Recién cumplidos los 85 años, prosigo con la tarea de transmitir conocimientos, como cuando era docente. Seguiré escribiendo divulgación científica, me lean o no, con más moral que el Alcoyano F.C. que iba perdiendo 5-0 y pedía prórroga.

En un apartado de mi anterior artículo titulado ‘2022. Avances y retrocesos’, recordaba cómo James Lovelock, armado con un cromatógrafo de gases con detector de captura de electrones inventado por él, se fue a la Antártida a detectar clorofluorcarburos (CFC) y óxidos de nitrógeno en la atmósfera.

El premio Nobel de Química de 1995 lo compartieron el holandés Paul Crutzen, el mexicano Mario Molina y el estadounidense Sherwood Rowland «por su trabajo en química atmosférica, especialmente en lo que concierne a la formación y descomposición del ozono». En 1970, Crutzen demostró que los óxidos de nitrógeno aceleraban la destrucción del ozono estratosférico que protege a la Tierra de los rayos ultravioleta del Sol, ya que es la única molécula atmosférica que absorbe UV. Su trabajo, no aceptado inmediatamente, inspiró a Medina y Rowland, quienes en 1974 publicaron en la revista Nature que los clorofluorcarburos (CFC) se descomponen en la estratosfera por efecto de la radiación solar liberando cloro y monóxido de cloro, que son capaces de destruir un gran número de moléculas de ozono. Los CFC son inertes en la troposfera (de cero a diez kilómetros de altitud) pero no en la estratosfera (de diez a cincuenta kilómetros de altitud) donde el ozono se encuentra en una concentración de diez partes por millón.

En 1995, la capa de ozono protectora se había adelgazado entre un 50 y un 70% en la Antártida y entre un 5 y un 10% en el resto, cuando ya hacía ocho años que se había prohibido la producción industrial de CFC. Se esperaba que la capa de ozono se regenerase en unos setenta y cinco años.

Los polímeros, las macromoléculas, un tema amplísimo que abarca plásticos, cauchos, fibras, adhesivos, revestimientos…

El primer plástico obtenido fue el celuloide, un derivado de la celulosa (nitrocelulosa) ablandado con aceites y alcanfor, susceptible de transformarse en una sustancia viscosa por el calor, por lo que se le clasifica como termoplástico. Después, Baekeland obtuvo la baquelita, un producto termoestable, polimerizando fenol con formaldehído. A estos siguieron una enorme cantidad de compuestos obtenidos a partir de las materias primas procedentes no solo de la celulosa, de la caseína de la leche o de la lignina de la madera, sino sobre todo de los productos de la destilación del carbón y del petróleo.

La fabricación a partir de los polímeros de láminas, objetos, espumas y materiales en general resultó interesante tanto económicamente como por su baja densidad y resistencia a la corrosión, por lo que desplazaron en muchas aplicaciones a los metales, a la madera y al vidrio; así, con PVC (cloruro de polivinilo) se hicieron cañerías, pavimentos con las resinas epoxi, discos compactos con el policarbonato, ventanas resistentes al impacto con el polimetilmetacrilato. Se hicieron fibras sintéticas imitando a la seda, al algodón y a la lana, tales como el nilón (nailon o nylon -New York London-, policaprolactama), el rayón (celulosa regenerada) y el acrilán (poliacrilonitrilo), y otras con propiedades especiales, como la lycra (poliuretano) para ropa deportiva, el terylene para ropas que no se planchan, el modacrilic par ropas resistentes al fuego o el keblar para chalecos antibalas. También se hicieron sustitutos del caucho natural (el poliisopreno sangrado del árbol Hevea) con o sin vulcanización, tales como el estireno-butadieno, el neopreno (policloropreno), el tiokol (polisulfuro) o la silicona (polisiloxano). Y más y más. Por ejemplo…

El premio Nobel de Química de año 2000 lo recibieron el japonés Hideki Shirakawa y los estadounidenses Alan G. Diarmid y Alan J. Heeger por el descubrimiento de los plásticos conductores de la electricidad. El primero de estos interesantes compuestos fue sintetizado en el laboratorio de Shirakawa cuando un becario añadió por error mil veces más cantidad de catalizador de la debida en la preparación del poliacetileno: en lugar de un polvo negro obtuvo un film plateado. Una chiripa (eso que ahora llaman serendipia por la inútil traducción del inglés serendipity). Las investigaciones posteriores de los tres premiados se centraron en probar otros contaminantes del polímero, así, sometiéndolo a la acción de vapores de yodo consiguieron aumentar la conductividad diez millones de veces, esto es, haciéndolo tan buen conductor como algunos metales. Las aplicaciones actuales de los polímeros conductores son muchas: pantallas de ordenador que amortiguan las radiaciones, películas fotográficas sin electricidad estática, ventanas que filtran la radiación solar, células solares, diodos emisores de luz (LED), pantallas de los teléfonos móviles y mini televisores y, en expectativa, la posibilidad de producir componentes electrónicos formados por moléculas orgánicas individuales fáciles de sintetizar que pueden reducir el tamaño de los ordenadores y aumentar la velocidad de transmisión de la información.

Este artículo ha estado durmiendo durante años. Como en el artículo sobre resinas epoxi, está basado en la experiencia del autor y, principalmente, en las contribuciones de Paul E. Cranley y Richard A. Hickner en el libro Reaction Polymers editado por Gum, Riese y Ulrich, que mantiene su vigencia pese a su veteranía. El autor cree que el artículo puede servir a los químicos noveles en su documentación y trabajo.

