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La ciencia del 14 y 15 de marzo: Ehrlich y Loschmidt

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.

 

 
Bernardo Herradón García
CSIC
b.herradon@csic.es

El mol

El 4 de octubre de 1971 se estableció el mol como la unidad de materia en el Sistema Internacional de Unidades Científicas.

El mol es la cantidad de sustancia de un sistema que contiene tantas entidades elementales como átomos de carbono hay en 0’012 kg de carbono-12. La naturaleza de las partículas elementales debe especificarse y pueden ser átomos, moléculas, iones, electrones u otras partículas. La cantidad de partículas contenidas en los 12 gamos de carbono-12 es, por definición, el Número de Avogadro.

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Este número se bautizó de esta manera en homenaje a Avogadro, que en 1811 formuló su hipótesis (ver imagen), la cual permitió racionalizar muchos resultados conocidos de química en su época, pero que pasó prácticamente inadvertida durante casi 50 años. La hipótesis de Avogadro no fue aceptada hasta el congreso de Karlruhe (organizado por Kekulè y otros, celebrado en septiembre de 1860), gracias al trabajo de difusión realizado por Cannizzaro. Un artículo sobre el congreso de Karlsruhe se puede descargar aquí.

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En un artículo anterior ya conté algunas cosas sobre el Número de Avogadro y su historia.

A continuación se expone un artículo recientemente publicado en Anales de Química (2012, 108, 177) sobre la determinación experimental del Número de Avogadro, que es importante para redefinir la unidad de masa en el Sistema Internacional de Unidades.

El Número de Avogadro (NA) es uno de los iconos de la química. Con su definición, significado y valor, NA relaciona las escalas atómico-molecular y macroscópicas de la materia. NA se define como el número de átomos presentes en 12 gramos del isótopo 12 del carbono (12C), lo que se traduce en el número de partículas (átomos, iones, moléculas, electrones, etc.) en un mol de partículas. Su valor, aproximadamente 6,022 x 10^23 partículas por mol (mol^-1) da idea del pequeño tamaño de átomos y moléculas.
Los intentos iniciales de determinar el valor de NA se remontan a mediados del siglo XIX (Loschmidt, 1865), culminando en los experimentos de Perrin (1908) basados en propuestas teóricas de Einstein (1905). Desde la determinación del valor de NA por Perrin, se han realizado medidas más precisas de su valor (ver W. B. Jensen, J. Chem. Ed. 2010, 87, 1302), cuya inexactitud se ha cifrado en 4,4 partes por 100 millones (108).
Sin embargo, en la actualidad hace falta determinar el valor de NA con una precisión mayor de 2 partes en 100 millones ¿Por qué tanta precisión?
El objetivo es redefinir la unidad de masa en el Sistema Internacional de Unidades, dejando a un lado la definición basada en la masa de un cilindro de platino-iridio, y redifiniendo en términos de constantes de la naturaleza, siendo la de Plank (h) la más adecuada para esta redefinición. La constante de Planck se puede determinar indirectamente a partir de medidas de la constante de Rydberg (R∞), la magnitud física medida con más precisión, y del Número de Avogadro (NA). En los últimos años se han descrito diversos métodos para determinar NA con precisión, que se basan en la determinación de la densidad de un monocristal por difracción de rayos X, como propuesto por W. H. Bragg y W. L. Bragg en 1913. Para conseguir estas medidas precisas, se ha usado un monocristal esférico perfecto de un kilogramo de silicio enriquecido en el isótopo 28 (99, 995% del isótopo 28 del silicio). Para obtener un resultado experimental satisfactorio, es necesaria la determinación precisa del peso atómico relativo del silicio.
En una reciente publicación en Analytical Chemistry (2012, 84, 2321-2327), Mester y colaboradores han determinado el peso atómico de 28Si usando espectrometría de masas ciclotrónica. El peso atómico determinado para el Silicio-28 es 27,97696839(24), lo que da un valor de 6,02214040(19) x 10^23 mol^-1 para NA.

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Para un artículo reciente describiendo la historia y las nuevas unidades del Sistema Internacional de Unidades, ver Anales de Química 2012, 108, 236. El título del artículo es Sistema Internacional de Unidades: resumen histórico y últimas propuestas, escrito por Gabriel Pinto, Manuela Martín-Sánchjez y María Teresa Martín-Sánchez.

Bernardo Herradón García
CSIC
b.herradon@csic.es