El primero de todos

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supernova

Existen varios relatos espectaculares en la historia de la ciencia, no obstante, sin temor a equivocarme, hay solo uno en el cual confluyen la excentricidad absoluta, la pasión por el trabajo, el ingenio y la importancia del descubrimiento. Esta historia se refiere al hallazgo del primero de los elementos de la tabla periódica y de la persona que consagró buena parte de su vida para encontrarlo.

El hidrógeno es el elemento que se encuentra en mayor cantidad en el Universo (90% del contenido atómico) y es el combustible de todas las estrellas, incluida la nuestra.

 

En el interior del horno estelar ocurre una reacción denominada fusión nuclear mediante la cual se obtienen grandes cantidades de energía, en nuestro planeta este proceso es el responsable de la vida. En la reacción de fusión dos átomos del isótopo de hidrógeno llamado deuterio (recuerda que un isótopo no es más que un átomo del mismo elemento pero con mayor número de neutrones en el núcleo) dan origen a átomos de un elemento más pesado, el segundo en la tabla periódica: el helio. La reacción consiste en obtener núcleos más pesados (He) a partir de núcleos más livianos (deuterio, D). Como resultado de la reacción se obtiene una cantidad enorme de energía que es dependiente de la diferencia de masa (3%) entre los átomos iniciales de deuterio y los átomos finales de helio. Esta pequeña diferencia de masa se transforma en una gran cantidad de energía, tal como lo predice la elegante relación planteada por Albert Einstein: 

E = m x c2

einstein-cartoon-lighter2En donde el producto de la masa por la velocidad de la luz al cuadrado es proporcional a la energía generada.

El hidrógeno tiene número atómico igual a uno, esto quiere decir un protón en el núcleo y un electrón girando a su alrededor. Sus primeras nociones se remontan a la Edad Media, cuando Paracelso realizó experimentos con metales y ácidos fuertes. Como resultado de la reacción observó que se producían burbujas de un gas altamente inflamable. Aunque Paracelso describió este hecho, no le dio mayor importancia ni fue consciente de que acababa de obtener hidrógeno. Un par de siglos más tarde, Robert Boyle redescubriría esta reacción pero sin obtener conclusiones claras de su ocurrencia. Sería Henry Cavendish, en 1766, quien que se daría cuenta que había descubierto algo nuevo; este hecho hace que los historiadores de la ciencia lo consideren como el verdadero descubridor.

Así, todo comienza con el relato de este pintoresco químico de origen inglés quien pudo aislar el hidrógeno a partir del tratamiento del hierro (otras fuentes aseguran que fue a partir de mercurio; en todo caso, seguro Cavendish realizó ambos experimentos) con ácido clorhídrico.

Cavendish nació en una de las más conservadoras y opulentas familias inglesas. Los Cavendish se encontraban emparentados con el duque de Kent por lo que gozaban de los privilegios de la nobleza. Henry Cavendish fue uno, sin embargo no el único, de los personajes más extraños de la Historia de la Ciencia. El único objetivo de su vida fue la ciencia. Su dedicación y amor a la ciencia lo heredó de su padre, quien fue miembro importante de la Royal Society, una de las Sociedades científicas más influyentes, e inventor del termómetro de máxima y mínima.

Henry Cavendish poseía un carácter estrictamente reservado, misántropo e incluso misógino. Se cree que esto se debe a la temprana pérdida de su madre cuando dio a luz a su hermano. Henry era tan excéntrico que casi llegaba a la locura, de hecho varios de sus contemporáneos llegaron a considerarlo como tal.

laboratorio Cavendish

Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge en 1874 y en la actualidad.

Desde cuando pudo permitírselo siempre vivió solo, no podía concebir el hablar con más de una persona a la vez, e incluso esto le molestaba un poco. Por supuesto nunca se casó y no tuvo una mujer. Debido a su carácter misógino, cuando alguna de sus criadas se dejaba ver a propósito o llegaba a insinuarse, Cavendish no se lo pensaba dos veces y despedía a la desdichada. Las camareras debían asear el cuarto y hacer la cama sin que Cavendish estuviera presente, incluso ordenaba su comida mediante papeles escritos que dejaba sobre una mesa. Tal era su aislamiento que llegó a construir una escalera independiente en su casa, de tal manera que no fuese posible encontrarse con nadie si salía o llegaba. Según sus allegados incluso insistió en que lo dejen morir a solas.

