Introducción a la ciencia II. Ciencias Biológicas (10 page)

Naturalmente, con el éxito de la baquelita, los químicos recurrieron a otros posibles materiales de partida, en su búsqueda de más polímeros altos sintéticos, que pudieran ser plásticos de utilidad. Y, con el transcurrir del tiempo, obtuvieron reiteradas veces satisfactorios resultados.

Por ejemplo, los químicos británicos descubrieron en la década de 1930 que el gas etileno (CH
₂
=
CH
₂
), bajo la acción del calor y la temperatura, podía formar cadenas muy largas. Uno de los dos enlaces, en el doble enlace entre los átomos de carbono, se abre y se une a una molécula próxima. Cuando esto ocurre una y otra vez, se produce una molécula de cadena larga llamada «polietileno».

La molécula de cera-parafina es una cadena larga constituida por las mismas unidades, pero la molécula del polietileno aún es más larga. Así, pues, el polietileno es por ello similar a la cera, pero sus propiedades son aún más notables. Tiene la blancura nebulosa de la cera, es suave al tacto, posee las propiedades aislantes eléctricas, el ser impermeables al agua, y la ligereza (puede decirse que es el único plástico que flota en el agua). Sin embargo, tiene la ventaja de ser mucho más resistente y flexible que la parafina.

Cuando se fabricó por primera vez, el polietileno requería presiones peligrosas, y el producto tenía un punto de fusión más bien bajo: exactamente, por encima del punto de ebullición del agua. Se ablandaba hasta ser inutilizable a temperaturas por debajo del punto de ebullición. Aparentemente, esto era debido al hecho de que la cadena de carbono tenía ramas que impedían que las moléculas se dispusieran íntimamente próximas entre sí, adoptando una estructura cristalina. En 1953, un químico alemán llamado Karl Ziegler halló una forma para producir cadenas de polietileno no ramificadas, y sin la necesidad de presiones elevadas. El resultado fue una nueva variedad de polietileno, más resistente y fuerte que el antiguo y capaz de resistir las temperaturas de ebullición del agua sin ablandarse demasiado. Ziegler logró esto utilizando un nuevo tipo de catalizador, una resina con iones de metales tales como el aluminio y el titanio unidos a grupos cargados negativamente a lo largo de la cadena.

Al tener noticia sobre el desarrollo por Ziegler de catalizadores órgano-metálicos para la formación de polímeros, el químico italiano Giulio Natta comenzó a aplicar la técnica al propileno (etileno al que se unió un pequeño grupo metílico de un solo átomo de carbono, el CH
₃
–). En el curso de 10 semanas, halló que en el polímero resultante todos los grupos metílicos mostraban la misma dirección, aunque (como era usual en la formación de polímeros antes de aquel tiempo) dirigido al azar, en cualquier dirección. Tales «polímeros isotácticos» (el nombre fue propuesto por la signora Natta) resultaron tener útiles propiedades, y éstos pueden ahora ser fabricados virtualmente a voluntad. En otras palabras, los químicos pueden idear polímeros con mayor precisión de lo que hasta ahora han solido hacer. Por su labor en este campo, Ziegler y Natta compartieron el premio Nobel de Química de 1963.

El proyecto de la bomba atómica contribuyó aportando otro polímero alto de utilidad, en la forma de un pariente singular del polietileno. En la separación del uranio 235 del uranio natural, los físicos nucleares tenían que combinar el uranio con el flúor en el compuesto gaseoso hexafloruro de uranio. El flúor es la más activa de todas las sustancias y ataca casi cualquier cosa. Intentando hallar lubricantes y sustancias para cerrar sus recipientes, al objeto de que fueran inatacables por el flúor, los físicos recurrieron a los «fluorocarbonos», sustancias en las que el carbono se hallaba combinado con el flúor (que remplaza al hidrógeno).

Hasta entonces, los fluorocarbonos habían sido sólo curiosidades de laboratorio. La primera y más simple de este tipo de moléculas, el «tetrafluoruro de carbono» (CF
₄
), había sido obtenida en forma pura en 1926. La química de estas sustancias fue estudiada intensamente. Entre los fluorocarbonos estudiados se hallaba el «tetrafluoruro etileno» (CF
₂
=
CF
₂
), que había sido sintetizado por vez primera en 1933 y que es, como se puede ver, etileno con sus 4 «hidrógenos» remplazados por 4 átomos de flúor. Alguien debió pensar que el tetrafluoruro etileno podía polimerizarse como el etileno. Después de la guerra, los químicos de la «Du Pond» produjeron un polímero de cadena larga cuya estructura, CF
₂
CF
₂
CF
₂
…, era tan monótona como la del polietileno, CH
₂
CH
₂
CH
₂
… Su nombre comercial es «Teflón» (el radical «tefl» proviene de una abreviatura de la palabra «tetrafluoro»).