Reacciones químicas del uretano

Los isocianatos reaccionan con los compuestos que tienen hidrógenos activos preferentemente de carácter básico tales como aminas alifáticas, aminas aromáticas, hidroxilos primarios, hidroxilos secundarios, agua y uretano. Estos compuestos están colocados en orden decreciente de la velocidad de reacción. Así, las aminas alifáticas y aromáticas reaccionan más rápidamente con los isocianatos, incluso a 0ºC, y las alifáticas lo hacen a tal velocidad que es necesario tomar precauciones. Los alcoholes y el agua reaccionan a 25 – 50ºC sin catalizador, pero los protones de la urea y del uretano reaccionan lentamente aun con exceso de isocianato para formar biuret y alofanato empleando temperaturas más elevadas. Pero, en todos los casos, la catálisis aumenta la velocidad y altera el orden de la reactividad de los compuestos antedichos.

Las reacciones entre un isocianato y un alcohol para dar uretano, alofanato e isocianurato son las siguientes:

En general, es preferible controlar la reacción para que solo se produzca el primer paso, lo que da lugar a un polímero lineal. Esto se consigue manteniendo la temperatura baja y no usando catalizador, y/o también, aumentando la funcionalidad del poliol o del isocianato para controlar la ramificación y los enlaces cruzados.

La reacción entre el isocianato y el agua da amina y , posteriormente, urea y biuret:

Los catalizadores son bases y sales de metales de transición, especialmente las sales de estaño, el octanoato de estaño y el dilaurato de dibutilestaño.

Adhesivos y sellantes de poliuretano

Por su naturaleza de elastómero, los adhesivos de poliuretano se emplean para sustratos flexibles como la goma o el plástico. Muchos de ellos se hacen con prepolímeros fabricados por reacción de un exceso de diisocianato con un poliol, por ejemplo, en la proporción 2:1 de NCO : OH para minimizar la cantidad de diisocianato monómero, como en la reacción que se expone entre el MDI y un diol:

Los prepolímeros resultantes se emplean en los adhesivos de curado en humedad. Los isocianatos empleados son el MDI, metilen difenil diisocianato, para prepolímeros de mayor resistencia, y el TDI, toluen diisocianato, preferido por su baja viscosidad para fabricar prepolímeros de adhesión a sustratos flexibles. De los polioles se destacan los polieter poliol, que se obtienen por polimerización de óxidos de etileno, propileno y butileno y se emplean en adhesivos de dos componentes y curado rápido, y los poliester poliol obtenidos con ácido adípico y glicoles; éstos son mejores que los anteriores por tener mayor resiliencia y mejor resistencia al calor.

A los adhesivos y selladores suelen adicionarse ‘fillers’ tales como carbonato de calcio, talco, sílice o arcilla, que mejoran la reología, las propiedades físicas y abaratan el costo. También se emplean pigmentos corrientes y plastificantes (esteres, fosfatos, aceites aromáticos…) y se utilizan imprimadores para acondicionar las superficies a tratar. Los adhesivos de un componente requieren normalmente tiempos largos de curado total, por lo que a veces se requieren sistemas de dos componentes que, en general, constan de un prepolímero de bajo peso molecular y la proporción equivalente de un poliol o poliamina.

Revestimientos de poliuretano

Los revestimientos de poliuretano están fabricados con compuestos que contienen grupos uretano, -NH-COO- , o urea, -NHCONH-, son fuertes y resistentes a la abrasión y a los ataques químicos y son duraderos incluso en exteriores. Se fabrican en sistemas de un componente (1K, que consta de varios reactivos) y de dos componentes separados, 2 K, que se mezclan en la aplicación.

Los isocianatos conque se obtienen los polímeros son: el antedicho TDI (2,4 y 2,6 toluen diisocianato) que por su alta volatilidad se emplea en sus trímeros biuret o isocianurato o se hace un aducto con trimetilolpropano o se sustituye por HDI (hexametilen diisocianato); el MDI (metilen difenil 4,4 diisocianato) del que se obtienen derivados líquidos; el IPDI (isoforona diisocianato), de carácter alifático; y otros.

Los polioles empleados en los revestimientos de uretano incluyen poliéteres, poliesteres y polioles acrílicos. Los poliéteres poliol se derivan mayoritariamente de polioles basados en el óxido de propileno. Los poliesteres poliol se obtienen a partir de ácidos dibásicos como el adípico y el isoftálico y glicoles como el etilenglicol, propilenglicol y butanodiol; para conseguir una mayor ramificación se emplean trioles como el glicerol y el trimetilolpropano. Los polioles acrílicos están basados en la copolimerización de hidroxialquil metacrilatos o acrilatos con otros monómeros acrílicos y los polímeros uretanos fabricados con ellos presentan una excelente durabilidad en las aplicaciones en ambientes exteriores.

La normativa ASTM clasifica los materiales desarrollados con políuretanos en seis tipos diferentes: I.- Materiales del tipo alquídico en los que los diácidos aromáticos se sustituyen por TDI. II.- Sistemas de curado por humedad basados en isocianatos aromáticos o alifáticos. III.- Materiales con temperatura de curado que varía según el agente bloqueante y el compuesto con hidrógeno activo desde temperatura ambiente hasta 190ºC. IV y V.- Sistemas de dos componentes que consisten en prepolímeros de isocianato en combinación con agua o polioles. Algunas formulaciones se emplean en revestimientos de automóviles y aviones. Para conseguir un tiempo de mezcla aumentado se utilizan polioles cubiertos con éteres, y para obtener una velocidad de curado adecuada se emplean compuestos como las oxazolinas, que se hidrolizan a alcanolaminas , sustancias que reaccionan con los prepolímeros de isocianato para formar el polímero urea – uretano. VI.- Consiste en poliuretanos termoplásticos de alto peso molecular disueltos en un disolvente adecuado. Los poliuretanos están constituidos por MDI y poliesteres o mezclas de poliesteres con politetrametilenglicoles. El curado se hace por evaporación del disolvente. Una variante ecológica consiste en preparar emulsiones catiónicas o aniónicas del poliuretano.

