10. PISTAS EN EL ESPECTRO

Después del Congreso de Karlsruhe, los pesos atómicos se convirtieron en un gran factor en la investigación de los elementos, al igual que el trabajo de cada día de los químicos. Parecía como si el peso atómico hubiese arrojado luz en las semejanzas y diferencias entre los elementos, y pudiese conducir al descubrimiento de otros nuevos.

Por ejemplo, teníamos el cobalto y el níquel. El peso atómico del cobalto es 58,94 y el del níquel, 58,71. Los dos elementos eran muy parecidos entre sí. Tal vez esto significase que, cuanto más cercanos, fuesen dos elementos en peso atómico, más similitudes tendrían.

El problema con esta teoría radicaba en que no acababa de funcionar. Los pesos atómicos del cobre y el cinc eran muy próximos: 63,54 y 65,38, respectivamente. Sin embargo, los dos metales no se parecían en nada. Si se consideraba el azufre (peso atómico 32,066) y el cloro (35,457), a pesar de la proximidad de sus pesos atómicos, químicamente representaban polos opuestos: el azufre es un sólido amarillo y el cloro un gas verde, y ambos se comportan de forma muy diferente en las reacciones químicas.

Por otra parte, y para hacer las cosas aún más intrigantes, los químicos averiguaron que algunos elementos que diferían ampliamente en peso atómico, tenían propiedades muy similares. Por ejemplo, el sodio y el potasio eran muy semejantes, aunque el peso atómico del segundo fuese casi el doble del primero.

¿No estaría equivocada por completo toda la especulación sobre el peso atómico? No del todo… Ya en 1817, Johann Wolfgang Döbereiner, un químico alemán, se había percatado de algo interesante.

Döbereiner estaba intrigado por tres elementos: el calcio, el bario y el estroncio. Los tres eran parecidos de algún modo. ¿Y qué cabía decir de sus diferencias? Pues el calcio se funde a una temperatura de 851° C y el bario a 710° C, mientras que el punto de fusión del estroncio queda en medio: 800 grados centígrados.

Luego había que fijarse en su actividad química. El calcio es muy activo. Un trozo de calcio añadido al agua reacciona con el oxígeno y libera hidrógeno. El bario es considerablemente más activo, pero su reacción con el agua es menos vigorosa. ¿Y qué decir del estroncio? Su actividad es intermedia.

Los tres elementos forman compuestos parecidos. Por ejemplo, el sulfato cálcico (CaSO), el sulfato bárico (BaSO) y el sulfato de estroncio (SrSO). Ahora bien, el sulfato cálcico es moderadamente soluble en agua, el sulfato bárico apenas es soluble, y —supongo que ya lo habrán imaginado— el sulfato de estroncio tiene una solubilidad intermedia.

Este estado intermedio del estroncio se muestra en otras centenares de formas.

Lo que más interesaba a Döbereiner era cómo se adecuaba todo esto con la situación de pesos atómicos. Según las mediciones de Berzelius, el peso atómico del calcio era 40, mientras el del bario era 137, y el del estroncio 88… Es decir, casi exactamente la cantidad intermedia entre los dos pesos atómicos…

En otras palabras, el estroncio, cuyo comportamiento parecía estar a mitad de camino entre el calcio y el bario, también se hallaba en una posición intermedia en lo referente al peso atómico.

Döbereiner abandonó este asunto durante algún tiempo. Era un hombre que practicaba numerosas actividades. Entre otras cosas, se hizo famoso como inventor de la «lámpara Döbereiner», que fue uno de los mecanismos conocidos para emplear un catalizador. Con este aparato proyectó un chorro de hidrógeno sobre un poco de platino en polvo; al incidir sobre el platino, el hidrógeno se inflamó. Berzelius dio el nombre de «catálisis» a este proceso, en el que una sustancia (como el platino) produce una reacción sin ser ella misma consumida.

Döbereiner también es conocido por otra ilustre asociación: llegó a ser amigo íntimo de Goethe y enseñó Química al gran poeta.

