8. DESCUBRIMIENTOS CON ELECTRICIDAD

La lista de Lavoisier de treinta y tres «elementos» incluía varias sustancias que algunos químicos creían que se trataba de compuestos. Éstos eran «cal», «magnesia», «barita», «alúmina» y «sílice».

La cal es una palabra que deriva del vocablo latino «calx». Se formaba al calentar piedra caliza. Magnesia llevaba este nombre por la ciudad griega cerca de la cual, de acuerdo con la leyenda, se había descubierto por primera vez. Barita, que se obtenía de un mineral muy pesado, deriva del griego barys, que significa «pesado». Alúmina procedía de un mineral muy corriente denominado «alumen» y sílice del pedernal, al que los romanos habían llamado «sílex».

Lavoisier consideraba que todos ellos eran elementos, porque no podían ser reducidos calentándolos con carbón vegetal. Pero otros químicos sospechaban que realmente eran óxidos, y buscaron otra forma de liberar su oxígeno y encontrar sus elementos constitutivos. Y tuvieron éxito al hallar un medio, que fue la electricidad.

En aquel tiempo, la electricidad era un nuevo juguete, muy excitante y popular. Benjamín Franklin había extraído electricidad de una nube de tormenta con su famosa cometa. Alessandro Volta, de Italia, acababa de inventar su pila eléctrica (en 1800). Las noticias de sus trabajos se extendieron con rapidez por el mundo científico, con un efecto tan electrizante como sus propias corrientes.

En Inglaterra, un científico llamado William Nicholson, y su joven amigo Anthony Carlisle, iniciaron en seguida unos experimentos químicos con electricidad. Introdujeron dos electrodos de una batería en agua ligeramente acidulada, y vieron que, al pasar la corriente eléctrica a través del agua originaba burbujas de gas que aparecían en cada electrodo. El gas resultó ser oxígeno en un electrodo e hidrógeno en el otro. En resumen, la electricidad descomponía el agua en hidrógeno y oxígeno: dos partes de hidrógeno y una parte de oxígeno. (Dalton, desarrollando su teoría atómica, había cometido el error de suponer que el agua contenía un átomo de hidrógeno por uno de oxígeno y, por consiguiente, la mayor parte de sus pesos atómicos eran incorrectos).

El experimento de Nicholson-Carlisle demostraba que la electricidad podía separar dos elementos de un compuesto. Pronto se derivaron hechos muy importantes de esta demostración.

DAVY DA EN EL BLANCO

Dos jóvenes químicos siguieron por este camino. Se trataba de Jöns Jakob Berzelius, de Suecia (1779-1848) y Humphry Davy, de Inglaterra (1778-1829).

Berzelius, criado por su padrastro, pasó una infancia muy difícil y dura, pero al final consiguió asistir a la Facultad de Medicina y obtuvo su licenciatura. No obstante, no se hallaba muy interesado por los temas médicos. Lo que realmente le interesaba era experimentar en problemas químicos. Bajo la guía de su maestro (un sobrino del gran Bergman), emprendió investigaciones en este campo y se convirtió en el químico más importante de su tiempo.

Como profesor de química, Berzelius fue un apasionado conferenciante. Los estudiantes acudieron a él desde toda Europa. Sus puntos de vista acerca de cada rama de la Química se convirtieron casi en ley, aunque, a menudo, se equivocó… En la historia de la Química, la primera mitad del siglo XIX puede ser considerada la «era de Berzelius».

Berzelius publicó un tratado de Química (en 1808), que sustituyó al de Lavoisier como primera autoridad en este tema. Durante casi treinta años, publicó también un informe anual acerca del progreso de la Química. En sus últimos años, como un anciano estadista de la Química, el conservador profesor Berzelius, por lo general, consiguió encontrarse siempre en el lado equivocado de la mayor parte de las controversias acerca de las nuevas teorías. Pero acertado o equivocado, a través de toda su vida había constituido una fuerza estimuladora en el conjunto del excitante mundo de la Química.

