La Segunda Guerra Mundial estaba a punto de estallar. El Gobierno de los Estados Unidos, temiendo que las tremendas energías de los núcleos atómicos pudiesen ser desencadenadas por los nazis, lanzó un programa de investigación para obtener dicha reacción en cadena y colocar el arma en sus propias manos.
Las dificultades eran muchas. Había que hacer chocar con el uranio tantos neutrones como fuese posible, antes de que abandonasen el uranio totalmente. Por esta razón el uranio tenía que encontrarse en cantidades bastante grandes (el tamaño necesario es la
masa crítica)
, con el fin de dar la oportunidad necesaria a los neutrones. Sin embargo, cuando empezó la investigación se disponía de muy poco uranio, ya que la sustancia apenas tenía aplicaciones antes de 1940.
A continuación había que retardar neutrones a fin de aumentar la probabilidad que fuesen absorbidos por el uranio. Esto significaba el empleo de un
moderador
, una sustancia con átomos ligeros ante la cual los neutrones rebotarían. Dicho moderador podía consistir en bloques de grafito o agua pesada.
Para mayor dificultad, no todos los átomos de uranio experimentaban una fisión al absorber un neutrón, sino sólo el isótopo bastante raro uranio-235 (véase pág. 242), lo cual obligó a idear métodos para aislar y concentrar el uranio-235. Era una labor sin precedentes, ya que nunca hasta entonces se había llevado a cabo la separación de isótopos a gran escala. Un método con éxito era el que hacía uso del hexafluoruro de uranio, que requería un enorme avance en el manejo de los compuestos de flúor. El plutonio, elemento creado por el hombre, se comprobó que también era fisionable, y tras su descubrimiento en 1941 (véase pág. 254) hubo que esforzarse en producirlo en grandes cantidades.
Fermi, que había abandonado Italia en 1938 y había marchado a los Estados Unidos, fue encargado de esta tarea. El 2 de diciembre de 1942, una pila
atómica
de uranio, óxido de uranio y grafito alcanzó el tamaño «crítico». La reacción en cadena se mantenía, produciendo energía a través de la fisión de uranio.
Hacia 1945 se fabricaron ciertos dispositivos en los que al explotar una pequeña carga de explosivo se juntan dos trozos de uranio. Cada trozo por separado se hallaba por debajo de la masa crítica, pero juntas la superaban. A causa del bombardeo con rayos cósmicos, la atmósfera contiene siempre neutrones perdidos, de modo que en la masa crítica de uranio se origina instantáneamente una reacción nuclear en cadena, que explota con furia hasta entonces inimaginable.
En julio de 1945 se hizo explotar en Alamogordo, Nuevo Méjico, la primera «bomba atómica» o «bomba-A» (más exactamenente denominada una
bomba de fisión).
Un mes después se fabricaron e hicieron explotar dos bombas más sobre Hiroshima y Nagasaki, en Japón, al final de la Segunda Guerra Mundial.
Sin embargo, la fisión del uranio no se utiliza exclusivamente para destruir. Cuando la producción de energía se logra mantener constante y a un nivel seguro, la fisión puede utilizarse con fines constructivos. Las pilas atómicas, rebautizadas más exactamente como
reactores nucleares
, han proliferado durante los años 50 y 60. Se utilizan para propulsar submarinos y barcos de superficie, y también para producir energía, en forma de electricidad, con fines civilizados.
Aparte de la fisión de átomos pesados también puede obtenerse energía de la unión de dos núcleos atómicos ligeros en uno algo más pesado
(fusión nuclear).
En particular, se pueden obtener energías colosales si se fusionan núcleos de hidrógeno y de helio.
Con el fin de provocar la unión de los átomos de hidrógeno, superando la protección que supone el electrón que rodea al núcleo, deben administrarse energías altísimas. Tales energías se alcanzan en el centro del sol y de las demás estrellas. La radiación solar (que llega a la Tierra en cantidades que no han disminuido a lo largo de miles de millones de años) es la energía producida por la fusión nuclear de millones de toneladas de hidrógeno en cada segundo.
En los años 50, la energía necesaria podía conseguirse también haciendo explotar una bomba de fisión, y se idearon métodos para utilizar esta bomba como detonante de una variedad de bomba nuclear todavía mayor y más destructiva. El resultado fue lo que se conoce indistintamente con el nombre de «bomba de hidrógeno», «bomba H», «ingenio termonuclear», o más exactamente
bomba de fusión.
Se han construido y hecho explotar bombas de fusión que tienen miles de veces el potencial destructivo de las primeras bombas de fisión que destruyeron dos ciudades en el Japón. Una sola bomba de fusión podría destruir completamente la ciudad más grande, y si todas las bombas de fusión existentes en la actualidad se hiciesen explotar sobre diversas ciudades, es posible que se extinguiera la vida por la explosión y el fuego directos y por la radiactividad dispersada
(lluvia radiactiva).
