Breve historia de la química (23 page)

El celuloide, aunque no explosivo, era todavía demasiado combustible y encerraba un peligro constante de incendio. Eastman empezó a experimentar con materiales menos inflamables y halló que cuando a la celulosa, en lugar de los grupos nitro, se añadían grupos de acetato, el producto era todavía plástico pero no excesivamente inflamable. En 1924 se introdujo la película de acetato de celulosa, en un momento en que la pujante industria del cine necesitaba un material que redujese el riesgo de incendio.

Pero los químicos tampoco se conformaban con las moléculas gigantes que ya existían en la naturaleza. El químico belga-americano Leo Hendrik Baekeland (1863-1944) estaba investigando a la sazón un sucedáneo de la goma laca. Para este propósito buscaba una solación de una sustancia gomosa, semejante al alquitrán, que resultase de la adición de pequeñas unidades moleculares para formar una molécula gigante. La pequeña molécula es un
monómero
(«una parte»), y el producto final un
polímero
(«muchas partes»).

Hay que decir que la forma en que se unen los monómeros para formar moléculas gigantes no es ningún misterio. Para tomar un ejemplo sencillo, consideremos dos moléculas de etileno (C
₂
H
₄
). Las fórmulas estructurales son:

Si imaginamos que un átomo de hidrógeno se traslada de una a otra y que un doble enlace se convierte en enlace sencillo, de manera que pueda usarse un nuevo enlace para unir las dos moléculas, obtendremos una sustancia de cuatro carbonos:

Tal molécula de cuatro carbonos tiene todavía un doble enlace. Por tanto puede volver a combinarse con otra molécula de etileno, por medio del desplazamiento de un átomo de hidrógeno y la apertura de un doble enlace para formar una molécula de seis carbonos con un doble enlace. El mismo proceso conducirá a continuación a una molécula de ocho carbonos, después a una molécula de diez carbonos, y así hasta una molécula casi tan larga como se desee
^[25]
.

Baekeland empezó con fenol y formaldehído como unidades del monómero y produjo un polímero para el que no pudo encontrar disolvente alguno. Se le ocurrió entonces que un polímero tan duro y resistente a los disolventes podía ser útil por esas mismas razones. Podía moldearse a medida que se formaba y solidificar en la forma de un no conductor de electricidad, duro, resistente al agua y resistente a los disolventes, pero fácilmente mecanizable. En 1909 anunció la existencia de lo que él llamó
bakelita
, el primero y todavía, en cierto modo, uno de los más útiles entre plásticos totalmente sintéticos.

Las fibras totalmente sintéticas también iban a ocupar su puesto en el mundo. El pionero en este campo fue el químico americano Wallace Hume Carothers (1896-1937). En unión del químico belga-americano Julius Arthur Nieuwland (1878-1936) había investigado los polímeros relacionados con el caucho, y que tenían algunas de las propiedades elásticas de éste
^[26]
. El resultado, en el año 1932, fue el
neopreno
, uno de los «cauchos sintéticos» o, como se llaman ahora,
elastómeros.

Carothers siguió trabajando con otros polímeros. Dejando que polimerizasen las moléculas de ciertas diaminas y ácidos dicarboxílicos, produjo fibras formadas por largas moléculas que contenían combinaciones de átomos similares a los enlaces peptídicos (véase pág. 183) en la proteína de la seda. Estas fibras sintéticas, una vez estiradas, constituyen lo que ahora llamamos
nylon.
Introducido en el mercado poco antes de la prematura muerte de Carothers, estalló luego la Segunda Guerra Mundial, y no fue hasta después del conflicto cuando el nylon reemplazó a la seda en casi todos sus usos, especialmente en lencería.

Al principio, los polímeros sintéticos se obtenían por procesos de ensayo y error, pues se sabía poco sobre la estructura de las moléculas gigantes o los detalles de las reacciones necesarias. Un pionero en los estudios de la estructura de polímeros, que acabó con gran parte de la incertidumbre, fue el químico alemán Hermann Staudinger (1881-1965). Gracias a sus trabajos llegaron a comprenderse algunas de las deficiencias de los polímeros sintéticos. Una de ellas provenía de la posibilidad de que los monómeros se uniesen entre sí al azar, de manera que los grupos atómicos contenidos en ellos quedasen orientados en diferentes direcciones a lo largo de la cadena. Esta disposición al azar tendía a debilitar el producto final, al no permitir a las cadenas moleculares empaquetarse correctamente. Las cadenas podían incluso ramificarse, lo cual empeoraba aún más las cosas.

