Breve historia de la química (24 page)

Fig. 19. El convertidor de Bessemer revolucionó la producción de acero.

Otros metales cuya adición al acero dieron buenos resultados fueron el cromo, el molibdeno, el vanadio, el tungsteno y el niobio, obteniéndose variedades de acero de aleación adecuadas a fines específicos. En 1919 el inventor americano Elwoor Haynes (1857-1925) patentó el
acero inoxidable
, que contenía cromo y níquel. En 1916 el metalúrgico japonés Kotaro Honda (1870-1954) vio que añadiendo cobalto al acero al tungsteno se producía una aleación capaz de formar un imán más potente que el acero ordinario. Este descubrimiento abrió el camino a la obtención de aleaciones magnéticas más potentes todavía.

Simultáneamente entraron en uso nuevos metales. El
aluminio
, por ejemplo, es más abundante en el suelo terrestre que el hierro, y de hecho es el metal más común. Sin embargo, se encuentra siempre combinado en forma de compuestos. Mientras que el hierro ha sido conocido y preparado a partir de sus menas desde los tiempos prehistóricos, el aluminio ni siquiera fue reconocido como metal hasta que Wóhler (véase pág. 102) aisló una muestra impura en 1827.

Fue en 1855, gracias al químico francés Henry Etienne Sainte-Claire Deville (1818-81), cuando se elaboró un método adecuado para preparar aluminio más o menos puro en cantidades moderadas. Pero incluso entonces siguió siendo mucho más caro que el acero, de modo que se utilizaba sólo para adornos como el sonajero del hijo de Napoleón III o la corona del monumento a Washington.

En 1886, sin embargo, el joven estudiante de química americano Charles Martin Hall (1863-1914), oyendo a su profesor decir que quien descubriese un medio barato de fabricar aluminio se haría rico y famoso, decidió emprender la tarea. Trabajando en el laboratorio de su casa, descubrió que el óxido de aluminio podía disolverse en un mineral fundido llamado criolita. Una vez que el óxido estaba en solución, la electrólisis producía el propio aluminio. En el mismo año, el metalúrgico francés Paul Louis Toussaint Héroult (1863-1914) ideó en esencia el mismo método para producir el metal. El método de Hall-Héroult abarató el aluminio y lo puso al alcance de los usos más vulgares, como son las cacerolas de cocina.

El máximo valor del aluminio reside en su ligereza (un tercio del peso del acero). Esta dualidad lo hace especialmente indicado para la industria de la aviación, que devora también cantidades de
magnesio
, un metal aún más ligero. En la década de los treinta se idearon métodos para extraer magnesio de las sales disueltas en el océano proporcionándonos a partir de entonces una fuente prácticamente inagotable de este metal. (El bromo y el yodo —por no hablar ya de la propia sal— se extraen hoy día también del agua. Un problema de creciente importancia para el futuro es el de extraer agua potable del océano.)

Los metales como el
titanio
constituyen también una promesa. El titanio es un metal común, altamente resistente a los ácidos, de ligereza intermedia entre el aluminio y el acero y, si se prepara correctamente, el más fuerte de los metales, en relación con su peso. El
circonio
es semejante, pero abunda menos y es más pesado.

Las perspectivas para el futuro del titanio son particularmente brillantes en lo que se refiere a los aviones supersónicos que se diseñan y construyen hoy día. Incluso volando por las capas más altas de la atmósfera, un avión que se mueva a velocidades equivalentes a varias veces la del sonido, experimenta una fricción brutal por parte del aire. Su superficie externa debe soportar altas temperaturas, y es aquí donde está indicado especialmente el titanio, ya que en dichas condiciones mantiene su resistencia mejor que los demás metales.

Nitrógeno y flúor

Si bien es cierto que el nitrógeno nos rodea por todas partes en la atmósfera, allí está presente en forma de elemento, cuando para la mayoría de los organismos sólo es útil en forma de compuestos. Pero ocurre que el nitrógeno es casi inerte y difícilmente reacciona para formar compuestos. Así pues, a pesar de la omnipresencia del aire, el suelo es con frecuencia pobre en nitratos (el tipo de compuesto de nitrógeno más corriente) y éstos deben aplicarse en forma de abonos animales o fertilizantes químicos. Los nitratos son también componentes de la pólvora, y se utilizan indirectamente en la formación de los más modernos explosivos, como la nitrocelulosa y la nitroglicerina.