Lo expuesto en este breve artículo es solo una iniciación a lo investigado y realizado en adhesivos y revestimientos de poliuretano. Además, ni se menciona lo más importante de estos plásticos: la tecnología de las espumas flexibles y rígidas, los elastómeros, las fibras y las películas que se fabrican con poliuretanos. Un tema grande, pero solo una parte del enorme mundo de los plásticos.

Este es el resumen anual que suelo escribir. Después seguiré intentando conseguir una modesta divulgación de las ciencias.

Imperios

Donald Trump ya está aquí. Es el presidente electo de EEUU tras sus procesos penales olvidados, insurrección incluida. Está por encima de la ley con la inmunidad vitalicia concedida por un Tribunal Supremo en el que goza de mayoría absoluta merced a los tres jueces nombrados por él mismo. A su divisa ultranacionalista ‘America First’ (no hay más países en América que el ‘suyo’) añade deseos de expansión: anexionar el canal de Panamá y comprar (o arrebatar) Groenlandia a Dinamarca, dos lugares de gran importancia estratégica; también quiere que Canadá se convierta en un nuevo Estado de los EEUU. Y Trump no viene solo: Elon Musk, el hombre más rico del mundo, aportó 260 millones de dólares a la campaña electoral y se encargará de adelgazar la administración (se supone que sustituyendo personal mediante IA generativa). Musk es propietario de la red social X (antes Twitter, a la que adelgazó convenientemente cuando la compró), con la que puede influir en la opinión y en el voto de las gentes. Le apoyan Bezos y Zuckerberg, los siguientes en el ‘ranking’ de los ricos. Musk, también propietario de ‘SpaceX’, pretende colonizar Marte: si Trump aspira a ser emperador, ¿sueña Musk con el imperio galáctico?

Vladimir Putin, 25 años ejerciendo de zar ruso, no ha comenzado bien su sueño imperial de regenerar la URSS. Fracasó en su intento de anexionarse Ucrania en una guerra relámpago y, después, se retiró de Siria para proseguir la invasión de Ucrania, lo que supuso la caída del régimen de Al Asad; además, pidió la incorporación de soldados norcoreanos al dictador Kim Jong-un. Putin, enemigo de la OTAN, intentará desmembrar a la UE atrayendo a los pro rusos europeos y apoyándose en Trump, quien probablemente no siga subvencionando a la OTAN, y en Musk, quien defiende a unas ultraderechas europeas cada vez más fuertes, como en la misma Francia, la única nación de la UE con armamento nuclear.

Benjamin Netanyahu empuja a Israel a una guerra de expansión contra Palestina con genocidio en Gaza, a fin de vaciar de palestinos y ocupar el norte de la Franja. Algunos miembros de su Gobierno dijeron que deberían usar aquellas bombas atómicas que les donaron sus amigos de la ‘única América’ para acabar con el Estado palestino y, ¿por qué no?, con Irán, el enemigo. De momento, se conforman con invadir los territorios fronterizos de Líbano y Siria.

Ssssss, silencio, Xi Jinping, pasito a pasito, inversión y exportación, sin guerras, va aumentando el imperio económico chino por casi toda la Tierra. Para Xi, su pretendida anexión de Taiwán es un derecho, porque es China.

Los imperios que vienen tienen medios más que suficientes para construir IA generativa potente que influya sobre las opiniones y la conducta de las gentes ¿Sabremos defendernos?

Investigaciones científicas

Sobre el cerebro: Del Alzheimer dicen que una de cada tres personas desarrollará la enfermedad a los 85 años de edad. Se sabe que el amiloide beta, responsable de la formación de placas entre neuronas y la proteína tau, formadora de ovillos, llevan al deterioro cerebral. No hay tratamiento ni cura, solamente puede ralentizarse en fases tempranas. En otros temas, el neurocientífico David Eagleman afirma que el cerebro es capaz de aprender cualquier cosa del entorno y que es la experiencia la que modifica el cerebro. Con respecto a los modelos extensos del lenguaje (LLM, large lenguage models como el Chat-GPT) dice que encuentran vínculos para responder a preguntas correctas, pero que no son capaces de hacer experimentos como los investigadores ni escribir como los escritores porque piensan en palabras y no en niveles sucesivos.

En la radioterapia de tumores malignos se han empezado a aplicar los aceleradores de protones, la protonterapia, más precisa que los fotones de los rayos X, por lo que daña menos a los tejidos sanos y puede emplearse para tumores colocados en sitios difíciles. El aparato es muy grande y muy caro. Otra terapia investigada contra el cáncer son las vacunas, que deben ser personalizadas ya que un mismo cáncer es distinto en pacientes diferentes. Como las células cancerosas están protegidas por células inmunosupresoras, se necesita que las vacunas posean antígenos adecuados que activen el sistema inmune. La elaboración de una vacuna por paciente supone un proceso costoso y, además, se duda sobre su eficacia en el tiempo. Más esperanzas despierta el Car-T, tratamiento con linfocitos modificados genéticamente que se está empleando para tumores incurables, como el de páncreas y el glioblastoma cerebral.