El químico alemán Karl Ziegler (1898-1973) descubrió en 1953 que utilizando cierta resina (un polímero vegetal natural) podía unir a ella átomos de aluminio, titanio o litio como catalizadores. Estos catalizadores permitían conseguir una combinación de monómeros más ordenada, eliminando las ramificaciones.

Gracias a un trabajo similar llevado a cabo por el químico italiano Giulio Natta (1903-79), se logró disponerlas agrupaciones atómicas de forma ordenada a lo largo de la cadena polímera. En suma, el arte de la polimerización llegó a tal perfección, que los plásticos, películas y fibras podían producirse prácticamente por encargo, cumpliendo propiedades especificadas de antemano.

Una importante fuente de sustancias orgánicas básicas necesarias para producir los nuevos productos sintéticos en las inmensas cantidades requeridas era
el petróleo.
Este fluido era ya conocido en la antigüedad, pero su empleo en grandes cantidades tuvo que esperar al desarrollo de técnicas de extracción para acceder a las grandes reservas subterráneas. Edwin Laurentine Drake (1819-80), un inventor americano, fue el primero en perforar en busca de petróleo, en 1859. En el siglo transcurrido desde Drake, el petróleo, como todo el mundo sabe, se ha convertido en el elemento principal de nuestra sociedad: la fuente más importante de sustancias orgánicas, de calor para uso doméstico y de potencia para artefactos móviles, desde aeroplanos y automóviles hasta motocicletas y cortadoras de césped.

El carbón, aunque solemos olvidarlo en esta era del motor de combustión interna, es una fuente aún más abundante de sustancias orgánicas. El químico ruso Vladimir Nikolaevich Ipatieff (1867-1952), en las postrimerías del pasado siglo y comienzos del actual, empezó a investigar las reacciones de los hidrocarburos complejos en el petróleo y en el alquitrán de hulla a elevadas temperaturas. El químico alemán Friedrich Karl Rudolf Bergius (1884-1949) utilizó los hallazgos de Ipatieff para idear en 1912 métodos prácticos para el tratamiento del carbón y de los aceites pesados con hidrógeno, con vistas a fabricar gasolina.

Pero las existencias mundiales totales de
combustibles fósiles
(carbón y petróleo) es limitada y, en muchos aspectos, irremplazable. Según los estudios llevados a cabo hasta el presente, el agotamiento total de las reservas se prevé para un día que se estima no demasiado lejano. Aunque el siglo xx se halla a cubierto de este riesgo, hay razones para suponer que ello afectará al próximo siglo sobre todo a la vista de la rápida expansión de la especie humana y el consiguiente incremento de la demanda.

La nueva metalurgia

Si el siglo xix, sobre todo su segunda mitad, parece fundamentalmente la era de la química orgánica, la química inorgánica estaba lejos de haberse detenido.

Ya mencionamos la fotografía (véase pág. 189) como una importante aplicación de la química inorgánica en el siglo xix, pero en lo que se refiere a su importancia para la economía o el bienestar de la sociedad debe considerarse, desde luego, como una contribución secundaria. Otra de estas pequeñas contribuciones, que normalmente se pasan por alto, pero que poseen no obstante su importancia, fue un avance en la técnica de hacer fuego. A lo largo de la historia, la humanidad había encendido fuego friccionando objetos como la madera, que tenía que calentarse a altas temperaturas para poder arder, o haciendo saltar chispas que duraban sólo un instante, lo que se lograba con pedernal y hierro. Pero con el tiempo el hombre empezó a experimentar con productos químicos que ardían a bajas temperaturas, lo que podía conseguirse con una ligera fricción. En 1827, el inventor inglés John Walker(1781-1859) ideó la primera cerilla de fósforo práctica. Aunque después de un siglo y medio ha experimentado muchas mejoras, el principio sigue siendo el mismo.