El «Teflón» es similar al polietileno. Los enlaces de carbono-flúor son más fuertes que los de carbono e hidrógeno y ofrecen menos oportunidad de interferencia del medio ambiente. El «Teflón» es insoluble en todo, no se moja con nada, es un aislante eléctrico extremadamente bueno y mucho más resistente al calor que incluso el nuevo y mejorado polietileno. La aplicación conocida del «Teflón», por lo que se refiere a los usos que de él puede hacer el ama de casa, es un revestimiento de las sartenes, que permite que los alimentos sean fritos sin grasa, ya que la grasa no se pega al polímero de fluorocarbonado que la repele.

Un compuesto interesante que no es exactamente un fluorocarbono es el «Freón» (CF
₂
Cl
₂
), introducido en 1932 como refrigerante. Es más caro que el amoníaco o el dióxido de azufre utilizados en los congeladores a gran escala, pero, por otra parte, el «Freón» es inodoro, atóxico e ininflamable, de tal modo que cualquier fuga accidental representa un peligro mínimo. Gracias al «Freón», los acondicionadores de aire en las habitaciones se han convertido en algo muy característico de la escena norteamericana desde la Segunda Guerra Mundial.

Por supuesto, las propiedades plásticas no pertenecen sólo al mundo orgánico. Una de las más antiguas de todas las sustancias plásticas es el vidrio. Las grandes moléculas del vidrio son esencialmente cadenas de átomos de sílice y oxígeno; es decir, –Si–O–Si–O–Si–O–Si–, y así indefinidamente. Cada átomo de sílice en la cadena tiene dos enlaces no ocupados, a los que pueden añadirse otros grupos. El átomo de sílice, de forma similar al átomo de carbono, tiene 4 enlaces de valencia. Sin embargo, el enlace sílice-sílice es más débil que el enlace carbono-carbono, de tal modo que sólo se forman cadenas cortas de sílice, y aquéllas (en los compuestos llamados «silanos») son inestables.

Sin embargo, el enlace sílice-oxígeno es muy fuerte y en tales cadenas aún son más estables que aquéllas del carbono. En realidad, puesto que la corteza de la Tierra es la mitad oxígeno y una cuarta parte de sílice, la base sólida sobre la que nos hallamos puede considerarse esencialmente como una cadena de sílice-oxígeno.

Aunque la belleza y utilidad del vidrio (un tipo de arena que se ha hecho transparente) son infinitas, posee la gran desventaja de romperse, y, en el proceso de rotura, produce fragmentos duros y cortantes, que pueden ser peligrosos e incluso mortales. Un parabrisas de automóvil, por efecto de un golpe, puede convertirse en una granada de metralla.

No obstante, el vidrio puede ser preparado como una lámina doble entre las que se coloca una delgada capa de un polímero transparente, que se endurece y actúa como un adhesivo. Éste es el «vidrio de seguridad», pues, cuando es roto, e incluso se lo intenta pulverizar, cada pieza es mantenida firmemente en su lugar por el polímero. Ninguno vuela en misiones mortales. Originalmente, ya en el año 1905, se utilizó el colodión como adhesivo, pero luego ha sido remplazado en su mayor parte por polímeros constituidos por moléculas pequeñas, tales como el cloruro de vinilo. (El cloruro de vinilo es similar al etileno, salvo por el hecho de que los átomos del hidrógeno están remplazados por un átomo de cloro.) La «resina vinícola» no es decolorada por la luz, de tal modo que puede confiarse que el vidrio de seguridad no adquirirá un tinte amarillento con el transcurso del tiempo.

Luego existen los plásticos transparentes que pueden remplazar completamente al vidrio, al menos en algunas aplicaciones. Hacia 1935, «Du Pont» polimerizó una pequeña molécula llamada metil metacrilato y moldeó el polímero resultante (un «plástico poliacrílico») en láminas claras y transparentes. Los nombres comerciales de estos productos son «Plexiglás» y «Lucita». Tal «vidrio orgánico» es más ligero que el vidrio ordinario, más fácilmente moldeado, menos quebradizo y, simplemente, al romperse se agrieta en vez de saltar en astillas. Durante la Segunda Guerra Mundial, las láminas plásticas transparentes modeladas adquirieron una importante aplicación como ventanas y cúpulas transparentes en los aviones, donde tiene particular importancia la transparencia y el que no sean quebradizas. Pero los plásticos poliacrílicos tienen sus desventajas. Son afectados por los disolventes orgánicos, se ablandan más fácilmente por el calor que el vidrio y se rayan con facilidad. Los plásticos poliacrílicos utilizados en las ventanas de los automóviles, por ejemplo, se rayarían rápidamente bajo el impacto de las partículas de polvo y se volverían peligrosamente nebulosos. En consecuencia, con mucha probabilidad el vidrio no podrá ser totalmente remplazado. En realidad, actualmente se está desarrollando una nueva versatilidad. Las fibras de vidrio han sido tejidas en materiales textiles que tienen todas la flexibilidad de las fibras orgánicas, y la inestimable ventaja adicional de ser totalmente incombustibles.

