miércoles, 31 de agosto de 2016

Los verdaderos alquimistas

Rutherford, ¡esto es transmutación!
Por Dios, Soddy, no le llames transmutación. Nos cortarán la cabeza por alquimistas.
Así reaccionaron el físico neozelandés Ernest Rutherford y su discípulo inglés Frederick Soddy ante el sorprendente resultado de una serie de cuidadosos experimentos que realizaron en 1901 en la Universidad McGill de Montreal (Canadá). Llevaban tiempo intentando entender el fenómeno de la radiactividad, descubierto por Becquerel y descrito por Marie y Pierre Curie. Y por fin habían conseguido demostrar que en los materiales radiactivos los átomos se desintegran, de modo que los átomos de un elemento radiactivo se transforman en otro elemento.
Así que la transmutación, que habían buscado durante tantos siglos los alquimistas, ocurría de manera espontánea y natural. La idea era tan rompedora que Rutherford y Soddy evitaron añadirle prejuicios y hablaron de transformación en lugar de transmutación cuando en 1902 publicaron “La causa y naturaleza de la radiactividad”, que condensaba sus experimentos en la teoría de la desintegración atómica. Con ella rompieron el dogma científico de que el átomo era indivisible (que es lo que significa átomo en griego).
Ernest Rutherford (1871–1937) identificó los tres tipos principales de radiactividad: rayos alfa, rayos beta y rayos gamma. Y siguió estudiando la transmutación. Vio cómo aparecían átomos estables de plomo en medio de un mineral radiactivo de uranio. No había manera de saber cuándo se iba a transformar un átomo en concreto, pero Rutherford se fijó en que cualquier muestra (más grande o más pequeña) de un mismo elemento radiactivo tardaba exactamente el mismo tiempo en quedar reducida a la mitad. Ese tiempo, llamado semivida, convertía a los elementos radiactivos en perfectos cronómetros.
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Ernest Rutherford en su laboratorio en McGill University (1905). Créditos: Wellcome Images
Conociendo esa velocidad constante con la que el uranio se transforma en plomo y midiendo la cantidad de plomo que había en una roca de pechblenda (mineral de uranio), Rutherford y su colega Boltwood calcularon en 1907 que alguna de aquellas piedras tenía al menos 1.000 millones de años: ¡Era muchísimo más vieja de lo que entonces se pensaba que era la Tierra!
Además de entender a fondo la radiactividad, Rutherford le dio su primera utilidad práctica (mucho antes que las aplicaciones médicas, bélicas o energéticas): calcular la edad de la Tierra. Por todo ello recibió el premio Nobel de Química en 1908. Aunque bien podría haber recibido dos Nobel más por sus siguientes descubrimientos:
  • Rutherford usó la radiactividad para explorar el interior de los átomos. Junto con su alumno Geiger, disparó rayos alfa contra una finísima lámina de oro y observó atónito cómo alguna de esas partículas alfa rebotaban hacia atrás. Recuperado del impacto, en 1911 dedujo que aquello solo era posible si los átomos tenían un minúsculo núcleo, con carga positiva, que concentraba casi toda su masa. Había nacido el modelo atómico de Rutherfordperfeccionado luego por su alumno Bohr: esa imagen tan familiar del átomo, con los electrones girando alrededor de ese núcleo.
  • En su laboratorio él siguió bombardeando átomos con rayos alfa, hasta que en 1919 consiguió transformar átomos de nitrógeno en oxígeno: se convirtió así en “el primer alquimista con éxito de la historia”. Aquella transmutación de nitrógeno en oxígeno fue laprimera reacción nuclear artificial; y, entre sus restos, Rutherford encontró el protón, una nueva partícula subatómica con carga positiva.
Mientras tanto, Frederick Soddy (1877–1956) había seguido estudiando la desintegración natural de los elementos radiactivos y descubrió en 1913, al mismo tiempo que Kazimierz Fajans, las reglas de la transmutación: cuando un átomo emite espontáneamente una partícula alfa, retrocede dos casillas en la tabla periódica (ej: el uranio–238 se transforma en torio); cuando un átomo emite una partícula beta, avanza una casilla (ej: el carbono–14 se transforma en nitrógeno).
Siguiendo esas reglas, conocidas como la ley de Fajans-Soddy, se producen las cadenas de desintegración naturales, como la que empieza en el radiactivo uranio–238 y termina en el estable plomo, pasando por productos intermedios como el radio o el uranio-234. Y estudiando paso a paso esas cadenas, Soddy descubrió por el camino los isótopos: distintas versiones de un mismo elemento, con átomos que pesan diferente pero que tienen las mismas propiedades químicas.
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Frederick Soddy en su laboratorio en la Universidad de Glasgow. Créditos: Wellcome Images
El Nobel de Química de 1921 reconoció los descubrimientos de Soddy, en los que el escritor H.G. Wells se había inspirado para escribir su novela de ciencia-ficción “La liberación mundial” (1914). Ese libro, que Wells dedicó a Soddy, anticipaba el peligro de las armas nucleares, casi 20 años antes de que Leó Szilárd concibiera la idea de reacción en cadena.
A Soddy le preocupaba mucho el uso que se hacía de los descubrimientos científicos y eso le llevó a escribir en 1926 una crítica radical de la economía occidental, analizándola mediante leyes físicas de la termodinámica. Según Soddy, el sistema confunde la riqueza con la deuda, y también fue pionero criticando el crecimiento económico basado en el uso de combustibles fósiles para obtener energía. Sus propuestas para una reforma del sistema monetario, que hoy son prácticas comunes, fueron entonces despreciadas e ignoradas por excéntricas… como si Soddy fuera un alquimista económico en busca de una piedra filosofal para transformar la deuda en riqueza.
Francisco Doménech, para Ventana al conocimiento
@fucolin