En 1829, Döbereiner volvió a su juego de números con tríos de elementos. Uno de los nuevos tríos que consideró fue el azufre, el selenio y el telurio. Aquí de nuevo había una tríada de elementos que poseían unas propiedades químicas muy similares y un miembro —el selenio— estaba a mitad de camino entre los otros dos en comportamiento y en peso atómico: el del azufre era de 32, el del telurio 128 y el del selenio 79. Döbereiner encontró un tercer caso de la misma especie. Éste se relacionaba con el cloro, el bromo y el yodo. El cloro es un gas ligeramente coloreado y muy activo. El yodo es un sólido bastante coloreado de oscuro y considerablemente menos activo. ¿Y el bromo? Es un líquido medianamente oscuro con una mediana actividad. Y también es intermedio en todas las otras cosas. (En realidad, cuando se descubrió por primera vez, algunos químicos pensaban que era un compuesto de cloro y yodo). Y, de acuerdo con los valores de Berzelius, el peso atómico del cloro era de 35 ½, el del yodo 127 y el del bromo se encontraba casi exactamente en la mitad, con sus 80.

Döbereiner quedó fascinado. Le costó sudores de muerte el informar al mundo científico de lo que había observado en esas «tríadas» de elementos. Pero estaba demasiado adelantado respecto de su tiempo… Los químicos de su época no vieron utilidad en todo aquello… Pensaron que el juego de Döbereiner era simplemente eso, jugar con números…

HUELLAS DACTILARES EN COLOR

Hacia la década de 1850, la persecución de los elementos tomó un giro gracias al descubrimiento de una nueva técnica.

Esto era volver al viejo descubrimiento de Newton de que la luz tenía un espectro de diferentes colores. Newton había separado aquellos colores, al hacer pasar la luz solar a través de un prisma de cristal. Más tarde, los químicos descubrieron que las diferentes sustancias emitían unos colores distintivos cuando se las calentaba. Por ejemplo, en 1758, el químico alemán Marggraff (el hombre que aisló por primera vez el cinc), se percató de que la sosa ardía con una llama amarilla y la potasa con una llama violeta. En 1834, un físico inglés, Henry Fox Talbot (que fue uno de los inventores de la fotografía), llevó un paso adelante esta especie de análisis del color. El litio y el estroncio ya se había averiguado que ambos ardían con una llama roja. ¿Sus colores eran exactamente el mismo, o había pequeñas diferencias entre ellos? Talbot pasó la luz de cada llama a través de un prisma y descubrió que los dos espectros eran muy diferentes.

Llegado el momento, un físico de Pensilvania, llamado David Alter, tras estudiar la luz en numerosos gases y metales, realizó la atrevida sugerencia de que cada elemento tenía su propio espectro.

En este momento oportuno, dos físicos alemanes, Robert Wilhelm Bunsen y Gustav Robert Kirchhoff, se presentaron con un invento (en 1859) que era exactamente lo que le habría encargado el norteamericano. Su invento fue el espectroscopio (una invención más importante que aquella otra que haría famoso a Bunsen: el mechero Bunsen). Bunsen y Kirchhoff habían ideado un instrumento simple, que hacía pasar la luz a través de un estrecho orificio y luego por un prisma. El prisma extendía los colores en una franja que abarcaba todo el espectro del arco iris. La luz blanca, que contenía todos los colores, formaba una banda continua. Pero cuando sólo ciertos colores estaban presentes en la luz, los mismos aparecían como unas líneas brillantes (imágenes de la abertura), en los lugares apropiados del espectro. Así, por ejemplo, la llama de sodio, mostraría unas líneas prominentes en la región del amarillo del espectro (además de, secundariamente, las líneas para los colores menos importantes de su llama).

Aquí, al fin, había un medio rápido y conveniente de identificar a un elemento, o incluso a un compuesto. Cada elemento, según averiguaron Bunsen y Kirchhoff, tenía su propio y característico modelo de líneas espectrales, tan distintivo como las huellas digitales… Sólo había que calentar una sustancia hasta hacerla brillar, mirar luego su línea espectral en el espectroscopio, y ya se podía decir, de un simple vistazo, qué elementos estaban presentes, aunque algunos sólo apareciesen en muy pequeñas proporciones.

Y lo que es más, se podían descubrir nuevos elementos cuando unas no familiares huellas digitales aparecían en el análisis espectral de un mineral o de cualquier muestra de materia. Ahora, los elementos desconocidos podían ser rastreados sistemáticamente, en vez de recurrir a la pura casualidad…

Bunsen y Kirchhoff encontraron rápidamente dos nuevos elementos. Al estudiar algunas muestras de minerales que contenían litio, descubrieron dos líneas extrañas, una azul y otra roja. La línea azul demostró pertenecer a un nuevo metal alcalino, al que llamaron «cesio» (de la palabra latina csius, que significa «azul»), y la línea roja pertenecía a un metal al que denominaron «rubidio» (del latín rubidus, rubio).

