7. LAS PARTÍCULAS INVISIBLES

La nueva química de Lavoisier hizo aún más intrigante que nunca la antigua pregunta: ¿Qué era, a fin de cuentas, un elemento? ¿Qué distinguía a unos de otros? Existía una larga y creciente lista de elementos, muchos de los cuales poseían algunas propiedades comunes. Por ejemplo, el hierro, el cobalto y el níquel eran muy similares en diversas formas, pero el hierro no podía cambiarse en níquel o cobalto, lo mismo que el plomo no podía ser transmutado en oro. El hidrógeno, el nitrógeno y el oxígeno eran todos ellos gases incoloros, pero los tres se comportaban de maneras muy diferentes cuando se les calentaba, y ninguna cantidad de tratamiento violento podía transformarlos al uno en el otro.

Al cabo de dos décadas de la muerte de Lavoisier, el misterio de la inmutabilidad de los elementos estaba resuelto. En realidad, la clave para todo aquel asunto había sido conjeturada por unos cuantos inspirados griegos hacía ya más de dos mil años.

El filósofo griego Anaxágoras parece haber sido el primero en sugerir que toda la materia estaba hecha de pequeñas partículas. Leucipo de Mileto quedó intrigado por la idea y la discutió con su discípulo Demócrito (al que no debe confundirse con el alquimista Bolos Demócrito).

Demócrito desarrolló más tarde esta idea. Había nacido en una pequeña ciudad del Egeo llamada Abdera. Los griegos consideraban a Abdera como una típica población de palurdos, y empezó a denominar «abderitas» a los tipos ignorantes del campo. Demócrito fue un abderita que podía ser cualquier cosa menos ignorante. Se convirtió en uno de los más famosos filósofos de Grecia. (Digamos de paso que le llamaban el «Filósofo sonriente», debido a su aspecto jovial).

Demócrito decidió que unas partículas invisibles eran las que formaban cada elemento, y que la naturaleza del elemento dependía de la forma de las partículas. Así, el agua debía de estar formada por esferas suaves, lo cual explicaría el porqué el agua fluiría con tanta facilidad; las partículas de «tierra» deberían ser cubos, lo cual estaría en relación con la dureza y estabilidad de ese «elemento»; las partículas de «fuego» serían aguzadas y puntiagudas, lo cual explicaría por qué el fuego lastima. De estos varios tipos de partículas, decía Demócrito, deberían estar construidas todas las sustancias conocidas.

Llamó a las pequeñas partículas «átomos» (de una palabra griega que significa invisible), porque sostenía que no podían ser destruidos o desmenuzados en otros más pequeños.

Desgraciadamente, la teoría de Demócrito fue ridiculizada por Aristóteles, el más influyente de todos los antiguos filósofos. Además, los escritos de Demócrito se perdieron, por lo que sus ideas sólo pudieron ser conservadas en forma de ocasionales referencias críticas a los mismos por parte de los demás filósofos.

Sin embargo, la teoría de los átomos no murió. Epicuro de Samos fue un acérrimo partidario de las ideas de Demócrito. En el último siglo antes de Jesucristo, el filósofo romano Lucrecio, un epicúreo, revivió la teoría atómica con su famoso De rerum natura (De la naturaleza de las cosas). El libro de Lucrecio, escrito en latín, continuó teniendo influencia a través de toda la Edad Media. Y lo mismo sucedió con un libro de un filósofo naturalista griego del siglo III, llamado Herón; su obra, titulada Pneumática (Acerca del aire), describía experimentos con el aire y explicaba los resultados en unos términos de la teoría de que el aire estaba compuesto de átomos.

Luego, en el siglo XVII, los experimentos de Robert Boyle prestaron más apoyo a la teoría, cuando mostró que, una cantidad dada de aire, podía ser comprimida hasta adquirir un volumen cada vez más pequeño al incrementar la presión. Esto, ciertamente, indicaba que el aire estaba compuesto de partículas rodeadas de espacios vacíos.