lunes, 29 de agosto de 2016



PERRY, EL SOLDADO
Edgar Perry tiene 22 años y es soldado del ejército de Estados Unidos. Él ya estudió en las mejores escuelas, escuchó historias increíbles de navegantes, disparó contra gallinas por diversión, nadó ocho kilómetros contra la corriente en uno de los ríos de Richmond, se emborrachó con apenas un vaso de whisky, y fue echado de su casa por su padre adoptivo.
Perry no sabe que seguirá bebiendo alcohol hasta quedar inconsciente, que rechazará invitaciones a cenas por considerar “lamentable” su vestimenta, que nadie le dejará una monedita de herencia, que intentará suicidarse comiendo opio y que a su entierro asistirán solamente cinco personas. Él todavía ignora todo esto, pero sabe, y muy bien, que soldado no quiere ser. Por eso ahora camina hasta una pequeña imprenta de Boston para imprimir su primer libro de poemas.
Edgar Perry es, en realidad, Edgar Allan Poe. Ese primer libro de poemas saldrá a la venta al precio de doce centavos.
Doce centavos, que nadie pagará.
Por ahora.
ESCRITO POR SANTIAGO CAPRIATA

sábado, 27 de agosto de 2016

Los salvavidas de la ciencia

El apellido Bosch se reconoce fácilmente como vinculado al mundo de la ingeniería y la industria, debido sobre todo Robert Bosch, inventor de la bujía y fundador de la compañía que lleva su nombre. Su sobrino Carl no se quedó atrás y fue también un poderoso industrial. Pero además se le considera uno de los dos científicos cuyos hallazgos han servido para salvar más vidas: 2.720 millones, según la web ScienceHeroes.com. Estos son los descubrimientos científicos, y sus protagonistas, a los que debemos un homenaje como grandes salvavidas de la ciencia.

