Químicos Modernos: Ellen Richards, la economía doméstica como cultura científica

Con motivo del 150 aniversario del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) el diario The Boston Globe confeccionó en 2011 una lista con los 150 contribuciones técnicas más importantes que habían sido desarrolladas en el MIT o por alumnos del MIT. El listado era también una forma de homenajear a esas 150 personas, entre las que estaban por ejemplo Tim Berners-Lee, el inventor de la World Wide Web, en el número 1, o Ivan Getting, el inventor del GPS, en el 10, o los veintitantos premios Nobel asociados a la institución. Aquí tienes una vista simplificada de los 30 primeros. Sólo hay dos mujeres, en las posiciones 7, Helen Greiner, cofundadora de iRobot, y en la 8 nuestra protagonista, Ellen Swallow Richards, “experta en nutrición, primera mujer admitida en el MIT”. Nunca una descripción, siendo cierta, fue tan injusta con una persona. Esta es su historia. 

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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.

Químicos modernos: Fritz London, la química se hace cuántica (I)

La concesión de la prestigiosa beca Guggenheim en 1926 le dio la oportunidad a Linus Pauling de visitar Europa y trabajar con Bohr en Copenhague, con Sommerfeld en Múnich, y con Schrödinger en Zúrich. Fue en Suiza donde coincidió con Fritz London, un joven filósofo cuyo interés en la mecánica cuántica le había llevado a realizar estudios postdoctorales con Sommerfeld. Pauling también discutiría extensamente de mecánica cuántica con Walter Heitler, que estaba haciendo su doctorado con Herzfeld pero en estrecho contacto con Sommerfeld. Es comprensible la sorpresa que se llevó Pauling al enterarse al año siguiente de que Heitler y London eran los autores del primer tratamiento mecanocuántico de un sistema químico: ninguno de los dos le había dicho nada de su trabajo en común. Años más tarde el propio Pauling describiría el acontecimiento como “la mayor contribución a la concepción química de valencia” desde la introducción del par compartido por Lewis en 1916.

Heitler, Pauling, Ava Pauling, London. Múnich, 1927

Fritz London nació en 1900 en Breslau en el seno de una próspera y cultivada familia germano-judía. Su padre era profesor de matemáticas en Breslau (después lo sería en Bonn) y su madre era la hija de un fabricante de tejidos. London recibiría una educación clásica en Bonn lo que alimentaría su interés por la filosofía. Estudió esta disciplina en Bonn, Frankfurt y Múnich. Con sólo 21 años recibió un doctorado (summa cum laude) por la universidad de Múnich tras presentar una tesis espectacular: sin supervisión alguna, había elaborado toda una presentación de la teoría del conocimiento basada en el lenguaje simbólico y los métodos desarrollados por Peano, Russell y Whitehead. Sólo lo presentó como trabajo de doctorado después de que Pfander los leyese tras que se lo mandase para comentarios y éste le animase a ello.

Las querencias filosóficas son detectables en todo el trabajo de London, caracterizado por una búsqueda constante de los principios generales y la exploración concienzuda de las bases lógicas de los temas elegidos. Nunca fue un mero calculista. Así, por ejemplo, en 1939 publicó con Ernst Bauer una breve monografía (en francés) sobre la teoría de la medida en mecánica cuántica.

Durante los tres años posteriores a la presentación de su tesis, London escribiría dos artículos filosóficos más y se ganaría la vida como profesor de instituto en varios lugares de Alemania. Pero sus intereses iban concretándose y en 1925 toma la decisión de volver a Múnich para trabajar en física teórica con Sommerfeld. Tras este período trabajaría con Ewald en Stuttgart y en Zúrich y en Berlín con Schrödinger.

En 1933 la persecución nazi llevó al judío London a abandonar Alemania. Pasaría dos años en Oxford y otros dos en Paría en el Institut Henri Poincaré. Finalmente, en 1939, aceptó el puesto de profesor de química teórica (no en el sentido actual; el equivalente hoy sería química física) universidad Duke en Estados Unidos, donde permanecería hasta su muerte.

Entre 1925 y 1934 los intereses de London se centraron en la espectroscopía y en la nueva mecánica cuántica, especialmente aplicadas al estudio y caracterización del enlace químico. En 1927, como vimos, Heitler y London produjeron su tratamiento mecanocuántico de la molécula de hidrógeno.

Su problema era calcular la energía de la molécula de hidrógeno en la que dos electrones se mantienen unidos a dos protones. Si los núcleos estuviesen muy alejados la energía del sistema sería esencialmente la de dos átomos de hidrógeno separados, y sólo habría que considerar la interacción entre un electrón y un protón. Pero cuando los núcleos están próximos hay que considerar cuatro interacciones. Usando teoremas matemáticos que lord Rayleigh había desarrollado para estimar la energía mínima de una campana, Heitler y London pudieron ignorar el espinoso problema de la distribución efectiva de los electrones. La demostración de Heisenberg de que los electrones son indistinguibles (resonancia) les permitió hacer más simplificaciones.

Con todas estas aproximaciones consiguieron una expresión lo suficientemente simple de la ecuación de onda del hidrógeno de forma que la ecuación de Schrödinger todavía fuese manejable.. la solución arrojaba valores de la energía de enlace increíblemente próximos a los obtenidos experimentalmente a partir de estudios espectroscópicos.

Cuando hoy día lees un libro de texto que trate del enlace químico sólo encontrarás, si acaso, el nombre de Pauling. Incluso en los textos de química física el desarrollo de Heitler y London aparece anónimamente. No sólo eso, en algunas historias de la química la teoría del enlace parece una creatio ex nihilo de Pauling. Sabemos que no fue así y quizás, también, intuyamos por qué Heitler y London decidiesen no anticipar nada de su trabajo a Pauling.

Esta entrada es una participación de Experientia docet en la XXIV Edición del Carnaval de Química que acoge el blog El zombi de Schrödinger

Químicos Modernos: Alfred Werner, la pasión por el trabajo

Alfred Werner nació en 1866 en uno de esos lugares marcados por la guerra en la vieja Europa, una de esas ciudades en la frontera entre imperios que cambiaba de manos según soplase el viento. Mulhouse tenía tendencia a ser francesa, la mayoría de sus habitantes se sentían franceses, a pesar de que sus apellidos eran una mezcolanza de prusianos y galos. Siendo Alfred niño, la guerra franco-prusiana de 1870 hizo que la ciudad cambiase de nuevo de manos, siendo anexada al recién formado Reich Alemán diseñado por Otto von Bismarck para mayor gloria del káiser Wilhelm.

Muchos ciudadanos con lazos franceses abandonaron la ciudad, no así los padres de Alfred, que prefirieron quedarse y resistir, hablando francés en casa aunque estuviese expresamente prohibido. Ya adulto, Alfred recordaría cómo disparaba su fusil de juguete contra los soldados alemanes y su mesa de despacho en Zúrich estaba presidida por un trozo de bomba que recogió cerca de su casa siendo niño.