A través de los siglos XVII y XVIII, el «atomismo» alzó cada vez más interés. El gran Isaac Newton creía en la existencia de átomos. Pero la prueba de su existencia no se obtuvo hasta que los químicos comenzaron a estudiar sustancias por métodos de pesada, que habían sido introducidos por Lavoisier.

En 1797, Joseph Louis Proust, un francés que trabajaba en España, alcanzó un importante descubrimiento a partir del peso de los compuestos. Averiguó que los elementos siempre se combinaban en ciertas definidas proporciones según el peso. Por ejemplo, en el carbonato de cobre, un compuesto de cobre, carbono y oxígeno, la proporción de peso era siempre de cinco partes de cobre, cuatro de oxígeno y una de carbono, es decir, una proporción de 5: 4: 1.

La «ley de las proporciones definidas» de Proust fue la primera confirmación específica de la idea atómica. Si la materia estaba hecha de indivisibles bloques de construcción, esto era exactamente lo que uno esperaría encontrar: elementos que se combinarían en una proporción numérica, como por ejemplo, cinco a uno, o cuatro a uno, y nunca cinco y cuarto a uno, o cuatro y medio a uno, porque no se puede conseguir una fracción de los átomos.

Luego se produjo una posterior observación, la cual realmente estableció la teoría atómica. El hombre que dio aquel paso, y formuló la teoría en unos términos comprensibles, fue John Dalton, de Inglaterra (1766-1844).

Dalton era un maestro de escuela cuáquero, en una pequeña ciudad inglesa. Se convirtió en un entusiasta del saber, que se interesó por todas las ciencias. Entre otras cosas, construyó instrumentos para estudiar el tiempo, trazó cuidadosos registros diarios del tiempo, durante cuarenta y seis años, y escribió un libro, que le permite ser considerado uno de los fundadores de la ciencia de la Meteorología. Otro de sus logros fue el descubrimiento de la ceguera a los colores, que aún se sigue llamando «daltonismo» en su honor. Dalton era, personalmente, ciego a los colores. Pero este inconveniente no le impidió dedicarse a la Química y conseguir sus mayores descubrimientos.

Dalton empezó con la ley de Proust de las proporciones definidas. Se sentía particularmente sorprendido con el hecho de que dos elementos pudiesen combinarse en más de una forma. Por ejemplo, había dos diferentes óxidos de carbono: el bióxido de carbono y el monóxido de carbono (naturalmente, los gases no eran entonces conocidos con esos nombres). En el bióxido de carbono, la proporción del oxígeno y del carbono, por pesos, era de 8 a 3; en el monóxido de carbono, de 4 a 3. En otras palabras, la proporción de oxígeno en el primer compuesto era exactamente dos veces que en el segundo. Dalton llamó a su descubrimiento la «ley de las proporciones múltiples».

¿Y eso qué significaba? Si tomamos el caso de los óxidos de carbono, ¿qué otra cosa podía significar, excepto que el bióxido de carbono tenía dos átomos de oxígeno por uno de carbono, y el monóxido de carbono tenía un átomo de oxígeno por otro de carbono?

Inmediatamente después (en 1803), Dalton se dedicó a la teoría atómica y trabajó en ella, por primera vez, con un detalle racional. Cada elemento consistía en una clase particular de átomo. Los átomos de varios elementos diferían en el peso. Dado que en un compuesto de un carbono por un oxígeno (monóxido de carbono), la proporción de carbono a oxígeno en peso era de 3 a 4, el átomo de carbono debía de ser las tres cuartas partes del peso del átomo de oxígeno. De este modo Dalton elaboró los pesos relativos de un gran número de elementos. Decidió que la distinción clave entre los diferentes elementos, radicaba en las diferencias en su peso atómico.

Aquí había una razonable explicación de por qué el plomo no podía transformarse en oro, o el hierro en cobalto, o el hidrógeno en nitrógeno. Para convertir un elemento en otro se necesitaba cambiar los átomos de un peso en átomos de otro peso, una cosa que era imposible de conseguir con la química (y que sólo se lograría con la física nuclear en el siglo XX).