1. Fertilizantes

Fritz Haber y Carl Bosch

El nitrógeno es un nutriente esencial para las plantas, pero no pueden tomarlo directamente en la forma gaseosa inerte presente en la atmósfera; necesitan que los microbios hagan el trabajo por ellas. Hasta comienzos del siglo XX sólo el estiércol y el nitrato de Chile, procedente del guano de las aves, podían suministrar el nitrógeno a las plantas de forma aprovechable.
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Carl Bosch y Fritz Haber. Crédito: BASF y Nobel Foundation
Esto era así hasta que el 3 de julio de 1909 el químico alemán Fritz Haber (1868-1934)logró por primera vez unir nitrógeno e hidrógeno, a alta presión y temperatura y mediante el uso de un catalizador metálico, para producir amoníaco. En la compañía BASF, Carl Bosch (1874-1940) se encargó de transformar el experimento de Haber en un proceso a escala industrial. Ambos recibirían el premio Nobel de Química, Haber en 1918 y Bosch en 1931.
El proceso de Haber-Bosch cambió el mundo: se calcula que la alimentación de la mitad de la población mundial depende de los fertilizantes derivados de él. Pero tiene un reverso oscuro; este método permitió la fabricación a gran escala de los explosivos modernos, responsables de entre 100 y 150 millones de muertes en el último siglo. Con ocasión de la Primera Guerra Mundial, Haber fue además un entusiasta impulsor de las armas químicas,creando el gas cloro cuyo uso en las trincheras supervisaba él mismo. Se cree que esta actividad de Haber provocó el suicidio de su primera esposa, la también química Clara Immerwahr, de convicciones pacifistas.

2. Grupos sanguíneos y transfusiones

Karl Landsteiner y Richard Lewisohn

Con 1.094 millones de vidas salvadas, los artífices del descubrimiento de los grupos sanguíneos y de las técnicas de transfusión merecen el segundo puesto en el podio de los científicos salvadores. La lista de aportaciones a este campo de la ciencia es inmensa, dado que las primeras transfusiones se intentaron ya poco después de que en 1628 el médico inglés William Harvey hiciera la primera descripción detallada y completa de la circulación sanguínea.
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Karl Landsteiner en su laboratorio, en 1901. Autor: desconocido
Entre los siglos XVII y XIX proliferaron los intentos de transfundir sangre entre animales, entre humanos, o entre ambos, a menudo con consecuencias fatales. Con el nacimiento del siglo XX, el austríaco Karl Landsteiner (1868-1943) comprendió que la aglutinación de sangre de diferentes personas se debía a la existencia de distintos grupos sanguíneos, que nombró A, B y C. Por su parte y mientras trataba de vincular las enfermedades mentales con las de la sangre, en 1907 el psiquiatra checo Jan Janský definió los cuatro grupos que hoy conocemos como el sistema AB0. En 1937 Landsteiner, en colaboración con Alexander S. Wiener, añadió el descubrimiento del factor Rhesus o Rh, pero ya antes las transfusiones sanguíneas habían empezado a tomar forma científica.
Las primeras transfusiones empleando criterios de compatibilidad se realizaron en el Hospital Monte Sinaí de Nueva York a cargo de Reuben Ottenberg, que identificó la existencia de un grupo donante universal. Pero fue el cirujano germano-estadounidenseRichard Lewisohn (1875-1961), del mismo hospital, quien en 1915 aplicó con éxito el anticoagulante citrato sódico para conservar las muestras refrigeradas durante dos o tres semanas, lo que abrió la posibilidad de almacenar la sangre en bancos. El hallazgo llegó justo a tiempo, ya que las transfusiones salvarían miles de vidas durante la Primera Guerra Mundial.

3. Microbios y sepsis

Louis Pasteur y Joseph Lister

Hasta el siglo XIX todavía se creía que los seres vivos podían surgir espontáneamente de la nada; por ejemplo y según Aristóteles, los pulgones nacían de las gotas de rocío. La existencia de los microbios había comenzado a postularse desde mediados del siglo XVI, pero no fue hasta los experimentos de fermentación del químico francés Louis Pasteur (1822-1895) cuando pudo confirmarse que la generación espontánea no existía, y que todo ser vivo nacía de otro ser vivo.
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Louis Pasteur realizando un experimento. Autor: desconocido
Pasteur descubrió que los microorganismos eran responsables de la contaminación de las bebidas, y que esto no sucedía cuando se esterilizaban por calor y después se mantenían en recipientes cerrados. En 1865 Pasteur patentó su método, que hoy conocemos comopasteurización. Pero además de sus aplicaciones industriales, el químico intuyó que los microbios eran responsables de las enfermedades a través de las infecciones.
Las ideas de Pasteur llegaron al conocimiento del cirujano británico Joseph Lister (1827-1912). Por entonces, las infecciones de las heridas se atribuían a las miasmas, o aire podrido. Pero cuando Lister supo que el trabajo de Pasteur demostraba la contaminación de los alimentos incluso en ausencia de aire, decidió aplicar una esterilización química al material y a las heridas en sus operaciones. Para ello empleó ácido carbólico, hoy llamadofenol. La web ScienceHeroes.com no llega a estimar el número de vidas salvadas por los hallazgos de Pasteur y Lister, pero es evidente lo que todos les debemos a ambos, incluso en lo más cotidiano: en 1879 un químico de Missuri creó un antiséptico bucal al que llamóListerine.