Alfred no fue precisamente un alumno ejemplar y, como precaución, solía llevar trozos de cartón dentro de sus pantalones con la idea de aliviar el castigo físico que suponía saltarse clases. Los biógrafos de Werner hablan de rebeldía frente a la extrema rigidez del sistema de enseñanza alemán, la misma que años después mostraría Einstein. Sin embargo, Alfred era muy experimental a la par que teórico: sus escapadas las empleaba en hacer experimentos químicos detrás de un granero cercano y está documentada al menos una explosión en su habitación.

Entre 1885 y 1886 Alfred tuvo que hacer el servicio militar en Karlsruhe, donde aprovechó para asistir a las conferencias que Engler daba en el Politécnico local. En 1886 toma la decisión de alejarse de conflictos y se matricula en el Politécnico de Zúrich. En 1889 de diploma en química técnica y, a pesar de suspender varios exámenes de matemáticas en su primer intento, consigue su doctorado, tras pasar casi dos años en París, en 1892 con una tesis sobre la disposición espacial de moléculas que contienen nitrógeno, con Arthur Hanztsch como director y Marcellin Berthelot como codirector. Al igual que Einstein, si bien realizó su trabajo en el Politécnico el doctorado se lo otorgó la Universidad de Zúrich.

Los años 1892 y 1893 fueron de subsistencia para Alfred, trabajando como privat dozent, profesor sin sueldo (lo que sus alumnos le pagasen), en la Universidad de Zúrich. En 1893 se convirtió e profesor asociado de la Universidad con un modesto salario, sucediendo a Victor Merz como profesor de química orgánica. En 1895 adquiriría la nacionalidad suiza y, a pesar de tener ofertas de Viena, Basilea o Wurzburg, decide quedarse en la Universidad de Zúrich aceptando la plaza de catedrático con sólo 29 años. Pero, ¿qué había hecho Alfred en este tiempo para escalar así de rápido?

Alfred realizó su primera investigación química independiente con 18 años y su interés siempre había estado en la frontera entre la química orgánica y la inorgánica, alrededor del problema de la valencia y la estructura de los compuestos químicos. Un par de años después de su doctorado, obsesionado como estaba con el problema, cuenta la leyenda que una noche se despertó sobresaltado a las dos de la madrugada, saltó de la cama y se puso a escribir. A las cinco había terminado “Contribución a la constitución de los compuestos inorgánicos”, el artículo que sentaba las bases de la teoría actualmente aceptada sobre los compuestos de coordinación.

Alfred proponía flexibilizar las ideas de Kekulé, de una valencia rígida en una dirección, a una esfera de fuerza con el centro en el átomo. Sugería la existencia de un número de coordinación, que sería el número de ligandos que un determinado átomo metálico buscaría adquirir. Estas ideas eran controvertidas pero lo suficientemente interesantes como para asegurarle un puesto en la universidad.

Con el futuro asegurado, se dejó barba y bigote para intentar conseguir un poco de respeto por parte de los alumnos y colegas, se casó con una chica suiza y se dispuso a fundar una familia y a probar su teoría. La familia estuvo completa 8 años después. Probar la teoría le costaría 20 años de trabajo incansable.

La rutina era siempre la misma: proponía una estructura para un compuesto y predecía sus propiedades a partir de ella. Después una laboriosísima serie de síntesis muy meticulosas hasta conseguir el compuesto. Finalmente caracterizar el compuesto, asegurarse de que era el que se quería obtener y comprobar que sus propiedades correspondían a las predichas. Por ejemplo, proponía que los octaedros tenían átomos en posiciones fijas alrededor de un centro, lo que significaba que tenían quiralidad y, por tanto, podían rotar la luz polarizada. Si se encontraban los compuestos mediante síntesis, su actividad óptica vendría a confirmar las ideas de Alfred.

A diferencia de los compuestos que usó Pasteur, las moléculas ópticamente activas de Alfred no formaban cristales que se pudiesen separar con pinzas. Empleó 18 años en perfeccionar el método para conseguirlo con la ayuda inestimable de su alumno de doctorado Victor King.

Pero siempre hay críticos, y eso no es necesariamente malo. Se pensaba que la quiralidad era algo propio de los átomos de carbono y, como en los compuestos de Alfred había carbono, sugerían que la actividad óptica era consecuencia de la presencia de éstos. En 1914, un año después de recibir el Nobel por sus logros, con la ayuda de otra estudiante de doctorado, Sophie Matissen, Alfred consiguió preparar un compuesto ópticamente activo en el que sólo había nitrógeno, hidrógeno y oxígeno, despojando al carbono de sus derechos exclusivos en lo que a quiralidad se refiere.

Werner, maestro

Todos los avances químicos de Alfred Werner están disponibles en múltiples recursos en la red (por ejemplo). Sin embargo, en pocos lugares encontraréis su otra gran contribución a la ciencia. Su labor como enseñante y director de personas, en lo que fue un avanzado a su tiempo.

Alfred era un orador magnífico y profesor vocacional. El aula en el que daba clases Alfred solía contener de forma rutinaria del orden del doble de personas de las que se suponía que era su capacidad: se sentaban en los pasillos, se aglomeraban alrededor del banco de demostraciones. En verano había desmayos y los rectores de la institución mostraban su preocupación por los riesgos de incendio o explosión. Un chascarrillo de la época era “¿cuándo ocupa un estudiante de química el volumen mínimo? En una clase de Nunwiegeht's”. Ni que decir tiene que Nunwiegeht's era uno de los motes de Alfred, por su costumbre de saludar con un ¿cómo te va?.

Alfred dirigió más de 200 tesis doctorales y, siendo la Universidad de Zúrich pionera en admitir mujeres para el doctorado, él fue pionero en admitirlas en ciencia, aplicando una meritocracia estricta. Buena parte de sus más 200 tesis dirigidas fueron escritas por mujeres. No es de extrañar que personas de toda Europa y Estados Unidos fuesen a Zúrich a estudiar con él.

El laboratorio de Alfred en Zúrich era extraoficialmente conocido como “las catacumbas”, celdas semisubterráneas donde siempre era necesaria la iluminación artificial. Según una revista humorística de la universidad, una muestra del aire de las catacumbas contenía de forma típica “un 50% de ácidos evaporados, 30% de olores nauseabundos de preparados, 10% de humo de cigarrillo, 5% de alcohol y 5% de gas de iluminación mal quemado, lo suficiente para enviar al más resistente de los individuos al gran más allá”. La universidad, consciente de la necesidad de un nuevo edificio para albergar los laboratorios, lo acabó concediendo, con lo que Alfred trabajó incansablemente en su diseño y construcción mientras seguía dirigiendo elementos fundamentales de su investigación. Alfred empezó a dormir muchos días en su despacho de la universidad y a buscar en el alcohol una forma rápida de relajarse.