La vida máxima observada hasta el presente es de 122 años (no se contemplan los años bíblicos de Matusalén y otros), pero la esperanza media de vida es de unos 80 años en los países desarrollados, un aumento muy notable debido a la higiene, las vacunas y los medicamentos. Ahora se pretende detener el deterioro de las células con la epigenética, esto es, revistiéndolas con grupos químicos como el metilo. También se ha empleado un anticuerpo, una proteína, para bloquear la interleuquina 11, supuesta responsable del envejecimiento; dicen que aumenta la esperanza de vida ¡en ratones! En un sentido más amplio, está en marcha la elaboración del Atlas de las Células Humanas, que pretende englobarlas todas. Se estudia qué genes están activos en cada tipo de célula, qué proteínas producen y cómo actúan estas y se comparan las células sanas del Atlas con células enfermas para descubrir las causas de las enfermedades e investigar sobre medicamentos.

En 1996 se produjo la clonación de la famosa oveja Dolly introduciendo el núcleo con ADN de una célula adulta en un óvulo vaciado. En 2005 ya se habían clonado ratones, cabras, cerdos, conejos y perros. (¡Hay una empresa española que dice clonar perros, gatos y caballos!). Una gata clonada nació con un pelaje distinto al de la gata donante: se había elegido por azar una célula con el gen del naranja inactivo; y es que, aunque todas las células tienen el mismo ADN, las de órganos distintos están especializadas en tareas diferentes y utilizan genes diversos. Además, el número de embriones fallidos es muy alta. Por supuesto, la clonación humana está prohibida por consenso mundial, pero cada vez los intentos están más próximos: en el año 2018 se clonaron dos monas de 109 embriones y hay un macaco de tres años que fue clonado empleando 113 embriones.

¡En 2024 se ha sobrepasado por vez primera el umbral crítico de los 1,5ºC de aumento de la temperatura global con respecto a la de la era preindustrial! El calentamiento de las aguas del Mediterráneo favoreció la gran Dana que asoló pueblos valencianos y mató a más de doscientas personas. Los periodos prolongados de sequía, con vegetales más combustibles y bosques menos húmedos favorecieron tremendos incendios ¿Sumamos la polución a este panorama? ¿La invasión de pellets en las costas gallegas, los microplásticos que nos rodean o los del mar que, ingeridos por el zooplancton, pueden entrar en las cadenas de alimentación? Etcétera. Menos mal que en Marte se ha descubierto la existencia de enormes depósitos de hielo bajo la superficie de tal magnitud que, si se derritieran, inundarían todo el planeta. Y algunos depósitos están en lugares donde es más fácil ‘amartizar’. ¡Qué contento estará Musk: podremos abandonar la Tierra!

Premios Nobel 2024

El premio Nobel de Física 2024 fue para John Hopfield (Chicago, 1933) y Geoffrey Hinton (Londres, 1947) «por sus descubrimientos e invenciones fundamentales para el aprendizaje automático con redes neuronales artificiales». En la red neuronal artificial (algoritmos) las neuronas se representan por nodos de valores diferentes que se influencian a través de sinapsis que pueden ser más o menos fuertes o débiles. Hopfield empleó el espín de los átomos para hacer conexiones de energía mínima entre nodos, creando una memoria asociativa para guardar y reconstruir imágenes. Hinton (llamado el padrino de la IA) utilizó la física estadística para las conexiones, inventando un método para encontrar propiedades en los datos e identificar elementos en imágenes. Las redes han servido para desarrollar nuevos materiales con propiedades requeridas.

La mitad del premio Nobel de Química fue para David Baker (Seattle, 1962) por «el diseño de proteínas por computación» y la otra mitad para Demis Hassabis (Londres, 1976) y John Jumper (Arkansas, 1985), ambos por «la predicción de las estructuras de las proteínas a partir de su secuencia de aminoácidos». Baker, preparando bloques constituidos por algunos de los 20 aminoácidos esenciales, diseñó nuevas proteínas que tuvieran uso en medicamentos, vacunas, nano materiales y microsensores. Hassabis y Jumper, que trabajan en DeepMind con el modelo Alpha Fold 2, estudiaron la estructura de 200 millones de proteínas para averiguar qué enzimas descomponen los plásticos y para entender por qué se produce la resistencia a los antibióticos.

El premio Nobel de Fisiología o Medicina fue para Victor Ambros (New Hampshire, 1953) y Gary Ruvkun (Berkeley, 1952) por «el descubrimiento del micro ARN y su papel en la regulación post transcripcional de los genes». Sabemos que la información para la producción de proteínas en las células pasa del ADN al ARN mensajero y que cada tipo de célula (nerviosa o muscular, por ejemplo) expresa un único conjunto de proteínas. Esta especialización la consiguen los factores de transcripción. Los premiados, trabajando con el pequeñísimo gusano C. Elegans, descubrieron el papel de un micro ARN en la transcripción. Después se identificaron miles.

El premio Nobel de la Paz se lo concedieron a la organización Nihon Hidankyo de los Hibakusha supervivientes de las bombas lanzadas por EEUU sobre las ciudades de Hiroshima y Nagasaki por «sus esfuerzos para conseguir un mundo libre de armas nucleares y por demostrar a través de sus testimonios que las armas nucleares no deben ser empleadas nunca más».

El premio Nobel de Literatura fue para la surcoreana Han Kang por «su intensa prosa poética que confronta los traumas históricos y expone la fragilidad de la vida humana».

El premio Nobel de Economía fue para Daron Acemoglu, Simon Johnson, ambos del MIT, y James A. Robinson, de la Universidad de Chicago, que nos han ayudado a entender las diferencias en la prosperidad de las naciones.

Et vale. Hasta el año que viene si la Naturaleza quiere.