4. Vacunas

Edward Jenner

El del médico y cirujano inglés Edward Jenner (1749-1823) es un caso de constancia y método, pero también de una audacia que hoy le habría llevado a prisión. Contrariamente a lo que a veces se presenta, la idea de la vacunación no le surgió de un momento “eureka”: en su época se practicaba la variolización, o inoculación de costras o pus de la viruela en personas sanas para protegerlas de lo que entonces era una terrible plaga.
NPG 62; Edward Jenner by James Northcote
Retrato de Edward Jenner. Autor: James Northcote
En ocasiones funcionaba, pero en otros casos los resultados eran fatales. Varios médicos antes que Jenner habían notado que los ganaderos contraían una versión benigna, la viruela vacuna, permaneciendo inmunes a la enfermedad humana, e incluso habían ensayado inoculaciones con este material. El de Jenner fue el primer estudio extenso sobre la materia, para el que eligió como primer paciente a un niño de ocho años, James Phipps, hijo de su jardinero.
Por fortuna, el método funcionó: la vacunación, o inoculación con la viruela vacuna, protegió al niño de la posterior exposición a material de la enfermedad humana. Sin embargo, los experimentos de Jenner inicialmente suscitaron escepticismo e incluso burlas. Desde sus ensayos iniciales en 1796, tuvieron que transcurrir 44 años, con Jenner ya fallecido, para que el gobierno británico adoptara oficialmente la vacunación.
En 1979 y como fruto de una extensa campaña, la Organización Mundial de la Salud declaró la erradicación de la viruela. El trabajo de Jenner ha salvado unos 530 millones de vidas, pero a ellas deberíamos añadir las muertes evitadas por otras vacunas contra numerosas enfermedades mortales. Estas vacunas tienen sus propios héroes, pero todas ellas se derivan del trabajo pionero de Jenner.

5. Cloración del agua

Linn Enslow y Abel Wolman

La falta de acceso a agua potable continúa siendo hoy una de las principales causas de mortalidad en los países en desarrollo. Según la Organización Mundial de la Salud, 1,6 millones de personas mueren cada año por enfermedades diarreicas vinculadas al agua contaminada; el 90% son niños menores de cinco años. Pero hasta bien entrado el siglo XX, el agua era un factor de riesgo sanitario en todo el mundo: los países más industrializados ya contaban con canalizaciones para el abastecimiento, pero a menudo la calidad era deficiente, y el grifo podía servir de entrada a infecciones letales como el cólera, el tifus o la disentería.
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Abel Wolman. Crédito: Johns Hopkins University
A finales del siglo XIX comenzó a experimentarse con la cloración del agua como método de esterilización, pero a veces el remedio era peor que la enfermedad, dado que el cloro es tóxico. Encontrar el punto exacto para aprovechar sus propiedades antisépticas sin envenenar a la población parecía un reto demasiado espinoso, hasta que un ingeniero sanitario del Departamento de Salud Pública del estado de Maryland (EEUU) llamado Abel Wolman (1892-1989) se propuso dar con la fórmula precisa. Para ello contó con la ayuda del químico Linn Enslow (1891-1957). Entre ambos diseñaron en 1919 un método estandarizado para clorar el agua de la red de Baltimore.
Aunque inicialmente las autoridades eran reacias a verter cloro en sus canalizaciones de agua, el sistema de Wolman y Enslow se probó fiable y seguro, extendiéndose por todo el mundo en unas décadas. La cloración del agua ha sido calificada como uno de los mayores avances en salud pública del pasado milenio, que según la web ScienceHeroes.com ha salvado 177 millones de vidas en todo el mundo.
Por Javier Yanes para Ventana al Conocimiento