El precio que Alfred pagó fue muy alto. El estrés, el exceso de trabajo, su consumo excesivo de tabaco y alcohol le llevaron al colapso nervioso. No mucho después de recibir su nuevo edificio fue obligado a dimitir.

Alfred Werner murió en un hospital psiquiátrico de Zúrich poco después de cumplir los 53 años.

Esta entrada es una participación de Experientia docet en la XXII Edición del Carnaval de Química que organiza Roskiencia.

Químicos Modernos: Alexánder Butlerov, eclipsado por su genio.

¿Puede una idea científica ser tan brillante que llegue a ocultar a su autor? ¿Tan esclarecedora que pase de forma prácticamente instantánea a los libros de texto como cosa sabida y que, por lo tanto, su creador no merezca ni siquiera una mención? Parece casi inconcebible que pueda ocurrir, pero ocurrió.

Estamos en septiembre de 1861 en Speyer (actual Alemania), en el Congreso de Médicos y Naturalistas Alemanes. Un profesor de una pequeña universidad rusa, Kazán, tiene anunciada una conferencia titulada “Sobre la estructura química de la materia”; un nombre muy rimbombante para un don nadie venido de la mitad de ninguna parte. Hoy día nadie recuerda nada de ese congreso salvo esa conferencia en la que se dijo por primera vez que “la naturaleza química de una molécula está determinada no sólo por el número y tipo de átomos sino también por su disposición. El estudio químico de las sustancias debe llevar a conocer su estructura y viceversa, el conocimiento de su estructura debe llevar a predecir sus propiedades”. La teoría estructural nacía de la mano de Alexánder Mijáilovich Butlerov.

Isobutano

Pero Butlerov no se quedó en la teoría. Predijo y demostró experimentalmente la existencia de isómeros, en concreto de dos butanos y tres pentanos. En 1866 sintetizaría el isobutano. En 1868 demostraría que en los compuestos orgánicos insaturados los carbonos se unen entre sí con enlaces dobles.

Estos resultados espectaculares hicieron que el catedrático de química inorgánica de la Universidad de San Petersburgo, Dimitri Ivánovich Mendeleev, propusiera para el puesto de catedrático de química orgánica a Butlerov, que ocuparía en 1868 y hasta su jubilación en 1885, un año antes de su muerte. En ese mismo año de 1868 se completaría la edición en alemán de su “Introducción al estudio completo de la química orgánica”, libro que había aparecido en ruso sólo dos años antes y que puede ser considerado el primer texto moderno de química orgánica.

Butlerov formó parte de una incipiente escuela química orgánica rusa iniciada por sus profesores en la Universidad de Kazán, Klaus y Zinin, y que continuaron sus alumnos Markovnikov, Zeytsev y Popov. Los estudios que inició Butlerov sobre la polimerización los culminaría en 1910 Serguéi Vasiliévich Lebedev con el primer método de producción de caucho sintético (polibutadieno).

Butlerov nació en Chístopol (Rusia) en 1828. Cursó estudios de zoología y botánica en la Universidad de Kazán, pero su talento para la química fue detectado por Karl Karlóvich Klaus y potenciado por Nicolái Nikolaévich Zinin. En 1849 se gradúa y en 1851 presenta su primera disertación (lo que hoy llamaríamos tesis de máster) titulada “Sobre la oxidación de los compuestos orgánicos”. En 1854 presenta su tesis doctoral dirigida por Zinin en la Universidad de Moscú, “Aceites esenciales”, pasando a ser profesor extraordinario de la Universidad de Kazán. En 1857, se convierte en profesor ordinario y consigue una beca para viajar al extranjero durante un año, que repartiría entre el laboratorio de Kekulé en Heidelberg y el de Wurz en París.

Este año de exposición a la vanguardia de la química le hace ver la importancia de la teoría y la construcción de modelos. En este período, en anticipación a lo que después sería su charla en Speyer, Butlerov tiene una intuición fundamental. Pasteur había estudiado la actividad óptica del ácido racémico en el año 1847, con resultados espectaculares. Sin embargo, en una época en la que todas las moléculas se entendían lineales, no existía una explicación de cómo ocurría este fenómeno a nivel molecular. Butlerov apuntó que la explicación podía estar en la tridimensionalidad de los enlaces del carbono, que formarían un tetraedro, lo que daría lugar a la posibilidad de imágenes especulares de las moléculas, explicación que, como sabemos hoy día, es la correcta.

Las aportaciones de Butlerov fueron tan revolucionarias y, a la vez, con una capacidad de explicación de los fenómenos observados tan grande, que esta misma grandeza le eclipsó en vida y después de muerto. Hoy día su nombre sigue sin aparecer en muchas historias de la química occidentales.

Esta entrada es una aportación de Experientia docet a la XIII Edición del Carnaval de Química que acoge Curiosidades de un químico soñador

Químicos Modernos: Marguerite Perey, la otra hija de Marie Curie

Marguerite había conseguido un contrato de prácticas de 3 meses en el instituto. Ella siempre había querido ser médico pero, tras la temprana muerte de su padre, la familia no había tenido recursos para ello. Con mucho esfuerzo, y la oposición de su madre, había conseguido obtener un título de técnico de laboratorio químico en la Escuela de Enseñanza Técnica Femenina . Así que aquellos tres meses de técnico de laboratorio serían lo más próximo que ella podría esperar estar de la medicina a corto plazo.

Había llegado por la mañana de su primer día dispuesta a causar la mejor de las impresiones. Casi a la vez que ella se presentó una señora muy amable y vestida con ropas de trabajo y que Marguerite tomó por la secretaria del laboratorio. No tardaría en darse cuenta de que aquella señora tan sencilla y a la que ella había tratado con tanta familiaridad era catedrática en la Sorbona, tenía dos premios Nobel y era la fundadora del Instituto del Radio.

La gran suerte de Marguerite era que había ido a dar con una persona de las verdaderamente grandes, que daban más importancia al talento que a los formalismos. Marie Curie detectó rápidamente la capacidad intelectual y la habilidad para trabajar en el laboratorio de Marguerite y no sólo la convirtió en su asistente de laboratorio personal, sino que se ocupó de formarla a pesar de que Marguerite careciese de estudios universitarios. Estarían juntas cinco años, hasta el fallecimiento de Marie en 1934.

Instituto del Radio (1931). Marguerite es la 2ª por la izquierda

En 1934 fue nombrada radioquímico del Instituto. Marguerite pasó a trabajar a las órdenes de André Debierne (el nuevo director del instituto) y de Irène Joliot-Curie que estaban interesados en el estudio del actinio. Y Marguerite floreció.

