miércoles, 12 de junio de 2013

Químicos modernos: Gustave Bémont, el fantasma de la rue Vauquelin

En 1911 el comité Nobel concedía el premio de química a Marie Curie “como reconocimiento a sus servicios en el avance de la química por el descubrimiento de los elementos radio y polonio, por el aislamiento del radio y el estudio de la naturaleza y compuestos de este elemento extraordinario.”

Que Marie Curie merecía el premio nadie lo discute, ni lo haremos nosotros en lo que sigue. Ahora bien, también es cierto, que nada de lo relacionado con el descubrimiento del polonio y el radio hubiese sido posible sin los conocimientos químicos de Gustave Bémont.  Es nuestro objetivo en este breve texto exponer algo de la química del descubrimiento, la mejor forma, creemos, de comprender la verdadera dimensión de las aportaciones de Gustave Bémont. Por otra parte quizás también sería interesante desmitificar la imagen del trabajo aislado de la pareja Curie en sus primeros años de colaboración, por lo que mencionaremos a todo aquel que nos conste que ayudó de alguna manera relevante (que fueron, mire usted, mayoritariamente químicos).

El fantasma, Pierre y Marie Curie en el laboratorio de rue Vauquelin / Foto tal cual aparece en Wikimedia Commons


Un tema para la tesis

La anécdota de la vida de Marie Curie es tan conocida que no abundaremos en ella. Baste decir que Marie Curie obtuvo su segunda licenciatura (en matemáticas) en 1894, tras haber obtenido la de física en 1893 y haber comenzado a trabajar bajo la supervisión de Gabriel Lippmann (quien a la postre sería su director de tesis y su primera conexión con la Academia de Ciencias; curiosamente obtendría el Nobel en 1908, después de que su pupila lo consiguiese en 1903). En 1895 se casó con Pierre Curie, un físico conocido por sus estudios en magnetismo y simetría cristalina que, junto a su hermano Jacques, había descubierto el efecto piezoeléctrico en 1882. Pierre era en ese momento profesor e la Escuela Municipal de Física y Química Industriales (EMFQI), sita en el número 10 de la rue Vauquelin de la ciudad de París.

El descubrimiento de la radioactividad por parte de Becquerel había planteado un problema desconcertante: las sales de uranio mantenían en el tiempo, sin una fuente de energía externa, la capacidad de ennegrecer una placa fotográfica. Marie, que buscaba tema para su tesis decidió investigar el fenómeno.

El 11 de febrero de 1898 Marie comienza una búsqueda sistemática de elementos y compuestos con la capacidad de conferir conductividad eléctrica al aire (lo que hoy llamaríamos elementos y compuestos radioactivos). Comprobó, usando para ello una antigua sala de disección anexa a las instalaciones de la EMFQI, todas las muestras de que disponía en la escuela más las que pidió prestadas a distintos laboratorios de la ciudad. La lista de materiales analizados es bastante extensa y puede ser agrupada en tres grandes grupos:

1) Metales y metaloides disponibles habitualmente (de la colección mantenida por el profesor Etard, EMFQI)

2) Sustancias raras: galio, germanio, neodimio, praseodimio, niobio, escandio, gadolinio, erbio, samario y rubidio (proporcionadas por Demarçay); itrio, iterbio junto con un “nuevo erbio” (proporcionadas por Urbain)

3) Rocas y minerales (colección de la EMFQI)

Los resultados obtenidos fueron lo suficientemente interesantes como para que el profesor Lippmann presentase una nota de Marie (ella sola, sin Pierre como coautor) a la Academia de Ciencias y para que Pierre abandonase sus propias investigaciones cristalográficas para dedicarse de lleno al nuevo fenómeno.

El uranio y algo más

Marie descubrió que todos los minerales que eran activos contenían o bien uranio o bien torio (esto último lo había descubierto independientemente dos meses antes Gerhard Schmidt; en esta época de efervescencia los descubrimientos se atribuían por diferencias de meses, si no semanas, como bien supo un hoy olvidado Silvanus Thompson que descubrió la “hiperfosforescencia” del nitrato de uranio en febrero de 1896, exactamente a la vez que Becquerel, pero éste lo comunicó públicamente antes. De ahí la prisa de Marie y Lippmann por comunicar resultados parciales).

Pero el resultado más importante de Marie fue que la pechblenda, una variedad de uraninita (UO2), era (es) cerca de cuatro veces más activa que el uranio metálico, que la chalcolita (hoy metatorbernita), Cu(UO2)2(PO4)2·8 H2O, lo era alrededor de dos veces y que la autunita, Ca(UO2)2(PO4)2·12H2O, aunque menos marcado que los anteriores, también presentaba una actividad anómala. Tras sintetizar chalcolita en el laboratorio a partir de sus constituyentes puros, Marie comprobó que en la chalcolita sintética la actividad era proporcional al contenido de uranio. Esto la llevó a una conclusión que aparece en la nota a la Academia en una frase clave: “Este hecho es muy notable y sugiere que estos minerales podrían contener un elemento mucho más activo que el mismo uranio”.

