un pionero del uso de la mecánica cuántica en química y, de hecho, uno de los fundadores de la química cuántica.

Pauling nació en Oregon el 28 de febrero de 1901. Quedó huérfano de padre siendo muy joven. Por problemas económicos familiares, se le recomendó que estudiase una carrera práctica que le permitiese encontrar trabajo pronto. Por eso eligió estudiar ingeniería química en la Oregon State University (OSU), graduándose en 1922.

Desde muy joven, pensaba que la física era fundamental para entender el comportamiento químico y decidió realizar la tesis doctoral en química física. Solicito realizar la tesis en el grupo de Arthur Noyes, en el Instituto Tecnológico de California (Caltech), uno de los químicos físicos más prestigiosos de la época. Parece ser que Noyes dudó en su contratación porque Pauling era  un ingeniero químico que no había asistido a cursos de química física avanzada. Sin embargo, convenció a Noyes y éste le admitió en su grupo; donde terminó la tesis en 1925.

Becado por la Fundación Guggenheim (en la época en la que ser becario era un honor y no era una palabra denigrada como actualmente) realizó estancias postdoctorales entre 1926 y 1927. Reconociendo el papel que la ciencia europea estaba realizando para entender la estructura de la materia, trabajó en Copenhage con Niels Bohr (Premio Nobel de Física en 1922), en Münich con Arnold Sommerfeld (no recibió el Premio Nobel, pero lo mereció varias veces), en Londres con William H. Bragg (Premio Nobel de Física en 1915) y en Göttingen con Max Born (Premio Nobel de Física en 1954). Sin duda, recibió una excelente formación teórica y experimental en mecánica cuántica y en cristalografía; en definitiva, en las estructuras de sustancias químicas, ya sean átomos, sales o moléculas.

De vuelta a Estados Unidos, fue contratado como profesor en Caltech donde permaneció hasta su jubilación en 1973. Tras esta fecha y hasta su muerte, el 19 de agosto de 1994, Pauling trabajó como profesor emérito en la Stanford University, donde se creó el Linus Pauling Institute (LPI). Pauling investigó de manera continuada durante 72 años, siendo un testigo privilegiado y protagonista del mayor desarrollo de la historia de la química. Posteriormente, su legado fue trasladado desde el LPI a su Alma Mater, la OSU.

Pauling fue un excelente docente y divulgador de la ciencia. En esta última faceta era frecuente su participación en medios diversos explicando ciencia. Un ejemplo se puede encontrar en el vídeo http://www.youtube.com/watch?v=KDDQMTfMZxE.

En su faceta docente, parece que era un profesor espectacular al que le gustaba ilustrar sus explicaciones teóricas con demostraciones prácticas en clase. Hay una característica que le iguala con Mendeleev. Cuando éste tuvo que explicar Química general a sus alumnos de primer curso de la Universidad de San Petersburgo, no encontró ningún libro de texto que le satisficiera; por lo que decidió escribir su libro Principios de química, cuya redacción le inspiró para crear la tabla periódica. Lo mismo le pasó a Pauling. Cuando tuvo que explicar Química general a alumnos de primer curso de Caltech, se dio cuenta que lo mejor era escribir su propio libro de texto. Así nació su libro General Chemistry, cuya primera edición se publicó en 1947, constituyendo un clásico de la enseñanza de la química desde entonces.

Realizó aportaciones fundamentales en las bases teóricas de la química, usando la mecánica cuántica para explicar la estructura molecular y el enlace químico. Introdujo conceptos fundamentales como la resonancia y la hibridación. De estos estudios surgió el libro Introduction to Quantum Mechanics with Applications to Chemistry (escrito en colaboración con E. Bright Wilson) en 1935; un clásico en química cuántica.

Pauling fue un pionero en el uso de la cristalografía en química, siendo el primer tema que desarrolló a su vuelta a Caltech en 1927. El uso de la difracción de rayos X y de la difracción de electrones le permitió profundizar en la estructura de compuestos inorgánicos (principalmente) y orgánicos y empezar a entender la naturaleza del enlace químico. De estas investigaciones surgieron las reglas de Pauling para predecir la estructura cristalina de compuestos iónicos y la escala de electronegatividad que desarrolló, que permitió determinar el carácter iónico/covalente (parcial) de los enlaces químicos.

Con estas investigaciones, Pauling se convirtió en la máxima autoridad en química estructural de la historia. Su amplio conocimiento lo plasmó en el libro The Nature of the Chemical Bond and the Structure of Molecules and Crystals; publicado por primera vez en 1939, convirtiéndose en uno de los libros científicos clásicos.

A mediados de la década de los años 1930s, Pauling empezó a interesarse en moléculas de interés biológico, especialmente proteínas. Pensaba que la función podría entenderse a partir de su estructura y que ésta podría determinarse por los métodos que él estaba usando para moléculas pequeñas, especialmente métodos de difracción.