Entre 1871 y 1886 Mendeleev predijo la existencia de varios elementos en función de los huecos que quedaban en una tabla de los elementos existentes ordenados por sus propiedades periódicas. En 1917 sólo quedaban por descubrir tres de ellos, los elementos 65, 85 y 87. En 1913 John Cranston, ayudante de laboratorio de Frederick Soddy en Glasgow, se percató de que el mesotorio 2 (uno de los muchos productos de la desintegración del torio) emitía tanto partículas alfa como beta. Según la ley que el propio Soddy había creado, el elemento 87 debía producirse durante la desintegración alfa del mesotorio 2, en concreto eka-cesio-224 (eka-cesio hace referencia al nombre que Mendeleev le había dado al elemento desconocido). Serían las investigaciones de Soddy durante esta época las que desembocaron en el concepto de isótopo.

Basándose en el hallazgo de Cranston, en los años 20 varios grupos de investigación analizaron concienzudamente minerales de torio en busca del elemento 87, sin éxito. Ahora sabemos que ello se debió a que la vida media del isótopo 224 del eka-cesio es de sólo 2 minutos.

El Fr-223 en el cuaderno de Marguerite 

En 1939 (en concreto el 7 de enero) Marguerite se dio cuenta de que el actinio, que es isotópico con el mesotorio 2, también presentaba una desintegración por dos rutas. Visto desde la perspectiva actual diríamos que los isótopos 228 (llamado mesotorio 2) y 227 del actinio pueden desisntegrarse de dos maneras, alfa y beta; en la desintegración alfa el isótopo 228 da lugar a eka-cesio-224 (teorizado por Soddy) y el 227 a eka-cesio-223, con el que trabajaría Marguerite.

A diferencia del eka-cesio-224, el eka-cesio-223 tiene una vida media de 20 minutos, suficientes para que una química experta en el laboratorio lo pueda caracterizar. Marguerite descubrió que, tal y como predijo Mendeleev, se comportaba como un metal alcalino, del primer grupo de la tabla periódica. Marguerite acaba de descubrir el último elemento natural que quedaba para completar la tabla de Mendeleev de 92 elementos. En los años 40 Coryell y Segrè obtuvieron artificialmente el prometio (61) y el astato (85).

Marguerite a sus poco más de treinta años tenía un resultado equiparable al de su mentora, Marie Curie. Los miembros del instituto estaban entusiasmados con él y pensaron que lo ideal sería que Marguerite lo presentase como su tesis doctoral, tal y como Marie había hecho con el radio. El problema no sólo era que Marguerite no tuviese un título universitario, es que no tenía ni el bachillerato, requisito imprescindible para entrar en la universidad. En el Instituto decidieron apartarla de todas las tareas de laboratorio y le consiguieron una beca para que pudiese asistir a la Sorbona a estudiar. Asistió al preparatorio de medicina para poder tener acceso a una titulación superior y después a módulos de química, biología y fisiología que la universidad consideró equivalentes a una licenciatura (el caso de Marguerite fue excepcional en todos los sentidos).

Finalmente el 21 de marzo de 1946, Marguerite presentaba su tesis L'élément 87: Actinium K . Su última frase recogía el privilegio del descubridor: “El nombre Francio, Fa, se propone para el lugar 87” (hoy día el símbolo del francio es Fr).

Marguerite no consiguió el reconocimiento del Nobel, pero si abrió unas puertas que ni siquiera Marie Curie pudo abrir: en 1962 se convirtió en la primera mujer elegida miembro de la Academia de Ciencias de París. Como dijo Irène al terminar Marguerite la defensa de su tesis: “Hoy mi madre se habría sentido feliz”.

Esta entrada es una participación de Experientia docet en la XII Edición del Carnaval de la Química que organiza Historias con mucha química(como todas). 

Químicos Modernos: Los Joliot-Curie o acertar a la segunda (con James Chadwick).

Foto de grupo de nuestros protagonistas: Conferencia Solvay, 1933. Sentados de izqda. a dcha: segunda, Irène, quinta, Marie, sexto, Langevin, octavo, Rutherford, último, Chadwick. De pie de izqda. a dcha.: tercero, Frédéric, decimocuarto, Bothe. La tercera mujer presente, junto a Chadwick, es Lise Meitner.

En la familia Curie ya había una tradición de educar en casa a los hijos para escapar de la ortodoxia académica, que constreñía sus capacidades, y de la influencia clerical católica. El padre de Pierre Curie, Eugène Curie, médico protestante, educó a éste y a su hermano Jacques en casa con la ayuda de un amigo, el señor Bazille, que fue quien despertó el amor a la ciencia y a las matemáticas en ambos hermanos. Por eso, tras la muerte de Pierre en 1906 y ante el hecho de que Irène, su hija y la de Marie Curie, demostraba unas capacidades sobresalientes en ciencias y matemáticas, abuelo y madre deciden crear “la cooperativa”, un grupo de notables científicos (además de la propia Marie, personajes como Paul Langevin o Jean Perrin) que se turnan para educar a los hijos de todos ellos. El proyecto lo alimenta el espíritu revolucionario (participó en la revolución de 1848 contra la monarquía) del abuelo Curie, y termina con la muerte de éste en 1910. Pero la semilla ya estaba plantada.

Irène Joliot-Curie

Irène terminó el bachillerato en un liceo normal del centro de París y se matricula en la Sorbona para estudiar ciencias. La primera guerra mundial interrumpe sus estudios y se une a su madre como enfermera radióloga en los hospitales de campaña del frente. Sólo conseguiría su doctorado en 1925, dirigida por Paul Langevin. Ese mismo año un joven ingeniero químico, tres años menor que ella, es contratado como asistente de Marie en el Instituto del Radio, donde ya trabajaba Irène. Jean Frédéric Joliot había recibido una educación liberal y compartía con Irène unos principios y compromisos políticos muy arraigados. El que sería héroe de la resistencia francesa, fabricante de cócteles Molotov durante las revueltas de París de 1944, contra todo pronóstico, se enamoró de la hija de su jefa. Contra todo pronóstico porque él fue descrito como un “Maurice Chevalier” y ella como “un trozo de hielo”. Con todo, la pareja se casa en 1926 y decide unir sus apellidos como nombre de la familia, por lo que ambos pasan a ser Joliot-Curie, pero seguirán firmando profesionalmente con sus apellidos de solteros.

Frédéric Joliot-Curie

Ante la insistencia de Paul Langevin, que ya detectó su talento siendo alumno, así como, sobre todo, de Marie, Frédéric estudia otra licenciatura en ciencias y se doctora mientras colabora en el Instituto del Radio. Su trabajo se mantiene separado del de Irène hasta que deciden investigar juntos un nuevo fenómeno: Walther Bothe y sus colaboradores afirmaban haber observado que, cuando elementos ligeros eran bombardeados con partículas alfa (núcleos de helio, He²⁺), se producía una radiación diez veces más potente de lo esperado.

Para investigar esta radiación de Bothe, los Joliot-Curie hicieron uso de una potente fuente de partículas alfa usando el polonio acumulado por Marie Curie y de un dispositivo relativamente nuevo: una cámara de niebla. La cámara de niebla permite observar la trayectoria de las partículas cargadas: cuando una partícula con carga eléctrica atraviesa vapor de agua sobresaturado (“niebla”) el agua se condensa en su estela.