De la física a la química

El matrimonio Curie se enfrentaba ahora a la necesidad de investigar la pechblenda. Si bien podía usar el dispositivo inventado por Pierre para medir la actividad de los compuestos y guiar el trabajo, los conocimiento necesarios de química sobrepasaban de manera notable los que la pareja pudiese tener.

Afortunadamente estaban en el lugar ideal para encontrar la ayuda que necesitaban. Como centro de formación en química industrial la EMFQI contaba con grandes especialistas en el tratamiento de minerales. Pierre recurrió al mejor: Gustave Bémont, el chef de travaux de chimie , el responsable de las prácticas de química en la Escuela. Él, tras muchas pruebas, terminó diseñando para ellos la siguiente marcha analítica (que es la que aparece en la nota de Pierre y Marie, no Bémont, que Becquerel presentó a la Academia con el descubrimiento del polonio):

Marcha analítica para el polonio. Véase el texto para una explicación / Tomado de  Adloof & McCordick "The Dawn of radiochemistry" (1995) Radiochimica Acta 70/71, 13-22  


El tratamiento de los primeros 100g de pechblenda comenzó el 14 de abril de 1898. Lo que sigue da una idea de la pericia analítica necesaria para llevarlo a cabo.

La muestra se molió y fue tratada con HCl. Los residuos insolubles aún eran muy activos, por lo que tras fundirlos con una mezcla de carbonato potásico e hidróxido sódico se solubilizaron con ácidos.

El tratamiento de la disolución ácida con H2S fue un paso muy importante, digno de una gran experiencia química, ya que los sulfuros precipitados eran más activos que el resto de la disolución residual. La actividad en los sulfuros era insoluble en sulfuro de amonio, por lo que pudo separarse de As y Sb. El resto de sulfuros insolubles se disolvieron con nítrico tras la adición de sulfúrico y parte de la actividad acompañaba al sulfato de plomo. Finalmente se encontró la actividad mayoritariamente concentrada en la última fracción, que contenía “sólo” bismuto y plomo.

Separar la sustancia activa del bismuto y el plomo por métodos húmedos resultó tremendamente laborioso. Esta frase tan sencilla nos debe dar una idea de la inmensidad del trabajo llevado a cabo: cada ensayo significaba tratar una muestra no pequeña del residuo al que se llega tras todos los pasos anteriores. Finalmente encontraron que la precipitación fraccionada repetida podía ser una vía, angustiosamente lenta, pero segura. Al añadir agua a una disolución ácida del residuo las fracciones que precipitaban antes eran las que portaban la mayor parte de la actividad. De esta forma el 6 de junio tenían un sólido 150 veces más radioactivo que el uranio.

Mientras tanto Pierre probaba cosas nuevas, a ver si alguna podía ser útil. El mismo 6 de junio se le ocurrió calentar el residuo en un tubo de vacío a varios cientos de grados: los sulfuros de bismuto y plomo se quedaron en la parte caliente del tubo, mientras que en la parte fría (entre 250 y 300ºC) condensaba una capa negra con la actividad. Ese día el equipo consiguió una muestra 330 veces más activa que el uranio. Tras reiterar el proceso, purificando la muestra, consiguieron llegar a 400 veces.

La nota presentada por becquerel, y firmada por Pierre y Marie (no por Bémont, reiteramos) termina diciendo: “Creemos que la sustancia que hemos recuperado de la pechblenda contiene un hasta ahora metal desconocido, similar al bismuto en sus propiedades analíticas. Si la existencia de este nuevo metal se confirma proponemos que se le llame polonio en honor de la tierra natal de uno de nosotros”.

Por primera vez en la historia se anunciaba el descubrimiento de un elemento sin aislarlo y sin medir sus propiedades físicas. Demarçay, renombrado espectroscopista, fue incapaz de detectarlo, lo que no es de extrañar habida cuenta de la bajísima concentración en la muestra (del orden de nanogramos). Hubo que esperar al tratamiento de varias toneladas de pechblenda en 1910 (cosa que hicieron Marie y André Debierne; ese mismo año Debierne, descubridor del europio, ayudó a Marie a obtener el radio metálico) para obtener una muestra de 2 mg de producto que contendría aproximadamente 0,1 mg de polonio.

Gustave Bémont, Pierre y Marie Curie en el laboratorio de rue Vauquelin

El equipo siguió trabajando en lo que después sería el descubrimiento del radio a finales de año. En esta ocasión la nota a la Academia sí aparece firmada por los Curie y Bémont, como era de justicia. Sin embargo, la historia ha querido que Gustave Bémont (1857-1937), que podría haber justamente compartido el Nobel con Marie, quedase reducido a una mención en una placa en el 10 de la rue Vauquelin que casi nadie termina de leer.



Esta entrada es una participación de Experientia docet en la XXVI Edición del Carnaval de Química que organiza El cuaderno de Calpurnia Tate.