Dalton publicó su teoría atómica en un libro, con el título de Nuevo sistema de filosofía química. Su «nuevo sistema» encontró resistencia, pero la mayoría de los químicos la aceptaron en seguida.

¿Por qué, de repente, se aceptaban con entusiasmo las opiniones de Dalton, mientras que durante miles de años los científicos no habían tomado en serio la sugerencia de Demócrito sobre la misma idea? Lo que ocurría es que, en realidad, todo el telón de fondo había cambiado. Ahora se llevaba ya siglo y medio de detalladas observaciones y experimentos para respaldar la interpretación de Dalton. Demostró que su teoría atómica podía explicar todas las observaciones y mediciones.

UNA VARIEDAD DE «TIERRAS»

El descubrimiento de los nuevos elementos se aceleró. Ya lo había hecho incluso antes de que Dalton expusiera su teoría. Uno de los más activos descubridores fue un químico alemán llamado Martin Heinrich Klaproth (1743-1817). Al igual que Scheele, Klaproth comenzó como mancebo de botica y llegó a convertirse en una gran autoridad en minerales y profesor de Química en la Universidad de Berlín.

En 1789, el año de la publicación del tratado de Lavoisier, Klaproth estaba investigando un mineral oscuro y pesado, que se había encontrado en una antigua mina de Bohemia. Disolvió el mineral con un ácido fuerte y luego neutralizó el ácido. Se depositó polvo amarillo. Klaproth decidió, correctamente, que aquello era óxido del nuevo metal.

Siguiendo la pauta de los alquimistas que habían denominado a los elementos conforme a los planetas, Klaproth asignó al metal el nombre del planeta Urano, que había sido descubierto en los cielos apenas ocho años antes. Así que el nuevo elemento fue llamado «uranio». En el mismo año, Klaproth extrajo el óxido de otro nuevo metal de una piedra semipreciosa llamada circón, y denominó a este elemento «circonio^[1]».

Klaproth era un hombre que no albergaba deseos de alcanzar fama alguna que no le correspondiese. Anotó que, en 1782, Franz Joseph Müller había descubierto un elemento nuevo que fuera pasado por alto y al que todavía no se le había dado nombre (véase capítulo 5). Klaproth llamó la atención del mundo científico y denominó al elemento «telurio» («tierra»). Tuvo cuidado de señalar que la fama de aquel descubrimiento pertenecía a Müller.

Hizo lo mismo por otro sacerdote inglés llamado William Gregor, el cual, en 1791, descubrió el óxido de un nuevo metal en una arena negra que encontró en su propia parroquia. La descripción de Gregor pasó inadvertida hasta que Klaproth llamó la atención hacia ella. De nuevo sugirió un nombre para aquel elemento —«titanio» (según los titanes de la mitología griega)—, y atribuyó a Gregor la fama del descubrimiento.

La virtud siempre trae aparejada su recompensa. Lavoisier nunca recibió la fama de descubridor de elementos, como tanto ansiaba. Por otra parte, Klaproth, que hizo todo lo que pudo por evitar una fama inmerecida, sin embargo, a menudo es considerado como el descubridor del telurio y del titanio.

Los óxidos de uranio, circonio y titanio fueron llamados «tierras» porque eran insolubles en agua y no se veían afectados por el calor. En 1794, fue descubierta una particularmente interesante nueva «tierra», en un mineral obtenido en una cantera de piedra en la pequeña ciudad de Ytterby, en Suecia. Acabó por llegar a manos de un químico finlandés llamado Juan Gadolin, otro de los discípulos de Bergman (véase capítulo 5). Gadolin llamó al nuevo metal «itria», por el nombre de la ciudad, y el metal en sí llegó con el tiempo a ser conocido como «itrio». Y Gadolin consiguió se le atribuyera su descubrimiento.

Esta nueva «tierra» era en extremo infrecuente, por lo cual se la llamó «tierra rara». Muy pronto aparecieron otras «tierras raras».