Dado que la radiación de Bothe no dejaba estela en la cámara de niebla y era capaz de atravesar todo lo que le habían puesto por delante, incluidas varias capas de plomo, los Joliot-Curie asumieron erróneamente que estaban frente a radiación gamma de alta energía (ondas electromagnéticas, fotones). Así, publicaron en 1932 que esta “radiación gamma” arrancaba protones de la parafina. Ernest Rutherford afirmó nada más leer el artículo, “No me lo creo”. Y es que había inconsistencias graves en la lógica de los esposos, pero no así en sus datos experimentales, extremadamente precisos. De esta forma dejaron pasar un gran descubrimiento.

El problema es sencillo de entender. Imagina que tienes bolas de billar y bolas de jugar a los bolos. Los fotones gamma son bolas de billar y son capaces de alterar las trayectorias de otras bolas de billar, como los electrones. Pero los Joliot-Curie estaban afirmando que una bola de billar era capaz no sólo de poner en movimiento a una bola de jugar a los bolos de las pesadas, esto es, un protón que tiene 2000 veces la masa de un electrón, sino de apartarla de su camino.

James Chadwick

James Chadwick, que trabajaba en Inglaterra, veía esta inconsistencia. Su trabajo experimental demostraba que la radiación de Bothe tenía una dirección preferente, es decir, si las partículas alfa inciden de izquierda a derecha, la mayor parte de la radiación de Bothe va de izquierda a derecha. Si la radiación de Bothe fuese electromagnética se emitiría en todas direcciones, por lo tanto tenía que ser una partícula. Como la radiación no dejaba estela en la cámara de niebla, se deducía de aquí que era una partícula sin carga. Chadwick estaba convencido de que estaba observando el “protón neutro”, más conocido como neutrón. Pero antes de publicar nada tenía que ser capaz de medir alguna de sus propiedades, fundamentalmente su masa. Su suerte fue haber trabajado con Ernest Rutherford, que poseía una capacidad sin igual para ver la esencia de un problema experimental: “¿Me preguntas que cómo puedes detectar al hombre invisible en un Picadilly Circus lleno de gente? Muy fácil, por la gente con la que choca, por las reacciones de las personas a las que empuja”. Chadwick usó la radiación de Bothe para golpear átomos de nitrógeno, helio e hidrógeno y observó sus reacciones. Comparando la magnitud de sus “rebotes” pudo determinar que la masa de la partícula de la radiación de Bothe era muy parecida a la del protón. Chadwick declaró descubierto el neutrón en el mismo 1932.

Los Joliot-Curie se recuperaron pronto del golpe que supuso su error de cálculo. Habían continuado experimentando con el bombardeo con neutrones (que ellos seguían llamando radiación de Bothe) y descubierto que elementos ligeros como el boro y el aluminio seguían emitiendo radiación después de que cesara el bombardeo. Sus átomos diana habían absorbido la “radiación” (neutrones) y se habían convertido en elementos radioactivos artificialmente.

Cuando poco después estallase la II Guerra Mundial y viendo el potencial bélico de sus estudios, los Joliot-Curie, que habían dejado de publicar poco después del ascenso de Hitler al poder, confiaron sus documentos científicos a Hans von Halman y Lew Kowarski para que los llevasen a Inglaterra en 1940, mientras ellos se quedaban luchando en Francia. Una vez a salvo en Inglaterra, James Chadwick los calificó de secretos poco antes de unirse al proyecto Manhattan.

En 1935 James Chadwick recibió el premio Nobel de física por su descubrimiento del neutrón y los Joliot-Curie el de química por su descubrimiento de la radioactividad artificial.

Marie Curie, orgullosa, dijo “Hemos vuelto a los años gloriosos del viejo laboratorio” y habló con su editor para lanzar una nueva edición de su libro sobre la radiactividad para poder incluir el descubrimiento de su hija. El libro apareció póstumamente.

Esta entrada es una participación de Experientia docet en la VIII Edición del Carnaval de Química que organiza Caja de Ciencia

Químicos Modernos: Katharine Blodgett, más allá del agua de fregar (con Irving Langmuir).

Las circunstancias que rodearon la concesión del primer doctorado en física a una mujer por la Universidad de Cambridge fueron excepcionales. En primer lugar la receptora era una americana del estado de Nueva York. En segundo, no fue una estudiante al uso, aquella mujer llevaba seis años trabajando en un laboratorio de una empresa como colaboradora científica de un investigador de primer nivel. En tercer lugar, esto se notó en su tesis, completamente experimental (sobre el comportamiento de los electrones en el vapor de mercurio ionizado) pero en la que sólo empleó dos años. Finalmente, de todas las posibilidades a su disposición, el gigantesco Ernest Rutherford en persona había aceptado ser su director. Pero la más excepcional de todas fue su protagonista, Katharine Burr Blodgett.

Katharine (que no Catherine o Katherine) Blodgett nació en Schenectady (Nueva York) en 1898, y su padre, que murió asesinado poco antes de nacer ella, fue jefe del departamento de patentes de General Electric (GE), donde dejó buenos amigos. La compañía se hizo cargo de la seguridad financiera de la familia. Tras la muerte del padre, la familia se mudó a Francia, donde Katharine aprendió a hablar francés con fluidez, pero volvió a los Estados Unidos para establecerse en la ciudad de Nueva York. En ésta Katharine tuvo la oportunidad de asistir al colegio Rayson, donde recibió la misma formación que los varones, algo nada común en la época. En el colegio destacó en física, química y matemáticas, haciendo gala de una creatividad a la hora de resolver problemas poco común. Su capacidad le valió una beca para el Bryn Mawr College, una institución universitaria para mujeres, en la que ingresó con 15 años.

En las vacaciones de Navidad de su último curso en Bryn Mawr, Katharine ya tenía claro que quería dedicarse a la ciencia aplicada. A través de los amigos de su padre consiguió que le permitiesen visitar los laboratorios de GE en su ciudad natal, Schenectady. Allí le presentaron la joven de dieciocho años a Irving Langmuir para explorar la posibilidad de que pudiese trabajar en el laboratorio una vez acabados sus estudios. Tras recorrer las instalaciones con Langmuir, a éste le quedaron claras dos cosas: que Katharine era un diamante en bruto y que necesitaba pulirse. La formación que estaba recibiendo en Bryn Mawr era demasiado generalista, por lo que Langmuir le recomendó que ampliase su formación científica. Cuando lo hiciese tendría un puesto en el laboratorio.

Katharine se matriculó en la Universidad de Chicago para un máster en física en el que se centró en las capacidades de adsorción del carbón en las máscaras de gas. La elección del tema no fue baladí: la I Guerra Mundial estaba haciendo un uso masivo de los gases como arma y Langmuir estaba investigando este mismo tema en los laboratorios de GE. Tras obtener su título, en 1918, con 20 años, Katharine se convertía en la primera mujer en trabajar en un laboratorio de investigación de GE, y lo hacía en calidad de ayudante de Langmuir.

