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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.

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Joseph Priestley

Hoy, 13 de marzo, se conmemora el 280º aniversario del nacimiento de Joseph Priestley (1733-1804). Nacido en un pequeño pueblo de Yorkshire (Inglaterra), debido a problemas de salud, tuvo numerosas interrupciones en su educación; incluso no recibió educación científica formal. A pesar de estos inconvenientes, fue una persona enciclopédica que hizo aportaciones en educación, gramática, ética, filosofía, teología, metafísica, economía, política y ciencias naturales; conocía nueve idiomas (entre ellos caldeo, griego, sirio y árabe). Su principal trabajo fue como ministro eclesiástico, siendo uno de los inspiradores de la Iglesia del Unitarismo. Tras una serie de disturbios por motivos políticos y religiosos, tuvo que emigrar a Estados Unidos, donde pasó sus últimos diez años, siendo uno de los impulsores de la química estadounidense. La American Chemical Society (ACS) ha designado su nombre (medalla Priestley) a la máxima distinción que otorga.

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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).

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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

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