Un muchacho sueco de quince años, llamado Wilhelm Hisinger, encontró un interesante mineral en la finca de su padre, y lo envió a Scheele para su análisis. El pobre y desafortunado Scheele no encontró nada desacostumbrado en él, pero Hisinger siguió conservando su interés por el mineral y, posteriormente, a la edad de treinta y siete años, mostró que contenía un nuevo elemento. Lo llamó «cerio», por el asteroide Ceres, que había sido descubierto en 1801.

En 1798, un químico francés, Louis Nicolas Vauquelin, estaba analizando un mineral que había sido descubierto en Siberia. Consiguió del mismo unos hermosos compuestos rojos y amarillos, que se volvían de un brillante color verde cuando se añadían determinados productos químicos. De estos compuestos extrajo el óxido de un nuevo metal y, calentando el óxido con carbón vegetal, aisló trozos del metal en sí. Lo llamó cromo, de la palabra griega chroma, que significa «color».

Al año siguiente, Vauquelin descubrió un óxido de otro nuevo metal en una gema semipreciosa llamada berilo. Este metal sería denominado berilio.

Aproximadamente hacia el mismo tiempo, Estados Unidos contribuyó con un nuevo elemento. Antes de la Revolución, el gobernador colonial había enviado a Londres un mineral raro encontrado en Connecticut. En 1801, un químico inglés, Charles Hatchett, cortó un trozo de la muestra y lo analizó. Decidió que contenía un nuevo metal y lo llamó «columbio», por Columbia, el poético sobrenombre de la nueva nación de Estados Unidos. Algunos años después, el químico inglés William Hyde Wollaston, tras analizar un segundo fragmento, declaró que el «columbio» era el mismo elemento que el «tantalio», que había sido descubierto por un químico sueco, Anders Gustaf Ekeberg, y que le había puesto el nombre tomado de Tántalo, uno de los personajes de la mitología griega.

Finalmente, en 1846, el asunto fue zanjado por un químico alemán, Heinrich Rose, el cual probó que Hatchett tenía razón y que Wollaston estaba equivocado. El columbio era muy similar al tantalio, pero no idéntico a él. A causa de su semejanza con el tantalio, Rose dio al columbio el nuevo nombre de «niobio», por Níobe, la hija de Tántalo. Durante muchos años, los europeos llamaron al elemento niobio y los norteamericanos columbio, pero, en la actualidad, el nombre oficial es el de niobio.

Wollaston enmendó su yerro desenterrando algunos descubrimientos genuinos. Le gustaba trabajar con los minerales de platino, un metal muy fascinante. Al igual que el oro, era un «metal noble», es decir, que formaba compuestos con muchas dificultades y que, además, no se enmohecían u oxidaban. No era tan hermoso como el oro (ningún metal lo es), pero era mucho más raro y más valioso.

Al igual que el oro, el platino podía ser disuelto en «agua regia». Pero dio la casualidad de que también se disolvieron con él algunas de sus impurezas. Wollaston separó esas impurezas, y en 1803, descubrió dos metales ligeros que eran similares en comportamiento al platino, pero no «nobles». Los llamó «paladio» y «rodio»: paladio en honor de un planetoide recientemente descubierto, Palas, y rodio, del griego rhodon, «de color rosa», puesto que el elemento formaba compuestos de ese color.

Otro químico inglés, Smithson Tennant (con quien Wollaston había trabajado en un tiempo como ayudante), encontró otros dos metales en el platino, pero que eran más «nobles» que el platino. No eran solubles en agua regia. Tennant les llamó «osmio» e «iridio». El osmio, del griego osme, que significa «olor», dado que uno de los compuestos del elemento tenía un aroma desagradable. El iridio fue denominado así de la palabra griega iris, «arco iris», por el gran colorido de sus compuestos.

Como resumen de este capítulo, en la tabla 5 presentamos una lista de los elementos descubiertos de los siglos XVIII al XIX.