La fotografía y la cerilla de fósforo son sólo dos ejemplos de entre los numerosos avances prácticos conseguidos en química inorgánica, que merecerían algo más que una simple mención en una historia extensa y detallada, pero en este breve trabajo no hay más remedio que centrarnos en los temas más amplios. El progreso más espectacular en la química aplicada del siglo xix se operó en los metales, entre los cuales el acero era, y continúa siendo, el más importante para nuestra economía. El petróleo es el alimento y combustible de nuestra sociedad, pero el acero, en sus distintas formas, constituye su esqueleto.

Aunque, como hemos visto, el trabajo del acero era corriente hace ya trescientos años, hasta mediados del siglo xix no se ideó una técnica para producirlo económicamente y en las inmensas cantidades necesarias para cubrir las necesidades de la sociedad moderna. El nombre que sobresale aquí es el de Henry Bessemer (1813-1898).

Bessemer, un metalúrgico inglés, estaba intentando diseñar un proyectil de artillería que girase sobre su eje durante el vuelo y se desplazase según una trayectoria predecible con exactitud. Para ello necesitaba un cañón estriado, es decir, con surcos espirales tallados en el ánima del cañón desde el portillo hasta la boca. El cañón tenía que estar hecho de acero especialmente fuerte, que soportase las altas presiones necesarias para forzar el proyectil contra las muescas espirales, imprimiéndole así una rapidísima rotación. Los cañones ordinarios no estriados, como los que se usaban entonces, podían construirse con un material más débil, y por otro lado el acero resultaba bastante caro. Así, pues, a menos que se inventase alguna solución, el cañón estriado de Bessemer no era demasiado práctico.

El hierro, tal como se producía, era
hierro fundido
, rico en carbono (procedente del coque o del carbón mineral utilizados para fundir la mena). El hierro fundido era muy duro, pero quebradizo. El carbono podía eliminarse, con esfuerzo, para formar
hierro dulce
, que era resistente, pero algo blando. Luego se volvía a introducir la cantidad de carbono necesaria para formar acero, que era tan resistente como duro.

Bessemer buscaba un método de obtener hierro con la cantidad exacta de carbono para formar acero, sin pasar por la costosa etapa de hierro dulce. Para eliminar el exceso de carbono en el hierro fundido, hizo pasar una corriente de aire a través del metal líquido. Este aire no enfriaba y solidificaba el metal, sino que, por el contrario, el calor de combinación del carbono con el oxígeno aumentaba la temperatura. Interrumpiendo la corriente de aire en el momento preciso, Bessemer logró obtener acero (véase fig. 19).

En 1856 dio a conocer su
alto horno.
Al principio, los intentos de repetir su trabajo fracasaron, debido a que su método requería el uso de una mena libre de fósforo. Comprendido esto, las cosas fueron como la seda, el acero se abarató, y la Edad del Hierro (véase pág. 16) dio finalmente paso a la Edad del Acero. (Posteriormente se introdujeron técnicas superiores a la de Bessemer en el proceso de producción del acero.) La dureza y tenacidad del acero ha posibilitado la construcción de los modernos rascacielos y puentes colgantes; fue el acero el que permitió acorazar barcos de guerra y proporcionó monstruosas piezas de artillería, y es acero sobre lo que corren los trenes.

Pero la fabricación de aceros no se detuvo en la combinación de carbono y hierro. El metalúrgico inglés Robert Abbot Hadfield (1858-1940) estudió las propiedades del acero a medida que le iba añadiendo metales en diferentes cantidades. La adición de manganeso parecía volver quebradizo el acero, pero Hadfield añadió más cantidad de la que habían probado hasta entonces los metalúrgicos. A partir del momento en que el acero tenía un 12 por 100 de manganeso perdía ese carácter quebradizo. Calentándolo a 1.000° C y templándolo en agua a continuación se volvía mucho más duro que el acero ordinario. Hadfield patentó su acero al manganeso en 1882, momento que marca el comienzo del triunfo del
acero de aleación.