En el momento de su incorporación Langmuir estaba desarrollando un método para producir películas monocapa de aceites sobre agua. Para ello estaba mejorando un equipo muy sencillo que había construido una tal Agnes Pockels en Alemania. Si bien las investigaciones de Langmuir tocaron muchos temas de química física, fueron sus trabajos en la química de superficies los que le granjearon el premio Nobel de química de 1932. Langmuir desarrolló un nuevo concepto de adsorción (la adhesión de los átomos o las moléculas a una superficie) y uno de las claves de esta idea está en su descubrimiento de que las capas de adsorbato (la sustancia que se adsorbe) son monomoleculares. La capacidad inventiva de Blodgett llevó a que las ideas de Langmuir, con los refinamientos de N.K. Adam, y el diseño preliminar de Pockels fructificaran en la creación de la balanza de Langmuir-Blodgett, que Katharine iría perfeccionando hasta darle su forma definitiva en 1935.

Tras 6 años de colaboración, Langmuir y Katharine pensaron que la ayudante estaba más que preparada para dar el paso definitivo en su carrera, conseguir un doctorado y trabajar en otro laboratorio de primer nivel. Langmuir usó sus contactos e influencias para que Ernest Rutherford conociese a Katharine. Rutherford la admitió en el Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge en 1924, lo que se traduciría en que Katharine pasase a ser la doctora Blodgett en 1926.

Con la experiencia que Katharine había obtenido en Cambridge sobre el comportamiento de los gases ionizados, Langmuir y ella se pusieron a trabajar en más perfeccionamientos para la bombilla con filamento de wolframio, que Langmuir ya había contribuido a mejorar. Sus estudios sobre las descargas eléctricas en los gases ayudaron a crear los cimientos de la física de plasmas, el cuarto estado de la materia.

Pero Blodgett, cada vez más independiente de Langmuir, volvería a trabajar con las películas monocapa, en esta ocasión para crear películas más gruesas, monocapa a monocapa. En una de las aplicaciones prácticas de su trabajo, Katharine inventaría el cristal no reflectante en 1939 construyendo una película de 44 moléculas de espesor de estearato de bario, un tipo de jabón, sobre el cristal. A esa profundidad concreta la reflexión de la película neutraliza la reflexión del cristal, ya que las crestas y los valles de las ondas son opuestas y se cancelan unas a otras. Un refinamiento de esta técnica es la que se aplica hoy día en las lentes antirreflectantes.

Katharine también desarrolló un método sencillo y preciso para medir el espesor de una capa de película. Se dio cuenta de que las pompas de jabón tienen colores variables y descubrió que cada lugar de la pompa con un color diferente tenía un espesor diferente y comprobó que existía una correlación: un espesor de recubrimiento correspondía a un color. Hasta su invento los mejores instrumentos no podían medir más allá de la micra (milésima de milímetro). La regla de cristal que mostraba la correspondencia entre color y espesor en capas moleculares redujo este problema al de encontrar el color que se ajustaba a la muestra.

El estallido de la II Guerra Mundial hizo que el laboratorio de GE se volcase de nuevo en asuntos militares. De esta época son sus adsorbentes de gases venenosos o un método para quitar el hielo de las alas de los aviones.

Katherine registró ocho patentes durante su carrera, seis de ellas como única autora y en las otras dos como autora principal. Publicó relativamente poco, 30 artículos, pero hemos de ser conscientes de que trabajó en el laboratorio de GE toda su vida, por lo que buena parte de su trabajo fue de consumo interno. A pesar de ello colaboró de forma muy significativa en establecer la química de superficies como una rama consolidada de la química física y al lanzamiento de la física de plasmas.

Si bien nunca llegó a los niveles de Irving Langmuir en cuanto a reconocimiento público, Katharine Blodgett recibió numerosos premios durante su vida. Murió en Schenectady en 1979.

Esta entrada es una participación de Experientia docet en la VI Edición del Carnaval de Química que acoge Divagaciones de una investigadora en apuros.

Químicos Modernos

La idea de la serie Químicos Modernos surge durante una conferencia que di en enero de 2011 en la Facultad de Matemáticas de la Universidad de Sevilla sobre los orígenes de la química moderna. En la ronda de preguntas uno de los asistentes me preguntó por qué en mi exposición no aparecían mujeres, si es que acaso ellas no habían contribuido al desarrollo de la ciencia. Mi respuesta fue que el hecho cierto es que las ideas fundamentales se han debido a varones, básicamente porque habían sido varones los investigadores, pero que las mujeres habían dado cuerpo a esa estructura creada por las ideas centrales, sobre todo en el último siglo. La serie Químicos Modernos pretende, entre otros objetivos, ilustrar en alguna medida este punto.

Dentro de los objetivos de las actividades del Año Internacional de la Química, de las que los artículos con la etiqueta IYC2011 de Experientia docet son parte oficial, está el poner en valor el papel de las mujeres en el desarrollo de la ciencia central. Como decíamos más arriba, Químicos Modernos refleja este objetivo. Pero también es objetivo de la serie dar a conocer a químicos de los últimos 200 años que han hecho contribuciones significativas, algunas trascendentales, pero que son desconocidos. La idea es poner en perspectiva a los hombres y mujeres que participan en el avance de las ciencias químicas: hay genios pero son humanos, hay ideas geniales pero hay que desarrollarlas, hay gigantes pero que se apoyaron en el trabajo de otros para elevarse.

La imagen que ilustra la serie es un ejemplo de los varones y mujeres que la serie pretende retratar. Él en concreto trabajó en los años 60, pero lo dejaremos en el anonimato, tras los vapores de su trabajo.

Espero que disfrutes de Químicos Modernos. Si tienes cualquier sugerencia de personaje o comentario, no lo dudes y házmelo llegar.

Lista de entradas de la serie (en construcción):

El arduo camino al Nobel de Marie Curie

Los átomos cúbicos de G.N. Lewis

La injusta fusión del átomo y la asociación Hahn-Meitner

Una pequeña gigante, Florence Seibert (con Esmond Long)

Michael Faraday y Jane Marcet, la Asimov del XIX

Gladys Anderson Emerson, todo doble

Agnes Pockels, la química física del agua de fregar

Katherine Blodgett, más allá del agua de fregar (con Irving Langmuir)
Los Joliot-Curie o acertar a la segunda (con James Chadwick)

Marguerite Perey, la otra hija de Marie Curie
Alexánder Butlerov, eclipsado por su genio
Alfred Werner, la pasión por el trabajo
Fritz London , la química se hace cuántica (I) 

Químicos Modernos: Agnes Pockels, la química física del agua de fregar.