Pero incluso la bomba de fusión puede tener aplicaciones ajenas a todo tipo de destrucción. Entre los trabajos experimentales más importantes que se están realizando en la actualidad, se encuentra el intento de producir temperaturas extremadamente altas, de miles de millones de grados, en forma controlada (y no en el centro de una bomba de fisión en explosión), y de mantener dichas temperaturas lo bastante como para activar una reacción de fusión.
Si se consigue luego que dicha reacción de fusión se desarrolle a una velocidad controlada, pueden obtenerse cantidades fantásticas de energía. El combustible sería el deuterio, o hidrógeno pesado, que se encuentra en cantidades tremendas en los océanos, cantidades suficientes para durarnos millones de años.
Hasta ahora, la especie humana jamás se había tenido que enfrentar con la posibilidad de una extinción total con una guerra de bombas de fusión, como tampoco había tenido ocasión de confiar en una prosperidad sin precedentes al dominar esa misma bomba de fusión.
Cualquiera de estos destinos podría resultar de una sola rama del avance científico.
Estamos adquiriendo conocimiento; la ciencia nos lo proporciona.
A partir de ahora precisamos también cordura.
Capítulo 1
[1]
Las artes químicas también se desarrollaron en India y China. Sin embargo, la línea del progreso intelectual en química arranca de Egipto, por lo cual voy a limitar mi exposición a esta línea.
[2]
«Elemento» es un vocablo latino de origen incierto. Los griegos no lo utilizaron, pero es tan importante en la química moderna que no hay manera de evitar su empleo, incluso al referirse a Grecia.
[3]
Resulta fácil sonreír ante estas incipientes teorías, pero en realidad las ideas legadas por Grecia eran bastante profundas. Probemos a sustituir los términos «aire», «agua», «tierra» y «fuego» por los muy similares de «gas», «líquido» «sólido» y «energía». Los gases pueden volverse líquidos al enfriarse, y sólidos si el enfriamiento continúa. La situación es muy semejante a la imaginada por Anaxímenes. Y la idea que Heráclito tenía sobre el fuego resulta muy parecida a la que ahora se tiene sobre la energía; agente y consecuencia de las reacciones químicas.
Capítulo 2
[4]
Es interesante que la única traducción en lengua inglesa del trabajo de Agrícola, publicada en 1912, se deba al que después sería Presidente de los Estados Unidos Herbert Hoover —ingeniero de minas de profesión—, y a su esposa. Una magnífica edición con ilustraciones tomadas del original ha sido realizada por Dover Publ.
Capítulo 3
[5]
Es preciso señalar, sin embargo, que el cambio estudiado por Boyle no era un cambio químico. El aire, tanto si se comprime como si se expande, continúa siendo aire. Tal cambio en volumen es un
cambio físico.
El estudio de los cambios físicos de los compuestos químicos concierne a la
química física.
Ésta no tuvo existencia real hasta dos siglos después de la época de Boyle (véase capítulo 9), pero él puso los cimientos.
Capítulo 4
[6]
A principios del siglo xx se halló que esta ley era incompleta, pero la corrección que se hizo necesaria a causa del creciente refinamiento de la ciencia de este siglo es muy pequeña, y puede despreciarse en las reacciones que ordinariamente tienen lugar en los laboratorios.
[7]
En esto demostró estar en lo cierto.
[8]
El químico ruso Miljail Vasilievich Lomonosov (1711-65) se adelantó en casi veinte años a las teorías de Lavoisier, al rechazar en 1756 la teoría del flogisto y sugerir que los objetos se combinan al arder con una parte del aire. Por desgracia publicaba en ruso, y los químicos de Europa Occidental, incluido Lavoisier, no tuvieron noticia de su trabajo. Lomonosov también tenía puntos de vista sorprendentemente modernos sobre los átomos y el calor, que estaban cincuenta o cien años por delante de su tiempo. Fue un hombre muy notable que sufrió la mala suerte de haber nacido en Europa Oriental en un momento en que el avance científico estaba concentrado en Occidente.
Capítulo 5
[9]
Es cierto que algunas sustancias pueden variar, dentro de ciertos límites, en su constitución fundamental. Son casos especiales. Los compuestos sencillos que atrajeron la atención de los químicos de 1800 se atenían firmemente a la ley de las proporciones definidas.