Ante la problemática económica, social y política que suscitan las centrales nucleares, los científicos y técnicos estudian y prueban cómo domesticar la bomba de hidrógeno, cómo reproducir la energía de las estrellas, cómo aprovechar la fusión nuclear. Ellos saben que la reacción termonuclear de fusión que requiere menor temperatura de ignición (¡solo unos cientos de millones de grados!) es la que tiene lugar entre dos núcleos ligeros: los dos isótopos del hidrógeno, el deuterio y el tritio, que, además, es la reacción con mayor ganancia energética. (Aunque también se estudian otras parejas). A tales enormes temperaturas, los átomos se encuentran en el estado de plasma, es decir, los núcleos están libres y con una gran energía cinética que les permite penetrar a través de la barrera de repulsión eléctrica del vecino y fusionarse con él, dando lugar a núcleos de helio 4, desprendiendo neutrones y una grandísima cantidad de energía.

Pero, ¿dónde y cómo lograr semejantes condiciones de reacción? Los países europeos han apostado por el Tokamak, un descomunal aparato toroidal en el que se confina el plasma mediante un campo magnético que lo somete a una presión que debe compensar la expansión del plasma para que este no toque las paredes y se enfríe. La altísima temperatura debe alcanzarse suministrando muchos megavatios de potencia ¿Y de dónde se obtienen el deuterio y el tritio? El hidrógeno 2 es relativamente abundante en el agua (dicen que con el deuterio que hay en una piscina olímpica se abastecería de energía eléctrica a una población de 100.000 habitantes durante una año) y el hidrógeno 3 se produce por la captura neutrónica del litio que se coloca rodeando al plasma. Aunque se pretende conseguir el confinamiento del plasma durante al menos un segundo, esto resulta difícil porque el sistema se desestabiliza.

Los estadounidenses están experimentando el confinamiento inercial de las mezclas de deuterio y tritio en microbolas, comprimiéndolas y calentándolas mediante ondas de choque de mil millones de atmósferas producidas por un conjunto de hasta doce láseres. El reactor es similar a los de fisión.

Estos son los procedimientos actuales para imitar la energía de las estrellas. Tienen la ventaja sobre la fisión nuclear de que los materiales son abundantes, solo precisan una pequeña masa crítica y producen muchas menos cenizas radiactivas. Además, la cantidad de energía desprendida en las reacciones de fusión es unas treinta veces mayor que en las de fisión (un gramo de deuterio daría tanta energía como 9.500 gramos de gasolina). Por estas razones, la fusión nuclear es considerada la energía del futuro, limpia e inagotable, pero muchos maliciosos dicen que es la energía del futuro… y siempre lo será (aunque sigue habiendo avances e invirtiéndose mucho dinero).

En medio de esta situación, con una energía de fisión controvertida y una energía de fusión casi inalcanzable, aparecen dos investigadores, el británico Martin Fleischmann y el estadounidense Stanley Pons, anunciando que consiguen la fusión nuclear en el laboratorio, a temperatura ambiente y con un aparato que puede construir un estudiante de enseñanza media ¡La fusión fría ha llegado! En 1989 informan, en una nota preliminar publicada en la prestigiosa revista Journal of Electroanalytical Chemistry, que han conseguido la fusión de núcleos de deuterio a temperatura ordinaria en una célula con agua pesada como electrolito y paladio como electrodo negativo (ambos materiales de producción industrial). El metal paladio absorbe, como una esponja, hasta un 5% de moléculas de hidrógeno o de deuterio, con lo que la presión de estos gases en el interior del metal puede llegar a ser ¡de cuatrillones de atmósferas! Una presión tan enorme haría que los núcleos de deuterio venciesen la repulsión electrostática y se fusionaran. Fleischmann y Pons informan en su artículo que observaron la producción de un gran cantidad de calor en el electrodo de paladio y midieron el desprendimiento de neutrones y rayos gamma con un modestísimo resultado.

La noticia estalla. En muchos laboratorios de todo el mundo se intentan reproducir los resultados y se llevan a cabo experimentos ligeramente diferentes. El australiano John Bockris, maestro de la electroquímica y director de la tesis doctoral de Fleischmann, también reproduce el experimento. Manifiesta que hay fusión fría, que es un descubrimiento, pero que la probabilidad de que resulte ser una fuente de energía es baja. Dice que se forman dendritas (arborescencias) en el paladio y, en ellas, la presión es tan grande que favorece la fusión; pero que las dendritas se caen y no hay reproductibilidad. La declaración de Bockris de que es un descubrimiento lo contradicen S.E.Jones y su equipo, y anuncian en un comunicado titulado ‘Observación de la fusión fría en la materia condensada’ que este fenómeno tiene lugar espontáneamente, por ejemplo, en el agua de mar, en el agua volcánica o en Júpiter, pero que no se auto sostiene, que es posible que absorba más energía de la que desprende.

Y eso es todo, amigos.

Los laboratorios del Proyecto Manhattan logran enriquecer el uranio natural en el isótopo ligero, U235, y obtener plutonio 239 a partir de la transmutación en pilas atómicas del uranio 238. El Pu239 presenta las mismas propiedades que el U235 para la fisión, pero con la ventaja de que emite más neutrones secundarios: 2,9 de media.

Para conseguir una reacción en cadena, el material fisionable, sea uranio o plutonio, debe tener un ‘tamaño crítico’ o ‘masa crítica’, ya que cada neutrón secundario tiene que recorrer una cierta distancia antes de impactar con un núcleo sin escaparse del material. A fin de obtener una reacción explosiva, es decir, para fabricar una bomba atómica de una manera primaria, se puede proyectar un trozo de uranio o de plutonio contra otro análogo con gran energía, por ejemplo mediante una explosión de trinitrotolueno (TNT): si la suma de los dos trozos supera la masa crítica se producirá la reacción de fisión nuclear. Un modo más sofisticado de construir una bomba atómica consiste en comprimir una cantidad subcrítica de material fisionable para que los núcleos se aproximen, lo que se consigue rodeando el material con explosivos que detonen simultáneamente.