Agnes Pockels nació en Venecia (hoy, Italia) el 14 de febrero de 1862, donde su padre estaba destinado como oficial del ejército austriaco (Venecia perteneció a Austria hasta 1866) y donde enfermó de malaria. En 1871 la familia se asentó en Brunswick, en la Baja Sajonia, que ese mismo año entró a formar parte del II Reich alemán. Agnes, a lo largo de su vida viviría más cambios políticos sin salir de su casa: la I Guerra Mundial, la proclamación de la República de Weimar en la que Brunswick fue un estado libre, y la llegada al poder de Hitler y el advenimiento del III Reich. Agnes se dedicó a cuidar de sus padres y a su hermano pequeño, nunca se casó y nunca tuvo otro empleo que el de ama de casa. Y sin embargo, llegó a ser una pionera de la química, publicó repetidamente en Nature, se codeó con científicos de primer nivel, recibió un doctorado honoris causa, un homenaje de Wilhelm Ostwald, y sentó las bases para que otros profundizaran en su trabajo y llegasen a ganar un premio Nobel de química.

Una vez la familia asentada en Brunswick, Agnes se las ingenió para asistir al Instituto Municipal para Niñas mientras seguía ayudando en casa. En este colegio Agnes adquiriría “un entusiasta interés en las ciencias naturales, especialmente la física”. Cuando terminó sus estudios las universidades alemanas no admitían mujeres; cuando un poco más adelante sí lo hacían, sus padres no le permitieron matricularse.

En parte por inclinación propia y capacidades innatas, en parte por la influencia de su hermana mayor, Friedrich Pockels terminó estudiando física. Fue a través de los textos de su hermano, que Agnes devoraba, incluidos los de doctorado, como adquirió los conocimientos que ansiaba. Pero mientras que a su hermano le atraían las matemáticas y los aspectos más teóricos de la disciplina, Agnes era una mujer práctica, tenía que serlo por necesidad, y le encantaba la experimentación. Pero, ¿con qué experimentaría?

Su cuñada nos da la respuesta: “Esto es realmente cierto y no ninguna broma o licencia poética: lo que millones de mujeres ven todos los días sin placer ninguno y están ansiosas por tirar, esto es, el agua grasienta de fregar los platos, llevó a esta chica a hacer observaciones y en última instancia a la investigación científica.”

Agnes terminaría desarrollando un dispositivo que le permitía medir la tensión superficial de monocapas de sustancias hidrofóbicas (aceites y grasas) y anfipáticas (jabones y detergentes) y el tamaño de las moléculas. Consistía en un recipiente hecho a partir de una sartén de estaño (hojalata) con inserciones también de hojalata: una de las inserciones era fija, la otra, móvil, se usaba para comprimir una capa de jabón, por ejemplo, depositada sobre agua; las moléculas ocupan todo el espacio disponible, y se usa la inserción móvil para comprimir la capa; la presión necesaria, que cambia suavemente, se va registrando y llega un momento en que cambia bruscamente (el punto de Pockels), en ese momento las moléculas están en el máximo de compresión; sabiendo la superficie y el número de moléculas de jabón depositadas, sabes el área que ocupa una molécula. El dispositivo incorporaba una balanza con un disco de hojalata de 6 mm: determinando la fuerza necesaria para que el disco atraviese la monocapa se obtiene una medida de la tensión superficial. Con este dispositivo Agnes describió el comportamiento general de la tensón superficial con diferentes concentraciones de aceite y las cantidades de distintos aceites necesarias para constituir una monocapa de superficie conocida.

Sus estudios sólo eran conocidos por su hermano. Éste, consciente de la valía de los mismos y conocedor del mundo académico alemán y de la imposibilidad de que su hermana los publicase, podría haberlos publicado él mismo. En lugar de eso la animó a escribir al único hombre capaz de apreciar su trabajo, el mejor químico/físico experimental de la época, John William Strutt, tercer barón Rayleigh. Después de todo, un artículo de Lord Rayleigh que trataba algunos aspectos del trabajo de Agnes habían aparecido en 1890 en la Naturwissenschaftlichen Rundschau, a la que Agnes estaba suscrita.

El 10 de enero de 1891, Agnes escribió: “Milord: Habiendo tenido conocimiento de las fructíferas investigaciones llevadas a cabo por usted el año pasado sobre las poco conocidas propiedades de las superficies acuosas, he pensado que podría interesarle conocer mis propias observaciones sobre el asunto. Por varias razones no estoy en posición de publicarlas en los periódicos científicos, y por lo tanto he elegido este medio para comunicarle las más importantes de ellas...”

Lord Rayleigh no sólo era noble por nacimiento y, si ella no estaba en posición de publicar, el sí tenía el poder de hacer que se publicase un trabajo que tenía mérito. El 2 de marzo escribió al editor de Nature: “Le estaría muy agradecido si pudiese encontrar espacio para la traducción [realizada por Lady Rayleigh] adjunta de una interesante carta que he recibido de una dama alemana, quien con aparatos muy hogareños ha llegado a resultados valiosos con respecto al comportamiento de las superficies acuosas contaminadas. La primera parte de la carta de la señorita Pockels cubre casi el mismo terreno que parte de mi trabajo reciente y, en lo principal, está en armonía con él. Las secciones posteriores me parecen muy sugerentes, suscitando, si no las responden, muchas cuestiones interesantes. Espero encontrar pronto una oportunidad para repetir algunos de los experimentos de la señorita Pockels”.

La carta de Agnes aparecería publicada en Nature ese mismo año con el título de “Surface Tension” [Nature, vol. 43, pp. 437-439 (1891)]. Con ella Agnes Pockels había establecido las bases de la investigación cuantitativa de las películas superficiales, un nuevo campo científico que alcanzaría su reconocimiento con la concesión del premio Nobel de química a Irving Langmuir en 1932.

Al principio el mundo científico alemán no reparó demasiado en ella. Eso sí, recibió una invitación a hacer uso del laboratorio de física de la Universidad de Gotinga. Pero no la pudo aceptar. Sus responsabilidades familiares ahora incluían llevar la casa de la estrella de la familia, su hermano Friedrich, nombrado catedrático de física teórica en Heidelberg.

Pero Agnes no se quedó quieta. Todavía publicaría dos veces más en Nature (en 1892 y en 1894). También publicaría en lo que hoy llamaríamos revistas de divulgación científica alemanas, como Naturwissenschaftlichen Rundschau, y ocasionalmente también aparecería en revistas más especializadas. Mantuvo correspondencia con Georg Quincke, Herbert Teubner, Arnold Sommerfeld o Charles G. Darwin (no confundir con su abuelo). Incluso tras la muerte de su hermano en 1913 y su madre en 1914, continuó publicando casi anualmente el resultado de sus investigaciones. Todo cambió para ella con el fin de la Primera Guerra Mundial, sobre todo en lo que respecta al acceso a la literatura científica. Ya sólo publicaría de nuevo en 1926 y finalmente, sobre la adhesión de los sólidos, en 1933.