Además de los sustitutivos del vidrio, existe lo que puede llamarse un compromiso de vidrio. Como he dicho, cada átomo de sílice en una cadena de sílice-oxígeno tiene dos enlaces disponibles para unirse a otros átomos. En el vidrio aquellos otros átomos son átomos de oxígeno, pero no precisan serlo. ¿Qué ocurriría si se unieran grupos que contienen carbono en vez de oxígeno? Se tendría entonces una cadena inorgánica con cadenas laterales orgánicas. Así, pues, puede decirse que se trata de un compromiso entre un material orgánico y otro inorgánico. Ya en el año 1908, el químico Inglés Frederic Stanley Kipping formó tales compuestos, y ahora se los conoce como «siliconas».

Durante la Segunda Guerra Mundial, las «resinas de silicona» de larga cadena adquirieron gran importancia. Tales siliconas son esencialmente más resistentes al calor que los polímeros orgánicos por completo. Al variar la longitud de la cadena y la naturaleza de las cadenas laterales, puede obtenerse una serie de propiedades deseables no poseídas por el propio vidrio. Por ejemplo, algunas siliconas son líquidas a la temperatura ambiente y cambian muy poco en su viscosidad en un amplio campo de valores de temperatura. (Es decir, no se licuan con el calor o aumentan de viscosidad con el frío.) Ésta es una propiedad particularmente útil para el fluido hidráulico, el tipo de fluido usado, por ejemplo, para bajar el tren de aterrizaje de los aviones. Otras siliconas forman sustancias de cierre blandas, como si fueran de masilla, que no se endurecen o rompen a las bajas temperaturas de la estratosfera y repelen el agua. Existen otras siliconas que sirven para lubricantes resistentes a los ácidos, etc.

Las fibras sintéticas suponen un capítulo particularmente interesante en la historia de la síntesis orgánica. Las primeras fibras artificiales (al igual que los primeros plásticos) fueron elaboradas a partir de la celulosa. Naturalmente, los químicos empezaron a partir del nitrato de celulosa, ya que se disponía de él en cantidades razonables, disolvió el nitrato de celulosa en una mezcla de alcohol y éter, e hizo pasar la densa solución resultante a través de pequeños orificios. Cuando la solución se dispersó, el alcohol y el éter se evaporaron, dando lugar a que el nitrato de celulosa adquiriera la forma de finos filamentos de colodión. (Ésta es, esencialmente, la forma en que las arañas y gusanos de seda forman sus hilos. A través de finos orificios expulsan un líquido que se convierte en una fibra sólida al exponerse al aire.) Las fibras de nitrato de celulosa eran demasiado inflamables para ser utilizadas, pero los grupos nitrato podían eliminarse mediante un tratamiento químico apropiado, y el resultado fue un hilo de celulosa lustroso que se asemejaba a la seda.

Por supuesto, el método de Chardonnet era caro, dado que primero debían introducirse grupos nitrato para luego ser eliminados, sin tomar en consideración el peligroso interludio mientras se hallaban en su lugar y el hecho que la mezcla de alcohol-éter utilizada como disolvente también era peligrosamente inflamable. En 1892 se descubrieron métodos para disolver la propia celulosa. El químico inglés Charles Frederick Cross, por ejemplo, la disolvió en disulfuro de carbono y formó un filamento a partir de la solución viscosa resultante (llamada «viscosa»). El problema en este caso consistía en que el disulfuro de carbono es inflamable, tóxico y de mal olor. En 1903, se inició el empleo de un método competitivo que empleaba ácido acético como parte del disolvente, y daba lugar a una sustancia llamada acetato de celulosa.

Estas fibras artificiales fueron en principio denominadas «seda artificial», pero posteriormente recibieron el nombre de «rayón», debido a que por su brillo reflejaban los rayos de la luz.

Las dos principales variedades de rayón se distinguen usualmente como «rayón viscosa» y el «rayón acetato».

La viscosa puede ser impulsada a través de una hendidura para formar una lámina delgada, flexible, impermeable al agua y transparente («celofán»), proceso este inventado por el químico francés Jacques-Edwin Brandenberger en 1908. Algunos polímeros sintéticos también pueden ser inducidos a pasar a través de una hendidura con el mismo fin. Las resinas vinílicas, por ejemplo, dan lugar a un material de revestimiento llamado «Saran».

En el año 1930 nació la primera fibra completamente sintética.

Permítaseme empezar diciendo algo acerca de la seda. La seda es un producto animal elaborado por ciertos gusanos que son exigentes en cuanto se refiere a sus necesidades de comida y cuidados. La fibra debe ser tediosamente desovillada a partir de sus capullos. Por estos motivos, la seda es cara y no puede ser producida en masa. Fue producida por vez primera en China hace mas de 2000 años, y el secreto de su preparación fue celosamente guardado por los chinos, de tal modo que pudieron crear un lucrativo monopolio para la exportación.