Los científicos del Proyecto Manhattan, en su mayoría alemanes huidos del poder nazi, están próximos a crear el infierno. El laboratorio dirigido por Oppenheimer en Los Álamos logra reducir los productos fisionables U235 y Pu239 a metales puros y darles una forma adecuada. Un kilogramo de uranio ligero, cuando se fisiona completamente, libera una energía equivalente a 17.000 toneladas (17 kilotones) del potente explosivo TNT, alcanzándose una temperatura de millones de grados. La bola de fuego puede arrasar una ciudad, destrozando edificios en varios kilómetros. Además, la radiación se deposita en el humo y en el polvo, extendiéndose posteriormente.

El 16 de julio de 1945 se probó la primera bomba atómica en Álamogordo. El 6 de agosto, ‘Little Boy’, una bomba de uranio de 20 kilotones, explosionó a 600 metros de altura sobre la ciudad japonesa de Hiroshima, matando e hiriendo a la mitad de una población de más de trescientos mil habitantes y destruyendo las dos terceras partes de los edificios. Dos días después, ‘Fat Man’, una bomba de plutonio, arrasaba la ciudad de Nagasaki y Japón firmaba el 14 de agosto la rendición incondicional. La opinión internacional casi unánime fue que las bombas no eran necesarias para el fin de la guerra, ya que todas las fuerzas aliadas estaban libres de Alemania y Rusia hacía retroceder a los japoneses en Manchuria; pero los estadounidenses no querían la participación rusa y pretendían rentabilizar (¿con la mayor masacre de la historia!) el coste del Proyecto Manhattan.

En 1951 explosionó en las islas Marshall la más potente bomba conocida: la bomba termonuclear, la bomba de hidrógeno, la bomba H. En ella, deuterio y tritio, isótopos del hidrógeno con un protón y dos o tres neutrones en el núcleo respectivamente, se funden para dar helio, cuyo núcleo consta de dos protones y uno o dos neutrones. Como los núcleos de los isótopos de hidrógeno se repelen porque tienen carga eléctrica positiva, es necesaria una temperatura de millones de grados para que adquieran la velocidad necesaria para aproximarse hasta la distancia a la que puedan unirse mediante fuerzas atractivas de corto alcance. En el proceso de fusión se pierde un 0,63 % de masa, que se convierte en la gran cantidad de energía que resulta al multiplicarla por la velocidad de la luz al cuadrado. La detonación de la bomba H comienza con explosivos convencionales del tipo del TNT, que inician la explosión de una bomba atómica de fisión con la que se logran los millones de grados necesarios para producir la fusión. El proceso total tiene lugar en menos de un segundo y su poder destructor puede ser miles de veces mayor que el de las bombas atómicas. Además, las bombas termonucleares pueden ser lo suficientemente pequeñas como para ser lanzadas por misiles balísticos. ¡Dios nos libre!

La radiactividad natural fue descubierta en 1896 por Henri Becquerel, pero ni él mismo sabía que la llamada ‘radiación Becquerel’ procedía espontáneamente del núcleo atómico inestable del uranio. El matrimonio Joliot-Curie, en 1934, obtuvo artificialmente isótopos radiactivos bombardeando elementos químicos ordinarios con partículas alfa. Siguiendo esta línea de investigación, el italiano Enrico Fermi bombardeó uranio con neutrones procedentes del berilio radiactivo: si reducía la velocidad de los neutrones haciéndolos pasar a través de parafina obtenía una mezcla de elementos que no fue capaz de identificar por no saber suficiente química. Por este trabajo le dieron el premio Nobel en 1938 y, aprovechando el permiso concedido por Mussolini para que fuese a Suecia a recoger el premio, se escapó con toda su familia del régimen fascista. En 1939, Hanh, Lise Meitner y Strassmann analizaron los productos de la reacción de Fermi y encontraron que el núcleo de uranio se había dividido en la fisión nuclear. Ya en Nueva York, Fermi se encuentra con Niels Bohr, quien le sugiere la posibilidad de una reacción nuclear en cadena: cuando el núcleo del isótopo ligero del uranio es golpeado por un neutrón de velocidad reducida, vibra, se rompe y emite una media de 2,5 neutrones. Estos neutrones pueden fisionar núcleos contiguos, que expulsarían más neutrones y acabarían provocando una reacción en cadena. En la reacción se pierde algo de masa que al multiplicarla por la velocidad de la luz al cuadrado, de acuerdo con la famosa ecuación de Einstein, se transforma en una enorme cantidad de energía.

El presidente F.D.Roosevelt, alertado por una carta firmada por Einstein del peligro que encierra la capacidad de producción de energía de la reacción en cadena en manos del enemigo nazi, da luz verde al proyecto Manhatan.

Fermi construye una ‘pila atómica’ con bloques de grafito, cuyos átomos de carbono moderan la velocidad de los neutrones y el 2 de diciembre de 1942 consigue la primera reacción en cadena auto sostenida. El presidente estadounidense recibe el siguiente comunicado: «El italiano ha descubierto el nuevo mundo». Un descubrimiento de la física había abierto una puerta de gran trascendencia: la energía atómica controlada y la bomba atómica.

Cuando Enrico Fermi domesticó la bomba atómica, lo hizo mediante la construcción de un reactor de fisión, en el que la reacción en cadena ha de alcanzar un estado estacionario: el número de neutrones moderados que producen la fisión del uranio 235 debe ser igual al de neutrones gastados en el proceso. En un reactor de uranio enriquecido al 3-4% desaparece algo de masa y se desprende mucha energía: 30 gramos de U235 perdidos dan lugar a 600.000 kWh, que equivalen a la energía producida por la combustión de 100 toneladas de carbón o 7.500 litros de gasolina.