Sólo después de cumplir los 70 años empezó a ser reconocida la importancia de su trabajo en su país natal. 1932 sería su año. La Universidad Politécnica de Brunswick le concedió un doctorado honoris causa, el primero concedido a una mujer, en ingeniería, como inventora del método cuantitativo para medir la tensión superficial (y cuyo perfeccionamiento y los trabajos asociados le valdrían el Nobel de química a Langmuir, pero de esto ya hablaremos). Ese mismo año la Kolloid Gesellschaft le concede el premio Leonard (junto a Devaux). Finalmente, Wilhelm Ostwald publicaría un artículo en Kolloid Zeitschrift ponderando la importancia de su trabajo acompañado por una autobiografía de Agnes.

Agnes Pockels moriría el 21 de noviembre de 1935 en su hogar de Brunswick. El mundo la olvidaría poco después.

Esta entrada es una participación de Experientia docet en la VI Edición del Carnaval de Química que acoge Divagaciones de una investigadora en apuros.

Químicos Modernos: Gladys Anderson Emerson, todo doble.

Gladys Anderson fue la hija única de unos padres de ascendencia sueca. Aunque había nacido en Kansas (EE.UU.), en 1903, doce años después llegó a Oklahoma tras haber vivido en Texas. Gladys era una estudiante ávida, todo le atraía y todo lo devoraba, y brillaba en matemáticas, historia, latín, química y música. Sus padres querían que fuese maestra, una profesión honorable y adecuada para una señorita, por lo que se matriculó en el Oklahoma College for Women (lo que ahora es la Universidad de Artes y Ciencias de Oklahoma), donde obtendría dos títulos, uno en química (BSc) y otro en historia (A.B.)

Gladys deslumbró en la universidad y se encontró, entre otras ofertas, con que dos departamentos de Stanford, química e historia, le ofrecían puestos de profesora asistente. Gladys escogió historia: en 1926, con 23 años, recibía un máster doble de Stanford, en historia y economía. Pero entre sus obligaciones de asistente y sus estudios, a Gladys le quedaba tiempo libre, que dedicaba a asistir a cursos de química física, por aquello de que era una asignatura que combinaba matemáticas, química y física y le permitía seguir en contacto con la ciencia. En 1927 le surge la oportunidad de estudiar el doctorado en Berkeley en nutrición y bioquímica. Y es que Gladys cada vez se veía más atraída por la bioquímica.

En 1932 Gladys obtenía, como ya era tradicional en ella, un doctorado doble, en nutrición animal y bioquímica, que era el que se suponía tenía que hacer, y en química orgánica, que se encontró por el camino. Ese mismo año se casaría con un colega, Oliver Emerson. Desde ese momento Gladys usaría su apellido de casada.

Los Emerson estuvieron 18 meses en la Universidad de Göttingen (Alemania) con una beca postdoctoral, donde Gladys tuvo la fortuna de trabajar con Adolf Windaus y Adolf Butenandt, el primero ya con un premio Nobel de química (1928) y el segundo que trabajaba en esos momentos en la investigación que en unos años le proporcionaría el suyo (1939), que la iniciaron en el mundo de las vitaminas. Si bien profesionalmente la estancia fue muy fructífera, en lo personal no lo fue tanto ya que, durante ella, el Partido Nacionalsocialista llegaría al poder, partido al que se afiliaría Butenandt poco después (1936).

Tras la estancia alemana Gladys vuelve a Berkeley, al laboratorio de Herbert Evans, que era director del Instituto de Biología Experimental de la Universidad de California. Evans había identificado y nombrado la vitamina E en 1922 pero no había conseguido aislarla.

Durante tres años Gladys y su marido trabajaron con Evans en el aislamiento de la vitamina E a partir de sus fuentes naturales. Finalmente, en 1936, el equipo consiguió su objetivo a partir del aceite de germen de trigo, obteniendo una forma pura de la vitamina E a la que llamaron tocoferol. Gladys y Evans continuaron con el trabajo hasta identificar dos formas más en las que puede aislarse, alfa-tocoferol y beta-tocoferol. Sus investigaciones allanaron el camino para que posteriormente se pudiese determinar la estructura de la vitamina E y, de ahí, su síntesis artificial.

Que la deficiencia de vitamina E afecta a los niveles de fertilidad de los animales de laboratorio era algo conocido años antes de que Gladys comenzase su investigación. Durante su etapa en Berkeley, Gladys (ya divorciada de Oliver Emerson) lleva a cabo estudios para confirmar la relación entre vitamina E y fertilidad. Fue Gladys quien demostró que una privación controlada en la dieta de vitamina E provoca una reacción en los conejos de laboratorio muy similar a la distrofia muscular.

Su trabajo empieza a valerle el reconocimiento que merecía. En 1942 recibió una oferta para unirse al Instituto Merck para la Nutrición Terapéutica, localizado en Nueva Jersey, al otro extremo del país. Allí ella dirigiría un laboratorio en el que investigaría todo el complejo de vitaminas B. Gladys probó que existía una conexión entre las dietas con déficit de vitamina B y problemas en el desarrollo, los ojos, la piel, el hígado, los riñones y otros órganos internos (hoy día las madres gestantes suelen tomar un suplemento de vitamina B₉, ácido fólico). También se centró en métodos más efectivos de administrar las vitaminas.

Gladys ya tenía una sólida reputación a sus espaldas y la Universidad de California en los Ángeles (UCLA) quería llevarla de vuelta a California. Para ello le ofrece la jefatura de un departamento, pero claro, de uno del que pueda ser jefe una mujer sin que nadie se escandalice. En 1956 Gladys se convierte en la nueva jefa del departamento de economía doméstica de UCLA, además de profesora de nutrición. Allí vuelve a enseñar y continúa investigando. En 1962, Gladys dobla una vez más y simultanea su cargo en el departamento de economía doméstica con el de subdirectora del de salud pública.

A pesar de su enorme carga lectiva y administrativa Gladys siguió investigando, reconocida por sus iguales y empezando a cosechar multitud de premios y reconocimientos. Impartió conferencias en universidades de todo el mundo y fue autora de más de 120 artículos que todavía hoy se citan en la literatura sobre nutrición y cuyos resultados aparecen en los libros de texto. Admitía más estudiantes de postgrado que cualquier otro profesor, especialmente asiáticos, que acudían a ella por su serenidad, amabilidad, rigor y ética de trabajo (hay toda una escuela japonesa de nutricionistas que empieza con ella).

Murió, de cáncer, en 1984 en California. Fue enterrada en Oklahoma junto a sus padres.

Como dijo Thomas Jukes, nutricionista en Berkeley y amigo de muchos años de Gladys: “Recordamos a Gladys primero como un gran científico, después como una pionera entre las mujeres científicas”. Científica y pionera, en la vida de Gladys Anderson Emerson, todo doble.

Como homenaje a Gladys, esta entrada participa doblemente:
en la V Edición del Carnaval de Biología que organiza Feelsynapsis.
en la V Edición del Carnaval de Química que organiza Scientia.