Siendo todo un noble, Cavendish, de quien se dice era: "el más rico de todos sabios y el más sabio de todos los ricos", poseía una gran fortuna en joyas, dinero y bienes; sin embargo nada de lo que tenga relación con el manejo de dinero o negocios lo apasionaba. Invirtió prácticamente toda su fortuna en favor de sus investigaciones científicas, quedando con lo estrictamente necesario para vivir sin privaciones hacia el final de su vida. Después de su muerte muchos de sus bienes se usaron para la creación del famoso Instituto Cavendish, lugar al cual acudieron numerosas generaciones de científicos exitosos y en donde se realizaron grandes prodigios como el descubrimiento del electrón por parte de JJ Thomson en 1897, o el anuncio de la estructura de doble hélice del ADN, por parte de Francis Crick y James Watson.

Henry Cavendish ha sido considerado como uno de los mejores científicos experimentales de todos los tiempos. Su cavendishinteligencia era realmente desbordante. Es especialmente reconocido por ser el primero en calcular la masa de nuestro planeta mediante un complicado, pero muy ingenioso instrumental, que consistía en bolas de plomo de diferentes tamaños sujetas con una especie de poleas. Usando este método determinó que la densidad de la tierra era 5.45 veces mayor que la densidad del agua, lo cual es asombrosamente cercano al valor calculado con técnicas modernas que es de 5.527 veces.

En otro experimento notable, Cavendish también fue la primera persona que sintetizó agua a partir de sus componentes: el hidrógeno, del cual hablaremos a continuación, y el oxígeno. Con este experimento Cavendish logro impresionar a todos los asistentes en la Royal Society. Con un aparato denominado eudiómetro, que no es otra cosa que un balón de vidrio provisto de electrodos, y en el cual se pueden ingresar los gases reaccionantes después de haber extraído todo el aire, Cavendish demostró que el agua era un compuesto de dos gases y no un elemento como se consideraba hasta ese momento. La clave del asunto estaba en enviar descargas eléctricas a través de los electrodos a la mezcla de los dos gases y, como por arte de magia, o mejor de la química, las paredes del balón que inicialmente estaba escrupulosamente seco se humedecían con una especie de rocío que resultó estar compuesto por minúsculas gotas de agua. Además de excéntrico, Cavendish también fue muy recursivo. Como en la época no se contaba con el instrumental adecuado para la medida de las intensidades de corriente, Henry no dudó en usar su propio cuerpo. Previo a sus experimentos, se sometía en forma directa a la corriente eléctrica y según el dolor que sentía calculaba la intensidad. Así y todo logró vivir hasta los 79 años.

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Pero enfoquemos nuestra atención en el año 1766, cuando Cavendish repitió la experiencia realizada varios años atrás por quien se considera el padre de la química tal como la conocemos hoy, el irlandés Robert Boyle. El experimento consistió en la generación de un gas desconocido a partir de la reacción entre un metal de fácil acceso como el hierro, en presencia de ácido clorhídrico. No obstante, como gran investigador que era, Cavendish no se quedo allí. Observó que se obtenía idéntico resultado al hacer reaccionar otros metales conocidos con ácidos diferentes como el sulfúrico o el fluorhídrico. En todos los casos el gas obtenido era extremadamente inflamable, presentando una delicada llama de color azul y con baja  densidad, siendo más ligero incluso que el mismo aire, tal como Cavendish lo comprobó en sus experiencias. Para tal logro, el estudioso recogió cantidades cada vez mayores del gas desconocido en vejigas de cerdo, que para la época eran los recipientes más adecuados para tal operación, Henry gastó realmente una fortuna para atesorar la mayor cantidad de vejigas entre los carniceros de Londres. Luego de un sin fin de experiencias, Cavendish aseguró que en todos los experimentos el gas obtenido era el mismo y erróneamente (en algo debía equivocarse) creyó que había aislado al mismísimo flogisto, que era una sustancia hipotética que según se creía en la época representaba la inflamabilidad, y explicaba el fenómeno de la combustión. En un arranque de autosuficiencia Cavendish llamó a su gas como “aire inflamable”. Sin embargo, no fue sino hasta 1783 año en que Lavoisier, el gran científico Francés, dio nombre al gas de Cavendish. A Lavoisier le impresionó más el hecho de que el hidrógeno sea capaz de generar agua que el que fuera inflamable, y por lo tanto usó las voces griegas hidro (agua), y genos:-genesis (generador) para obtener el nombre del gas hoy por todos conocido como hidrógeno.