No obstante a la gran ventaja que representa la energía procedente de la fisión nuclear, la sociedad es consciente de los problemas de seguridad y de contaminación radiactiva que acarrea. Aunque el reactor no es una bomba atómica, ya que la reacción se frena al aumentar la temperatura, puede darse una explosión convencional que expulse el combustible y produzca una fuerte contaminación y, también, si el combustible se funde, produciría mucha radiactividad. Incluso sin accidentes, con el reactor en funcionamiento normal, se producen elementos radiactivos gaseosos (como kriptón y xenón que se envían a la atmósfera), líquidos y sólidos (que pasan a los refrigerantes). Además, después de la combustión, se generan residuos sólidos de baja, media y alta radiactividad. Una central nuclear deja residuos radiactivos con algunos isótopos de vida larga (como estroncio 90, cesio 137 y plutonio 239), residuos que hay que mantener bajo vigilancia durante generaciones.

Según la Organización Mundial de la Salud existe una relación lineal entre las dosis de radiación recibidas por las personas y el cáncer, las mutaciones y las aberraciones cromosómicas; pero la irradiación media de la población, tanto de la próxima a una central nuclear como la mundial, es menor que las irradiaciones medias que provienen de fuentes naturales o de prácticas médicas. Además, los efectos de la radiación sobre la salud son más conocidos que los de otras fuentes de energía.

Por otra parte, las centrales nucleares emiten menos gases de efecto invernadero que las centrales de combustibles fósiles y, salvo Chernóbil, los accidentes ocurridos han producido más pérdidas de capacidad productiva y reacciones emotivas que daño físico. No obstante, aún quedan muchos interrogantes: ¿Son las centrales nucleares excesivamente caras para su corta duración y su problemático desmantelamiento? ¿Serán objeto de sabotajes? ¿Desaparecerá plutonio y será empleado por terroristas en la fabricación de bombas?

Una reacción química es un proceso por el cual unas sustancias (reactivos) se convierten en otras diferentes (productos). La tendencia que tienen las sustancias a reaccionar se mide con el contenido en energía libre: los productos de la reacción deben tener menos energía libre que los reactivos. Esto se puede evaluar, pero ¿a qué velocidad se produce la reacción? Para que la reacción tenga lugar, las moléculas deben colisionar con una energía y una geometría adecuadas. Que dos moléculas se encuentren en estas condiciones en un punto del espacio es mil veces más probable que lo hagan tres. Así, una reacción puede transitar por caminos que pueden ser variados y complicados, transcurrir a través de mecanismos complejos que conviene elucidar para, en la práctica, conocer las condiciones más económicas para que la reacción se produzca.

La Electroquímica es una ciencia que está más allá del conocimiento de la química de las sustancias y de la física de los campos eléctricos. Tiene dos partes diferenciadas: la iónica y la electródica. El tratamiento iónico, relativo a los iones en disolución y a los sólidos iónicos fundidos, pertenece más bien a la química física de las disoluciones, pero se trata por tradición en la electroquímica. Estudia las interacciones entre los iones y entre estos y los dipolos del disolvente, la solvatación, las constantes dieléctricas, los coeficientes de actividad, el transporte de iones, la difusión, etcétera. La electródica tiene por objeto el estudio de los fenómenos que ocurren en las interfaces electrificadas. La interfaz (que otros llaman intercara) es la superficie bidimensional de contacto entre dos fases. No es la interfase, ya que esta es la región -con volumen- en la que se da una transición continua de las propiedades de una fase a otra. Casi todas las interfaces están electrificadas. La electródica estudia la transferencia de cargas eléctricas a través de las interfaces. Así se explican muchos fenómenos: la corrosión de los metales en presencia de humedad debida a la orientación de los dipolos de las moléculas del agua; la descarga de los iones positivos sobre un metal por el que circula una corriente eléctrica dando lugar a una reacción electroquímica; las reacciones que pueden originar corrientes eléctricas; las interacciones repulsivas que gobiernan el comportamiento de muchas interfaces en los sistemas biológicos, etcétera.

La importancia práctica de la electroquímica es de un interés extraordinario. Por ejemplo, quemando combustibles fósiles se genera calor, que se transforma en energía mecánica para producir electricidad, mientras que con una reacción electroquímica se obtiene directamente corriente eléctrica y no se produce dióxido de carbono. Hoy en día se construyen células de combustible que proporcionan megavatios de potencia y los vehículos espaciales se abastecen de energía mediante procesos electroquímicos. Además, las reacciones biológicas se explican por qué el transporte se realiza a través de la doble capa eléctrica y es así como funcionan las células de los seres vivos. La electroquímica también incide en la química de los sistemas coloidales (como la sangre), en la extracción, separación y purificación de metales, en la síntesis de polímeros (como el nylon), en el almacenamiento y transporte de energía (automóviles eléctricos), etcétera.