Una de sus primeras contribuciones la constituyó el sugerir, después de repetir el experimento de Nicholson-Carlisle, que los elementos llevaban cargas de electricidad. A partir de aquí, puso en marcha una teoría de reacciones químicas que fue ampliamente aceptada, aunque demostró ser errónea. No obstante, la idea de las cargas eléctricas sobre los átomos, se comprobó que era acertada casi un siglo después.

Humphry Davy también fue un muchacho pobre en sus comienzos. Al igual que otros muchos químicos de su tiempo, trabajó como mancebo de botica. Empezó a interesarse por la Química después de leer el tratado de Lavoisier. En 1779, cuando tenía sólo veintiún años, de repente, se encontró con la fama al haber descubierto algo llamado «gas hilarante o de la risa».

Este gas es un óxido nitroso, un compuesto de dos átomos de nitrógeno y uno de oxígeno. Tan pronto como lo hubo preparado Davy, se descubrió que poseía asombrosas propiedades. La gente que respiraba el óxido nitroso parecía perder el dominio de sí mismo. Sus emociones se hacían ingobernables: reían, lloraban y, por lo general, se comportaban de una forma alocada. El respirar aquella droga se convirtió en una verdadera manía. (Hasta muchos años después no fue adoptada por la clase médica como anestésico, para extraer dientes u otras intervenciones menores).

Dado el alcance de su descubrimiento, Davy se convirtió en un conferenciante popular sobre temas químicos. La Ciencia se hallaba en pleno apogeo. La nueva máquina de vapor y los vuelos en globo constituían los temas diarios de conversación, lo mismo que sucedió después con los cohetes y los astronautas. Davy era una persona bien parecida, un excelente orador y muy hábil en espectaculares demostraciones con electricidad y con otras maravillas de la nueva ciencia. Auténticas multitudes se reunían para escucharle.

Pero Davy estaba menos interesado en las conferencias que en los trabajos de laboratorio. ¿Y qué pasaría si se utilizara la electricidad para disociar aquellos compuestos tan íntimamente unidos que los químicos habían fracasado en separar?

Davy empezó primero con la sustancia llamada «potasa». Era, literalmente, una ceniza, obtenida al quemar ciertas plantas y luego al poner las cenizas en remojo en un gran recipiente. Davy comenzó por hacer pasar una corriente eléctrica a través de una solución de potasa. Todo cuanto consiguió fue hidrógeno y oxígeno, tras descomponer el agua. Decidió que debía llevar a cabo aquel experimento en ausencia de agua. Por tanto, mezcló potasa seca e hizo pasar la corriente a través de una mezcla calentada. Para ello, tuvo que fabricar unas grandes pilas capaces de suministrar unas corrientes más potentes que la pequeña pila original de Volta.

Al instante, aparecieron pequeños glóbulos en uno de los electrodos de platino. Davy estaba seguro de que aquella sustancia metálica era un nuevo elemento. Lo llamó «potasio» (de potasa). Descubrió que el potasio poseía una extraordinaria actividad química y que podía reaccionar con cualquier otra sustancia. En agua, por ejemplo, captaba los átomos de oxígeno y liberaba el hidrógeno con tal energía que éste se inflamaba.

Unos pocos días después, Davy intentó el mismo experimento con sosa, también un producto obtenido tras quemar plantas. De la sosa aisló el «sodio», un elemento muy parecido al potasio.

Los árabes habían llamado a la sosa y a la potasa al-qili (que significa «la ceniza»). Ésta es la razón de que se haga referencia a estas sustancias como «álcalis», y el potasio y el sodio sean conocidos como metales alcalinos.

Tras aislar estos elementos, Davy se dedicó a tratar de separar algunos de los «elementos» de Lavoisier, comenzando con la cal. Al principio, no consiguió nada. Pero, llegados a este punto, Berzelius acudió en su ayuda. Berzelius había descubierto que, cuando añadía un compuesto de mercurio a la cal, o la barita, y hacía pasar una corriente a través del mismo, conseguía una «amalgama» de mercurio y algún otro metal. Escribió a Davy contándole sus resultados. Esto permitió a Davy comenzar de nuevo. Preparó la amalgama y luego la calentó fuertemente.