Las reservas de nitratos de la tierra se mantienen gracias a la actividad de las tormentas. El nitrógeno y el oxígeno del aire se combinan en la proximidad de las chispas eléctricas para formar compuestos. Estos compuestos se disuelven en las gotas de lluvia y son transportados a tierra. Por otro lado, ciertos tipos de bacterias utilizan el nitrógeno elemental del aire para producir compuestos nitrogenados. Pero a medida que aumentaron las necesidades humanas de nitratos, tanto para fertilizantes como para explosivos, fue cada vez más difícil depender exclusivamente de las fuentes naturales. El químico alemán Fritz Haber (1868-1934) investigó métodos para combinar el nitrógeno atmosférico con el hidrógeno para formar amoniaco, que luego podía convertirse fácilmente en nitratos. En 1908 Haber consiguió su propósito, sometiendo nitrógeno e hidrógeno a altas presiones y utilizando hierro como catalizador.

Durante la Primera Guerra Mundial, el bloqueo de la flota británica cortó a Alemania el suministro de nitrato natural procedente del desierto de Chile (la mejor fuente natural). Pero para entonces el químico alemán Karl Bosch (1874-1940) había conseguido transformar el proceso de Haber de una experimentación de laboratorio en una operación industrial, y hacia la mitad de la guerra estaba produciendo ya todos los compuestos nitrogenados que Alemania necesitaba.

Exactamente opuesto era el caso del flúor: debido a su gran actividad, existe sólo en forma de compuestos, desafiando así en aquella época los esfuerzos de los químicos para pasarlo a su forma libre. Sin embargo, desde la época de Lavoisier, los químicos estaban seguros de que el elemento existía; tanto es así, que Newlands y Mendeleiev lo incluyeron en sus tablas periódicas (figuras 13 y 16), aunque ningún hombre lo había visto siquiera. Ciertamente, la electrólisis separaba el flúor de sus diversos compuestos moleculares, pero tan pronto como el gas se hallaba en forma de elemento, reaccionaba con la sustancia más cercana, formando de nuevo parte de un compuesto. (El flúor es el más activo de todos los elementos químicos.)

Después de Davy, muchos fueron los químicos que abordaron el problema en el siglo xix. El éxito le estaba reservado al químico francés Ferdinand Frédéric Henri Moissan (1852-1907). Moissan decidió que como el platino era una de las pocas sustancias que podía resistir al flúor, no había otra solución que preparar todo el equipo de platino, sin reparar en gastos. Y lo que es más, enfrió todo a -50° C, para amortiguar la gran reactividad del flúor. En 1886 hizo pasar una corriente eléctrica a través de una solución de fluoruro potásico en ácido fluorhídrico, en su equipo de platino, y consiguió su propósito. Al fin se había aislado el flúor, un gas amarillo pálido.

Aunque era una gran hazaña, Moissan se hizo más famoso todavía por otra conquista que en realidad no era tal. El carbón y el diamante son ambos formas de carbono, y se diferencian en que los átomos de carbono en el diamante están unidos de forma muy compacta. Se deduce de ello que si se ejerce una gran presión sobre el carbón, los átomos podrán disponerse de forma más compacta para formar diamante. Moissan trató de conseguirlo disolviendo carbón en hierro fundido y dejando que el carbón cristalizase a medida que el hierro se enfriaba.

En 1893 le pareció que había triunfado. Obtuvo varios diamantes minúsculos e impuros junto con un pedazo de diamante auténtico, de medio milímetro de longitud aproximadamente. Sin embargo, es posible que Moissan fuese víctima de un engaño, y que algún ayudante introdujese el diamante en el hierro. Actualmente sabemos, partiendo de consideraciones teóricas, que en las condiciones en que operó Moissan era imposible formar diamantes.

Un inventor americano, Edward Goodrich Acheson (1856-1931), intentó también la formación de diamante a partir de formas más ordinarias de carbono. Fracasó, pero en el proceso, mientras calentaba intensamente carbón en presencia de arcilla, obtuvo una sustancia extremadamente dura que denominó
carborundum.
Resultó ser
carburo de sílice
(un compuesto de silicio y carbono) y constituía un excelente abrasivo.

Para formar diamantes tenían que utilizarse presiones más altas que las disponibles en el siglo xix, junto con altas temperaturas que posibilitasen el cambio de posición de los átomos con razonable facilidad. El físico americano Percy William Bridgman (1882-1961) invirtió medio siglo, desde 1905, en idear un equipo capaz de conseguir presiones cada vez más altas. Diversos elementos y compuestos adquirían nuevas formas, en la que los átomos y las moléculas se organizaban en disposiciones anormalmente compactas. Se obtuvieron así, por ejemplo, variedades de hielo mucho más densas que el agua y con un punto de fusión más alto que el punto de ebullición del agua a presiones ordinarias
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. En 1955, utilizando las técnicas de Brigman, se produjeron verdaderos diamantes sintéticos.