Lavoisier: Grandes éxitos de la Química Barroca

En sus primeros cien años, la Química había dado muchos tumbos. Algunos químicos seguían con mentalidad de alquimista, como el que descubrió el fósforo por casualidad buscando oro en la orina. Como en la Edad Media, hablaban de aceite de vitriolo en lugar de ácido sulfúrico y recurrían a una sustancia imaginaria, el flogisto, para tapar los agujeros de unas teorías que no habían cambiado desde de la Grecia antigua. Antoine de Lavoisier logró sacar a la Química de aquel callejón sin salida pero, pese a ser un revolucionario científico, murió guillotinado en 1794 porque en la Revolución Francesa cayó en el bando equivocado. Nacido en un una rica familia parisina, heredó una fortuna a los 25 años, recién admitido en la Academia de las Ciencias, y decidió invertir en una compañía privada que recaudaba impuestos para el Estado y se ensañaba con los pobres.
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Grabado de Antoine-Laurent Lavoisier, en su laboratorio. Autor: Louis Jean Desire Delaistre
Ese mismo negocio que le llevó a la guillotina le permitió montar el mejor laboratorio privado de la época sin reparar en gastos. Le obsesionaba medir y pesar todo con exactitud y así derribó las creencias en la vieja teoría de los cuatro elementos (aire, agua, tierra y fuego), según la cual el agua podía transmutarse en tierra. Al hervir agua durante mucho tiempo aparecía un residuo sólido en el fondo del recipiente, así que ¿cómo atreverse a dudar de la evidencia? Lavoisier lo hizo y, con sus precisos experimentos, demostró que el recipiente de vidrio perdía un peso igual al del sedimento que aparecía.
Siguió prosperando al casarse con la hija de un directivo de su compañía. Hicieron muy buena pareja en el laboratorio: ella tomaba notas de sus experimentos, le dibujaba las ilustraciones y le traducía artículos científicos en inglés. Juntos abordaron el tema candente de la química del siglo XVIII: ¿por qué unas cosas arden y pierden peso al calentarlas, mientras que otras, los metales, se cubren de óxido y ganan peso? Lavoisier sospechó que lo que ganaban los metales lo perdía el aire y siguió las pistas dejadas por otros químicos.
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Se perdió varias veces y se equivocó otras tantas, hasta que el inglés Priestley le habló de una nueva clase de aire, que hacía que las cosas ardieran mejor, o se oxidaran antes, y con la que los ratones sobrevivían el doble de tiempo y muy activos en un recipiente sellado. Lavoisier repitió los experimentos de Priestley y se apropió del descubrimiento de ese nuevo elemento que formaba parte del aire y al que llamó oxígeno (“generador de ácido”, en griego), creyendo por error que estaba presente en todos los ácidos.
De error en error, llegó al acierto final: su Tratado elemental de química (1789), publicado el año de la Revolución Francesa. En él explicó que la combustión, la oxidación de los metales y la respiración de los animales son en realidad un mismo tipo de procesos: reacciones en las que se consume oxígeno. Al experimentar en recipientes cerrados, comprendió que en las reacciones químicas no se perdía ni ganaba peso. Puedes quemar esta hoja y convertirla en humo y cenizas, pero la cantidad total de materia sigue siendo la misma: se puede transformar, pero no eliminar. Es la ley de la conservación de la masa de Lavoisier, la primera teoría científica que tuvo la Química.
También les dio a las sustancias químicas sus nombres modernos y creó la primera tabla de los elementos, en la que ya no estaban aire y agua, pero todavía incluía la luz y el calor. A pesar de sus errores y de que no descubrió ningún elemento, supo recopilar los descubrimientos de otros y darles un sentido que no tenían por separado. Al día siguiente de su ejecución, el matemático Lagrange lo recordó así: «Bastó un instante para cortar esa cabeza, y cien años puede que no sean suficientes para dar otra igual».
Francisco Doménech para Ventana al Conocimiento