[10]
Un siglo después de Dalton esta opinión hubo de ser modificada. Un átomo podía, después de todo, transformarse en otros (véase pág. 249). Los métodos usados para lograrlo, sin embargo, eran tales que ningún alquimista los imaginó jamás, ni podría haberlos llevado nunca a cabo.
Capítulo 6
[11]
En realidad sólo fue una derrota inicial del vitalismo, que mantuvo su influencia en otras partes de la química. Pese a su lento debilitamiento a lo largo del siglo xix, el vitalismo no ha muerto completamente ni siquiera hoy día. Para una descripción más completa de las diversas etapas de la caída del vitalismo, ver mi libro
A Short History of
Biology.
[12]
El químico no ha reproducido los productos más complicados de los tejidos vivos ni siquiera hoy día. Sin embargo se acepta generalmente que, en principio, la obtención de la molécula más compleja sólo necesita tiempo y esfuerzo (en algunos casos una cantidad ciertamente prohibitiva de tiempo y de esfuerzo).
[13]
Liebig fue uno de los grandes maestros de química de todos los tiempos. Enseñó en la universidad de Giessen, donde estableció el primer curso real de laboratorio químico. Numerosas químicos estudiaron y aprendieron con él técnicas de laboratorio. Liebig fue uno de los que influyeron para que la química, de marcado predominio francés en el siglo xviii, se convirtiese casi en un monopolio alemán en el xix.
[14]
«Algunas propiedades» no significa, desde luego, todas las propiedades. El cloruro sódico es esencial para la vida, el bromuro sódico es levemente tóxico y el cianuro sódico es un veneno virulento de acción inmediata.
Capítulo 7
[15]
En el verdadero compuesto organametálico, el átomo de metal está firmemente unido a un átomo de carbono. Los compuestos como el acetato de cinc (un tipo de sustancia conocido antes de la época de Frankland) son sales de ácidos orgánicos. En dichas sales el átomo de metal está unido a un átomo de oxígeno, y éstos no se consideran auténticos compuestos organometálicos.
[16]
No obstante, la presencia de tres dobles enlaces en el benceno creaba un problema, ya que los compuestos con dobles enlaces sufrían normalmente determinados tipos de reacciones que el benceno no solía sufrir. Pasaron casi tres cuartos de siglo antes de que encontrase explicación al rompecabezas de los dobles enlaces que no actúan como dobles enlaces.
[17]
La teoría de las tensiones de Baeyer se aplica a los anillos con átomos en un solo plano. No es necesario que los átomos estén en un solo plano, y pueden formarse (y de hecho se forman) toda clase de anillos impares en los que no existe esta restricción.
Capítulo 8
[18]
El instinto de Mendeleiev a este respecto le guió correctamente, aunque la razón de ello no se supo hasta cerca de medio siglo después. (Véanse págs. 227-28.)
Capítulo 9
[19]
Sin embargo, un ejemplo de una adición importante fue la introducida por el químico americano Gilbert Newton Lewis (1875-1946). En 1923, en un libro clásico de termodinámica, introdujo el concepto de
actividad.
La actividad de una sustancia no es idéntica a su concentración, pero está relacionada con ella. Las ecuaciones de la termodinámica química pueden hacerse más precisas y «extenderse sobre un dominio más amplio si se sustituye la actividad por la concentración.
[20]
El avance del conocimiento en el campo de la
bioquímica
(esto es, las reacciones químicas, ordinariamente controladas por enzimas, que ocurren en los tejidos vivos) es tratado solamente de pasada en este libro. Se discute con más detalle en mi libro
A Short History of Biology.
[21]
Las pruebas en favor de la existencia de los átomos (aproximadamente 1/100.000.000 centímetros de diámetro) e incluso de partículas más pequeñas, han continuado acumulándose en cantidad abrumadora desde el tiempo de Perrin. Algunas de estas pruebas se detallan en los últimos tres capítulos de este libro. Como culminación de la historia que empezó con Demócrito (véase pág. 22), el físico germano-americano Erwin Wilhelm Mueller (1911-77) inventó el
microscopio de emisión de campo.
A mediados de la década de los cincuenta se tomaron con ayuda de él fotografías, hoy clásicas, que hicieron realmente visible la ordenación de los átomos individuales en el extremo de una aguja metálica.
[22]
El concepto de
cero absoluto
, la temperatura más baja posible, fue propuesto por Thompson (Lord Kelvin) en 1848. En reconocimiento a esta propuesta, la escala de temperaturas absolutas (basada en la idea de Kelvin) se simboliza como °K. En 1905, Nernst demostró que la entropía era igual a cero en el cero absoluto (el
tercer principio de la termodinámica).
A partir de esto, puede deducirse que es posible acercarse a la temperatura del cero absoluto tanto como se quiera, pero nunca puede alcanzarse en la práctica.