Ya en 1934, en conexión con sus investigaciones sobre magnetismo de sustancias químicas, determinó las propiedades magnéticas de la hemoglobina. Ésta es la proteína transportadora de oxígeno en los glóbulos rojos de la sangre en los mamíferos y su estructura y funcionamiento son vitales para entender el mecanismo molecular del transporte de oxígeno y las consecuencias sobre la salud que puede tener su malfuncionamiento.

En 1940 hizo la propuesta novedosa de que la especificidad de las interacciones biológicas se debe a la complementariedad molecular, lo que permite explicar las interacciones entre los antígenos y anticuerpos (con implicaciones en inmunología) y la catálisis enzimática. En esta última área, propone que el aumento de la velocidad de una reacción enzimática se debe a la estabilización del estado de transición por interacción con la enzima. Esta hipótesis explica muchos resultados experimentales y sirve para el diseño de fármacos por inhibición enzimática.

Basándose en la complementariedad molecular, Pauling propuso en 1946 que un gen podría consistir en dos hebras mutuamente complementarias, un concepto que anticipó la propuesta de Watson y Crick para la estructura del DNA.

En los años 1940s, Pauling creó el área de la medicina molecular al proponer que la anemia falciforme estaba causada por la mutación de un único aminoácido de los 457 que forman la cadena monomérica de hemoglobina.

En 1948 propuso las estructuras secundarias de las cadenas peptídicas: la hélice alfa y la lámina beta. Su propuesta fue teórica basada en el empleo de modelos moleculares y su profundo conocimiento de la estructura molecular e interacciones no covalente. Poco después se encontró experimentalmente (por difracción de rayos X) que estas propuestas eran motivos estructurales frecuentes en la estructura de péptidos y proteínas.

Con sus propuestas y resultados experimentales sobre la estructura de proteínas, mecanismos de reacciones enzimáticas, complementariedad de proteínas y ácidos nucleicos, y en medicina molecular; se puede considerar a Pauling uno de los fundadores de la biología molecular y su moderna ramificación, la biomedicina.

En la época del Macarthismo en Estados Unidos, estuvo castigado sin pasaporte, lo que le impidió viajar a Inglaterra a para ver las fotografías de la difracción de rayos X tomadas por Rosalind Franklin. Si hubiese visto las fotografías, seguramente hubiese propuesto la estructura de doble hélice del DNA antes que Watson y Crick y la historia de la ciencia hubiese cambiado. Pero esto se ciencia ficción.

Ya en esa época había recibido el Premio Nobel de Química por sus aportaciones a la química estructural, Pacifista convencido y activo (de ahñi los problemas en su país), defendió el desarme nuclear. Por estas acciones, recibió el Premio Nobel de la Paz de 1962 (entregado en 1963). Ha sido la única persona que ha recibido dos Premios Nobel de manera individual: Química (1954) y Paz (1962).

En definitiva, un gigante de la ciencia y de la historia de la humanidad.

Nota: Este post participa en la XII Edición del Carnaval de Química, que aloja el  blog Historias con mucha química (como todas) que administra María Docavo y en la X Edición del Carnaval de Biología, que aloja el blog Scientia que administra José Manuel López Nicolás.

Bernardo Herradón García
CSIC
b.herradon@csic.es

Bienal de Química. Oxígeno, una reflexión sobre la ciencia por Djerassi y Hoffmann.

El día 25 de julio por la tarde hubo una representación de la obra ‘Oxígeno’, escrita por Carl Djerassi y Roald Hoffmann. Fue una lectura dramatizada que tuvo lugar en la sede del Instituto de la Historia y de la Ciencia ‘López Piñero’. Aunque no fue una auténtica representación teatral, sino sólo una lectura del texto por parte de los actores; los asistentes nos hicimos una idea de cómo sería el montaje escénico, pues el director de la obra diseñó muy bien el escaso escenario disponible para crear distintas situaciones temporales y espaciales.

No voy a destripar la obra, pues recomiendo que la leáis o si tenéis oportunidad, acudid a verla. Sólo un breve comentario. Los personajes se mueven en dos épocas: 2001 (comité Nobel) y 1777 (en Suecia). Las dos situaciones se entremezclan ágilmente durante la obra. En el primer ‘escenario’ se discute “quién merecería el Premio Nobel retrospectivo” y en el segundo, las disputas entre Scheele, Prestley y Lavoisier, por un lado; y sus respectivas mujeres por otro. Las discusiones entre los distintos personajes en los dos escenarios intentan clarificar quién fue “el descubridor del oxígeno”, que a juicio del comité Nobel es el hallazgo merecedor del Premio Nobel retrospectivo.

No desvelaré el final de la obra. Merece la pena leerla/escucharla pues es una reflexión muy interesante sobre el descubrimiento científico, la “política” detrás de la actividad científica y de los comité “otorgadores ‘ de premios. Una obra escrita por dos de los químicos más importantes de los últimos 60 años, que tienen gran experiencia científica, literaria y personal. De los autores hablaré en un próximo post.

Bernardo Herradón-G.

CSIC

herradon@iqog.csic.es