El ensayo dio resultado. De la amalgama obtenida de la cal, aisló un metal al que llamó «calcio» (de la palabra latina calx). A partir de la barita consiguió «bario», y de la magnesia aisló el «magnesio». Siguió aplicando el mismo tratamiento a un mineral que tenía un nombre derivado de la ciudad escocesa de Strontian, y, a partir de él, separó otro elemento metálico: el «estroncio».

Estos tres elementos son conocidos en la actualidad con el nombre de «metales alcalinotérreos».

PÉRDIDAS Y GANANCIAS DE DAVY

Davy puede ser también relacionado con otros dos elementos.

En 1810, informó de unos experimentos que parecían mostrar que el gas verde que Scheele había obtenido del ácido clorhídrico era un elemento, no un compuesto, como Scheele había creído. Davy lo llamó «cloro» por su color verde. Durante años, Berzelius y los químicos franceses Joseph Louis Gay-Lussac y Louis Jacques Thénard negaron que el cloro fuese un elemento. Pero Gay-Lussac y Thénard fracasaron en sus esfuerzos para separarlo en sustancias más simples. (Digamos de pasada que Gay-Lussac ascendió a seis kilómetros de altura en un globo, en 1804, para comprobar la composición del aire a grandes alturas. Fue uno de los primeros científicos importantes en aventurarse de esta manera en la tercera dimensión).

Finalmente, el asunto fue resuelto de forma indirecta a través del descubrimiento de un elemento parecido al cloro por otro químico francés, Bernard Courtois. Estaba experimentando con las cenizas de algas, una buena fuente de sodio y de potasio. Al tratar las cenizas con un ácido fuerte para retirar los compuestos de azufre, Courtois se percató de que salía un vapor de color violeta. Enfrió los cristales oscuros de una nueva sustancia. Decidió que se trataba de un elemento y lo denominó «yodo», por la voz griega que designa el color violeta.

El yodo demostró ser muy similar químicamente al cloro. Si el yodo era un elemento, parecía muy verosímil que el cloro también lo fuese. Este razonamiento convenció a Berzelius.

En 1826, se obtuvo un posterior descubrimiento que acabó de resolver el asunto. Un químico francés llamado Antoine Jérôme Balard, que trabajaba con sales precipitadas de agua de mar, descubrió que, al añadir ciertos productos químicos, la volvían de color pardo. Siguió el rastro de este color pardo hasta llegar a un nuevo elemento con un fuerte y desagradable olor. Balard lo denominó bromo, del griego brômos, fetidez.

El bromo, el yodo y el cloro formaban todos ellos compuestos similares: por ejemplo, las sales de bromo y yodo son muy parecidas al cloruro sódico. Por esta razón, esos tres elementos son llamados «halógenos», de las palabras griegas halós, sal, y gennao, engendrar, «formadores de sal».

No obstante, Gay-Lussac y Thénard vencieron a Davy en otra competición. Durante muchos años, los químicos habían intentado aislar un nuevo elemento del bórax. Lavoisier estaba tan seguro de que su ácido, el ácido bórico, contenía semejante elemento que incluyó el «radical bórico» en su lista de elementos. En 1808, Gay-Lussac y Thénard decidieron arrancar una hoja del libro de Davy e ir detrás de este elemento.

Davy había demostrado que los átomos de potasio se adherían con mucha fuerza a los de oxígeno. Por tanto, debía de existir una afinidad más intensa hacia los átomos de oxígeno que hacia los de carbono, porque, al calentar potasa con carbón vegetal, no se conseguía separar el potasio del oxígeno. Por tanto, Gay-Lussac y Thénard trataron de calentar ácido bórico con potasio, al tener la idea de que, ya que el potasio poseía tanta afinidad hacia el oxígeno, debía apoderarse y separar el oxígeno donde el carbono había fracasado. (Digamos, de paso, que Napoleón Bonaparte había financiado sus experimentos, porque deseaba una victoria científica sobre Inglaterra, con la que Francia estaba en guerra en aquel tiempo. Como pueden ver, la rivalidad científica entre naciones, con propósitos de propaganda, no es un nuevo fenómeno de nuestro tiempo).