La frontera entre lo orgánico y lo inorgánico

Con la llegada del siglo xx comenzó a revelarse una extensa zona en la frontera entre la química orgánica y la química inorgánica.

El químico inglés Frederick Stanley Kipping (1863-1949) empezó a investigar en 1899 sobre los compuestos orgánicos que contenían el elemento silicio, que, junto con el oxígeno, es el elemento más común en la corteza terrestre. Durante un período de cuarenta años consiguió sintetizar un gran número de compuestos orgánicos que contenían uno o varios de estos átomos, tan característicos del mundo inorgánico. De hecho, era posible obtener cadenas infinitamente largas formadas por átomos de silicio y oxígeno alternativamente.

Este trabajo podría catalogarse en principio como puramente inorgánico, pero lo cierto es que cada átomo de silicio tiene cuatro valencias, de las que sólo dos se utilizan para combinarse con el oxígeno. Las otras dos pueden enlazarse a cualquiera de los diferentes grupos orgánicos. En la Segunda Guerra Mundial y a partir de ella, tales
siliconas
orgánico-inorgánicas alcanzaron importancia como lubricantes, fluidos hidráulicos, cauchos sintéticos, productos hidrófugos, etc.

Los compuestos orgánicos ordinarios están formados por átomos de carbono a los que se encuentran unidos otros átomos. En general, la mayoría de esos «otros átomos» son hidrógeno, de modo que los compuestos orgánicos pueden definirse como hidrocarburos y derivados. El átomo de flúor, sin embargo, es casi tan pequeño como el átomo de hidrógeno, y cabrá en cualquier parte donde quepa éste. Era de esperar, pues, que existiese una familia completa
de fluorocarburos
y derivados.

Uno de los primeros investigadores de los compuestos fluoro-orgánicos fue el químico americano Thomas Midgley, Jr. (1889-1944). En 1930 preparó
el freón
con una molécula que consistía en un átomo de carbono al que estaban unidos dos átomos de cloro y dos átomos de flúor. Se licúa fácilmente, de modo que puede usarse como un refrigerante en lugar de los otros gases fácilmente licuables, como el amoniaco y el dióxido de azufre. A diferencia de ellos, el freón es inodoro y atóxico, y además completamente ininflamable. Actualmente se usa casi de modo universal en los refrigeradores domésticos y en los acondicionadores de aire.

Durante la Segunda Guerra Mundial, el flúor y los compuestos fluorados se utilizaron en relación con los trabajos sobre el uranio y la bomba atómica (véase pág. 257). Se necesitaban lubricantes que no fuesen atacados por el flúor y con este propósito se utilizaron fluorocarburos, ya que éstos habían soportado ya (por así decirlo) un ataque máximo por parte del flúor.

El flúor forma con el carbono un enlace muy resistente, y las cadenas de fluorocarburo son más estables y más inertes que las cadenas de hidrocarburos. Los polímeros de fluorocarburo son sustancias cerosas, hidrófugas, repelentes de los disolventes y eléctricamente aislantes. El
teflón
, un fluorocarburo plástico, comenzó a utilizarse en los años sesenta como recubrimiento de sartenes, con lo que no se necesita grasa para freír en ellas.

La complejidad inorgánica no precisa en absoluto del átomo de carbono, en ciertos casos. El químico alemán Alfred Stock (1876-1946) comenzó a estudiar los hidruros de boro (compuestos de boro e hidrógeno) en 1909 y halló que podían formarse compuestos extraordinariamente complicados, análogos en algunos sentidos a los hidrocarburos.

Desde la Segunda Guerra Mundial los hidruros de boro han alcanzado un uso inesperado como aditivos del combustible de los cohetes, a fin de incrementar el empuje que proyecta la nave hacia las capas superiores de la atmósfera y al espacio exterior. Además, los hidruros de boro resultaron ser de interés teórico, debido a que las fórmulas ordinarias del primer tipo ideado por Kekulé (ver pág. 118) se mostraron inadecuadas para explicar su estructura.

Pero todos estos éxitos, aunque conseguidos costosa e ingeniosamente, así y esenciales para la vida moderna, eran extraños a los asuntos más serios de la química del siglo xx. El científico puro se hallaba experimentando bajo la superficie del átomo, y para ver lo que encontró allí volveremos en el resto del libro a la línea de desarrollo fundamental de nuestro relato.