ZSIGMONDY y SVEDBERG: la química de los coloides

 

Richard A. Zsigmondy (1865, Viena – 1929, Gotinga) recibió el premio Nobel de Química en 1925 “por su demostración de la naturaleza heterogénea de las disoluciones coloidales y por los métodos usados, que han llegado a ser fundamentales en la moderna química coloidal”.

Tras una vida infantil y adolescente dedicada a los deportes al aire libre, a los trabajos en su pequeño laboratorio casero y a las lecturas de química, Zsigmondy estudió análisis cuantitativo en Viena y química orgánica y electroquímica  en Munich con el profesor Wilhelm von Miller, su director de tesis en 1887. Después, fue asistente posdoctoral  de August Kundt en la Universidad de Berlín, famoso por determinar la velocidad del sonido con el tubo que lleva su nombre y por sus estudios, importantes para los trabajos futuros de Zsigmondy, sobre dispersiones en metales, líquidos y gases. Interesado en la química de los coloides de oro, cuya denominación había acuñado  el escocés Thomas Graham hacia 1860, trabajó para una vidriera de Jena empleando los colores rojo o púrpura del oro coloidal para tintar objetos de vidrio. También descubrió cómo preparar reproduciblemente hidrosoles de oro. Los coloides no se ven directamente, ya que su tamaño es inferior a la longitud de onda de la luz visible, y tampoco se veían con el microscopio ordinario. En 1902, Zsigmondy y Henry Siedentopf desarrollaron el ultramicroscopio, que captaba la luz dispersa que producían los coloides por efecto Tyndall, detectándolos como puntos de luz. Zsigmondy fue profesor del Instituto de Química Inorgánica de la Universidad de Gotinga desde 1907 hasta su jubilación en 1929.

En la lección dedicada a la aceptación del premio Nobel, Zsigmondy hizo varias citas digamos históricas: el oro potable de los alquimistas; el coloide inestable de dióxido de manganeso en disolución de ácido clorhídrico; los estudios de Berzelius con el oro púrpura para teñir vidrio fundido y con una disolución de sulfuro de arsénico de la que dijo que probablemente era una suspensión; las denominaciones de Graham de coloide (hidrosol o disolución coloidal) y cristaloide (hidrogel derivado del coloide). También habló de cómo obtuvo disoluciones de oro coloidal por reducción del cloruro de oro con formaldehido en una disolución débilmente alcalina, aunque después usó, al igual que Faraday, fósforo como reductor. El oro rojo preparado por ambos procedimientos, aseguró, eran perfectamente claros a la luz natural: parecían vino tinto; pero demostró que no eran disoluciones porque al hacer diálisis las partículas no traspasaban la membrana. Zsigmondy se preguntaba: ¿Eran suspensiones? ¿Qué tamaño tenían las partículas coloidales? ¿Tenían presión osmótica? Inventó el ultramicroscopio y vio las partículas. (Con este aparato es posible observar las partículas simplemente iluminando la preparación a estudiar en un ángulo perpendicular al ángulo de visión). Y fue capaz de determinar su tamaño contando las partículas presentes en un cierto volumen de disolución de oro coloidal conociendo su contenido en oro. Asimismo, demostró que las partículas tenían  carga eléctrica negativa, causa principal de la estabilidad del coloide; si se elimina la carga, por ejemplo añadiendo sal, tiene lugar una agregación inmediata y el sistema coagula. Con estos mimbres, M. von Smoluchowski tejió una teoría matemática completa de la coagulación. Además, Zsigmondy utilizó el fructífero concepto de micela, considerando la partícula coloidal con iones adheridos a su superficie y con los co-iones compensando exteriormente la carga de la partícula. Por supuesto, las partículas son más grandes que las moléculas, dice, son un agregado de estas. Zsigmondy también estudió la estructura de los geles, que son homogéneos pero con un gran número de huecos de millonésimas de milímetro que pueden llenarse con toda clase de líquidos; por ejemplo el gel de ácido silícico se emplea para la condensación de vapores de modo análogo al carbón absorbente. Definió la peptización como la transición de hidrogel a hidrosol bajo la influencia de los electrolitos.

Para una exposición detallada de todos estos temas, el profesor Zsigmondy remite a su libro ‘Coleidoquímica’. (El profesor E. Moles, de la Universidad de Madrid, tradujo al español la tercera edición alemana y lo editó Calpe en 1923. El que esto escribe tiene un ejemplar perfectamente conservado).

Theodor ‘The’ Svedberg, sueco, (1884, Flerang – 1971, Örebro) consiguió el premio Nobel de Química en 1926, un año después de Zsigmondy, “por su trabajo en sistemas dispersos”.

The Svedberg inició sus estudios en la Universidad de Upsala en 1904. Cuatro años más tarde presentó su tesis doctoral, en la que sus experimentos confirmaban las teorías de Einstein y Smoluchowski sobre el movimiento browniano: el movimiento al azar de las partículas pequeñas en un líquido se debe a las colisiones entre las partículas y las moléculas del medio. En 1912 alcanzó el puesto de profesor de Química Física en la misma Universidad de Upsala, donde estuvo durante toda su vida profesional, incluso donde fue nombrado profesor emérito en 1949. Distinguido como doctor ‘Honoris Causa’ por varias universidades y miembro de sociedades científicas internacionales, aún en la actualidad funciona en su Universidad el ‘The Svedberg Laboratory’, que dispone de un ciclotrón dedicado a la investigación de las radiaciones de protones y neutrones para usos medicinales.

En la lección que dictó tras la concesión del premio Nobel, Svedberg comenzó definiendo los sistemas coloidales como una transición entre las suspensiones gruesas y las disoluciones ordinarias, indicando que las leyes de los gases eran aplicables a estos sistemas dispersos. A continuación dijo que el ultramicroscopio de Zsigmondy tenía un doble limitación: por una parte, ni las proteínas, el caucho y otras grandes moléculas por su tamaño, ni los coloides liofílicos por dificultades ópticas eran susceptibles de estudio; por otra parte, no proporcionaba información sobre la distribución de los tamaños de las partículas. De acuerdo con la ley de Stokes, se sabía que por el análisis de sedimentación en el campo gravitatorio podía medirse la distribución de tamaños en los sistemas dispersos de grano grueso, pero no de los coloides. A fin de avanzar en el conocimiento de estos sistemas, Svedberg construyó en 1925 una ultracentrífuga. Encontró que para separar coloides de oro altamente dispersos necesitaba aplicar un campo de 28 800 g y que para determinar el tamaño de una proteína grande (160 nanometros) o de la hemoglobina (6,8 nm) necesitaba un campo un millón de veces mayor que la gravedad. (Los datos entre paréntesis no los suministraba el autor, los ha añadido el que esto escribe). Por ultracentrifugación en disoluciones muy diluidas, Svedberg consiguió medir el peso molecular de algunas proteínas.

Svedberg también trabajó en química nuclear, especialmente en la irradiación de materiales biológicos. Además, se dedicó al estudio del proceso de la fotografía en color y , durante la Segunda Guerra Mundial, a la fabricación de caucho sintético. Y con su alumno Arne Tiselius emprendió la puesta en marcha de la electroforesis.

 

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