Los franceses se apuntaron una victoria. Su experimento produjo el nuevo elemento «boro». Independientemente, Davy estaba intentando lo mismo y también aisló el boro, pero lo logró, exactamente, nueve días después que los franceses.

BERZELIUS SE UNE A LA CAZA

Mientras tanto, Berzelius también había comenzado a mostrarse activo en el juego de la caza de los elementos. Contaba con un gran número de casi aciertos. Davy le había vencido en el descubrimiento del bario y del calcio. Berzelius trabajó durante algún tiempo con Hisinger y estuvo muy cerca de compartir la fama por el descubrimiento del cerio, pero Hisinger lo consiguió por sí mismo más tarde. Uno de los alumnos de Berzelius, llamado Johan August Arfvedson, también encontró un elemento independientemente. El joven Arfvedson decidió que cierto mineral sueco debía contener un metal químicamente activo, similar a los metales alcalinos (sodio y potasio) que se habían encontrado en las plantas. Llamó a este elemento nuevo litio, del griego lithión, «piedra». Arfvedson no tuvo éxito en aislar el litio, pero Davy lo hizo más tarde.

En 1817, el mismo año en que Arfvedson encontró el litio, uno de los estudiantes de Vauquelin, un químico alemán que se llamaba Friedrich Stromeyer, separó un nuevo metal similar al cinc de un mineral llamado «cadmia». Así que denomino cadmio, al nuevo elemento.

Por último, el propio Berzelius conseguiría ser un descubridor por sí mismo. Estaba predestinado a conseguirlo, más pronto o más tarde, puesto que tenía un dedo metido en cada pastel… En 1818, se encontraba analizando muestras de cierto ácido sulfúrico preparado en una ciudad minera sueca, y encontró una impureza que creyó que se trataba de un nuevo metal. Al principio, pensó que debería tratarse del telurio, pero cuando aisló el metal, demostró ser algo más: un nuevo elemento que se parecía al telurio. A causa de que el telurio había sido denominado así por la tierra, Berzelius llamó al nuevo elemento «selenio», de la palabra griega que designa a la Luna.

En 1824, Berzelius se dedicó a la sílice, una tierra en la lista de elementos de Lavoisier, que Davy no había conseguido aún romper. Tras adoptar el método de Gay-Lussac y Thénard, Berzelius calentó sílice con potasio. Y consiguió el éxito al aislar el elemento silicio.

Luego se dedicó a la última «tierra» de la lista de Lavoisier: la alúmina. Davy y Berzelius trataron ambos de aislarla por medios eléctricos, pero sin éxito. Sin embargo, en 1827, un discípulo de Berzelius, Friedrich Wöhler, consiguió extraer una pequeña cantidad de metal, bastante impuro, de este óxido. Naturalmente, este metal era el aluminio. No se conseguiría un método eléctrico para purificar el aluminio a una escala sustancial, hasta 1886, cuatro años después del fallecimiento de Wöhler.

Berzelius añadió aún un tercer elemento a su propia lista de descubrimientos. En 1829, en un mineral que le había enviado un ministro noruego, encontró un metal al que llamó «torio», del nombre del dios noruego Thor.

Un año después, un discípulo de Berzelius, Nils Gabriel Sefström, descubrió otro nuevo metal en una muestra de mena de hierro, y también lo denominó según una antigua deidad noruega. Eligió a una diosa, Vanadis, y llamó al elemento «vanadio».

En la tabla 6 damos una relación de los elementos descubiertos en la primera cuarta parte del siglo dominado por Davy y Berzelius.