EL ESPECTROSCOPIO EN LA TIERRA Y EN EL CIELO

El espectroscopio fue adoptado en seguida por los demás químicos. El mismo año en que se descubrió el rubidio, William Crookes, de Inglaterra, encontró otro nuevo elemento en algunas sales formadas en la fabricación del ácido sulfúrico. Estaba particularmente interesado en el elemento selenio, pero cuando calentó esas sales y estudió la luz por el espectroscopio, descubrió una nueva línea verde, que no pertenecía a las líneas del selenio. Esta línea verde reveló un nuevo elemento, al que Crookes denominó «talio», del vocablo griego thallós, «rama verde».

A continuación, un físico alemán ciego a los colores, llamado Ferdinand Reich, y que formaba equipo con un químico, Hieronymus Theodor Richter, añadió otro elemento a la lista, en 1863. Se encontraban estudiando un mineral de cinc con el espectroscopio. Richter, que no era ciego a los colores, observó una línea de color índigo, que no correspondía a ninguna línea conocida. Asignaron a este nuevo elemento el nombre de «indio».

Mientras tanto, el espectroscopio había sido adoptado también por los astrónomos para observar a las estrellas. Muchos años antes de que el instrumento fuese inventado, el físico alemán Josef von Fraunhofer había empleado un prisma para analizar la luz solar que pasaba a través de una abertura. Encontró centenares de líneas oscuras (que todavía siguen llamándose «líneas de Fraunhofer») en el espectro del sol. Las líneas oscuras constituyeron un misterio hasta la invención del espectroscopio, que hizo posible experimentos de laboratorio que las explicasen.

El espectroscopio mostró que los elementos en estado frío (es decir, que no brillasen) absorberían luz de la misma longitud de onda que las que emitían cuando brillaban. Por ejemplo, el hidrógeno caliente muestra líneas brillantes en cierta longitud de onda azul; el hidrógeno frío absorbería la luz que fuese de esa misma longitud de onda. De este modo, cuando el espectroscopio recibe luz que ha pasado a través de hidrógeno frío, las líneas oscuras aparecen en el espectro de la misma longitud de onda.

Dicho todo esto, ¿qué significaban las líneas de Fraunhofer en el espectro de la luz solar? Pues que unos gases fríos en la atmósfera solar absorbían parte de la luz que emitía el sol. Y si esto era así, entonces las líneas oscuras contendrían las huellas dactilares de los elementos de la atmósfera del sol. En otras palabras, el espectroscopio le haría posible al hombre averiguar qué elementos estaban presentes en la atmósfera de los, cuerpos celestes, no sólo del sol, sino también de otras estrellas e incluso de los planetas.

Los astrónomos rápidamente averiguaron que los elementos de los cuerpos espaciales eran los mismos que los de la Tierra. Aristóteles se había equivocado por completo: el universo celeste no estaba hecho de algún «éter» especial, o «quintaesencia», sino de la misma materia que nuestro planeta.

De todos modos, un elemento desconocido en la Tierra apareció en el Sol. En 1868, los astrónomos observaban la atmósfera del Sol con un espectroscopio, durante un eclipse solar, y el francés Pierre Jules César Janssen observó la presencia de una nueva línea amarilla. Un astrónomo inglés, Norman Lockyer, sugirió que aquello representaba un nuevo elemento; lo llamó «helio» (del vocablo griego helios, que designaba al Sol). Los químicos no lo aceptaron en aquella época. El helio no se añadió, oficialmente, a la lista de los elementos hasta muchos años después, cuando se le encontró en la Tierra…

La tabla 11 facilita la relación de los cuatro elementos descubiertos con el espectroscopio poco después de la invención de este instrumento.

La lista de los elementos había aumentado ya a sesenta y dos. Era aún sólo una lista. Con la excepción de Döbereiner, nadie había visto ninguna clase de ritmo o razón en esta colección de elementos. Ya era hora de que alguien los ordenase y tratara de distribuir o clasificar a los elementos en alguna clase de orden.