El hidrógeno es incoloro, insípido, inodoro y muy, muy ligero (debido al tamaño de sus átomos). De hecho, el hidrógenohindenburg-wide molecular (diatómico, H2) es el gas más ligero que existe. Debido a esta especial característica durante mucho tiempo su principal uso fue colocarlo en globos y dirigibles para que el empuje de la atmósfera los elevara. Sin embargo el 6 de mayo de 1937 el dirigible alemán LZ 129 Hindenburg sufrió un catastrófico incendio cuando aterrizaba sobre Nueva Jersey. El accidente ocasionó la muerte de 36 personas y supuso el fin de los dirigibles como medio de transporte. Hoy en día, los dirigibles utilizan helio, gas menos ligero pero que no es inflamable.

Industrialmente el hidrógeno se genera haciendo reaccionar metano con vapor de agua para obtener el denominado “gas de síntesis”, que está constituido por monóxido de carbono e hidrógeno gaseoso:

CH4 + H2O → CO + 3H2

Y, ¿tiene el hidrógeno algún uso práctico? Déjame decirte que la mayor parte se utiliza en la refinación de petróleo y para producir amoníaco (que se usa para fertilizar el suelo y para explosivos). También se usa para “hidrogenación” (aumentar el nivel de saturación) de aceites vegetales, como el de maíz, para hacer margarina; y en la producción de metanol. Además se emplea como un excelente refrigerante a muy bajas temperaturas, ya que el hidrógeno en estado líquido brinda unos impresionantes –253 °C (doscientos cincuenta y tres grados centígrados bajo cero). En un futuro cercano es posible que se utilice como un “almacenador de energía” en células de combustible de alta eficiencia. En este dispositivo el hidrógeno se recombina con oxígeno para liberar vapor de agua y energía:

2H2 + O2 → 2H2O + energía

En definitiva, Hidrógeno, digno nombre para el elemento, hace referencia a su importancia y, por que no decirlo, a su aristocracia, lo cual a su vez nos recuerda los orígenes nobles de su descubridor.  

Alexis Hidrobo P.

Nota: Este post participa en la XXII Edición del Carnaval de Química que organiza el joven divulgador Ismael Díaz en su blog Roskiencia.

 

Para Saber más:

  • Arnold, Nick y De Saulles, Tony (ilustrador). Esa Horrible ciencia: Esos sufridos científicos. Editorial Molino. Barcelona. España. 2000.
  • Masini, Giancarlo . Los arquitectos de la molécula. Nardine Editores. Barcelona. España. 1980.
  • Nachaev, L and Jenkins, Gerard. The Chemical Elements. Tarquin Publications. Cambridge. England. 2003.
  • Para la imagen de la balanza usada por Cavendish en la determinación de  la densidad de la tierra: http://cgiss.boisestate.edu/~kasper/geoph297wiki/index.php/Talk:Intro_to_gravity
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9 Comentarios en “El primero de todos”

  1. Ununcuadio marzo 6, 2013 at 8:36 pm #

    ¡Genial! 😀

  2. Ismael Díaz marzo 1, 2013 at 4:29 pm #

    Fantástico post, Alexis. Me ha encantado, que sepas que me voy a enganchar a todos tus posts de ahora en adelante. Cavendish, ¡qué gran químico! Además un carácter único eh..

    Un saludo,
    Ismael 😀

    • alexis marzo 1, 2013 at 5:22 pm #

      Muchas gracias, yo también ya soy fan de tu blog, felicitaciones. El próximo post va de Mendeleyev (tu ya lo comentaste, espero innovar), !atentos! Un saludo

  3. Jose David marzo 1, 2013 at 11:29 am #

    Hola. Que decir, Alexis, como siempre, delicioso post. Investigare algo mas acerca de Henry Cavendish.
    Esperando ansioso tu proximo post.
    Saludos.

    Jose David.

    • alexis marzo 1, 2013 at 3:17 pm #

      Gracias, como en casi todos mis artículos, la idea es unir la pasión por la química y contar una historia entretenida. Un saludo.
      Alexis.

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