Al tiempo que los alquimistas se dedicaban a la metafísica y a la magia, se iban conociendo nuevas sustancias y se desarrollaba una tecnología basada en las transformaciones químicas. Así, los egipcios ya usaban el oro en la edad de piedra y los hindúes, después, emplearon oro, plata, cobre, plomo, estaño y hierro. Loas procesos metalúrgicos comenzaron con la tostación de los sulfuros, con la fabricación de aleaciones como el bronce, el latón y el peltre y con la obtención de acero de gran calidad como el que hacían en Damasco y se transmitió a Toledo. El trabajo con metales dio origen a una multitud de oficios: orífices, herreros, fabricantes de armas y de agujas, tuercas, cerraduras, astrolabios, etcétera. Los chinos utilizaban la pólvora para la exhibición de fuegos artificiales coloreados con sustancias químicas incandescentes, y fabricaban papel de gran calidad con fibras de lino. En la Edad Media se inició el soplado del vidrio, técnica que permitió la fabricación de vajillas, lentes convexas para gafas y mejorar la calidad de los alambiques, con los que consiguieron destilar, además de alcohol y aromas para perfumes, ácidos minerales fuertes como el nítrico y el sulfúrico. La industria textil de la lana, la seda y el lino llevaba aparejada la extracción y empleo de tintes vegetales y su fijación con mordientes como el alumbre o la sosa y, por supuesto, los tejidos se lavaban con jabón. Los constructores empleaban tejas y ladrillos, y la cerámica, las pinturas con sus pigmentos y colas y las tintas eran ampliamente utilizadas. Los sabios árabes, en su mayoría médicos en ejercicio, se sirvieron de los medicamentos egipcios, indios y griegos, tanto de origen vegetal (anís, sen, opio, daturas, etc.) como mineral (nafta, bórax, arsénico, etc.).

A todo este gran acervo de conocimientos empíricos y tecnológicos le faltaba algo primordial para ser Química: el método, el nexo que uniese los distintos saberes prácticos y los impulsase más rápidamente hacia nuevos logros. Faltaba conocer la estructura y composición de las sustancias para interpretar sus transformaciones. Para que se encargase de ello, la Humanidad creó a Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794) , quien descubrió, mediante experimentos cuidadosamente controlados, que los metales aumentaban de peso al calentarlos en presencia de aire debido a que se combinaban con un gas atmosférico al que llamó oxígeno. Y después de él, un aluvión: Henry Cavendish (1731-1810), el autista genial que apenas pronunció una palabra en su vida y caracterizó el hidrógeno; Humphry Davy (1778-1829), que obtuvo los metales ¡blandos! sodio y potasio y el cloro y el iodo por electrolisis; Louis Proust (1754-1826) que estableció la ley de las composiciones fijas de los compuestos químicos; John Dalton (1766-1844), quien atribuyó a cada elemento químico una clase específica de átomo con una masa atómica característica; Jöns Jacob Berzelius (1779-1848), que sustituyó los iconos de Dalton por las iniciales de los nombres de los elementos para designarlos; Joseph Louis Gay-Lussac (1778-1860), que escribió fórmulas de compuestos. Y así hasta llegar al gran orden: la tabla periódica de Dmitri Mendeléiev (1834-1907), en la que los elementos se agrupan por familias con parecidas propiedades químicas.

¿Qué es eso de la alquimia? En el trabajo alquímico hay dos vertientes: de una parte, el trasteo con sustancias naturales para conseguir su transformación en otras sustancias diferentes; y de otra parte, obtener la transmutación, lograr la piedra filosofal y con ella la riqueza, la eterna juventud e incluso la inmortalidad. Esta es la gran obra, esotérica y mística, que pone en relación al hombre con el cosmos.

Los primeros alquimistas de los que se tiene noticia fueron los chinos, los hindúes y los egipcios. Los chinos se dedicaron a la medicina de la inmortalidad, fabricando elixires como el llamado oro bebestible. Los hindúes, como tenían la inmortalidad en su religión, preparaban elixires para alargar la vida. Los griegos recibieron de los egipcios la idea de la piedra de los filósofos, que no era una piedra, sino un polvo de proyección con el que se pretendía orificar metales. Esta era la gran obra, que constaba de varias etapas caracterizadas por una secuencia de colores: en primer lugar parece ser que se procedía a la calcinación de una ‘sal o cuerpo’ con lo que se obtenía una mezcla de color negro (negrura, cosa siniestra, la bajada a los infiernos); después se sublimaba el mercurio para obtenerlo puro (alma blanqueada, resurrección); en tercer lugar el alma se mezclaba con el sol y la luna, con el hombre y la mujer (¿oro o azufre y plata o mercurio?) y se procedía a una larga cocción durante la cual, al principio, ‘la mujer se subía en el hombre’, después, ‘el cuerpo se integraba en el espíritu y lo ennegrecía’ y, finalmente, se producía la transmutación de las naturalezas, ‘el hombre se subía en la mujer’ y aparecía el enrojecimiento, la calidad del oro, aparecía «la piedra que no es piedra, cosa preciosa sin valor, con formas innumerables y sin forma, desconocida y de todos conocida».

Hasta el siglo XIX no se tuvo evidencia de la imposibilidad de la transmutación en oro. Después, diversos investigadores han realizado intentos para averiguar qué procedimiento podían seguir los alquimistas para convencer a la gente de que obtenían oro utilizando un metal cualquiera. En todo caso tendrían que partir de oro, por ejemplo, disimulado en forma de amalgama y mezclado quizá con plomo, cuyo óxido enmascara el espejo de la amalgama emigrando a la superficie y proporcionando el color negro. Si se calienta la mezcla, el mercurio se evapora, el óxido de plomo se separa hacia los extremos del crisol y aparece el oro amarillo. Puede ocurrir, al cabo de un mayor calentamiento, que el oro se oxide y dé colores primero rojo y luego púrpura ¿Es este el oro alquímico, el elixir de la inmortalidad?

La más pura tradición alquímica procede de los textos herméticos, correspondientes a la revelación del dios egipcio Thot, llamado por los griegos Hermes Trimegistos (tres veces grande). De Hermes, inventor de la escritura y de todas las artes de ella derivadas, proceden el hermetismo cultivado, que engloba la filosofía y la teología, y el hermetismo popular, que trata de la astrología y del ocultismo. La alquimia puede considerarse una parte de la astrología en tanto que relaciona el hombre con el cosmos y, además, por medio de la tecnología, con la tierra. Según algunos, el significado de la obra alquímica está expuesto en la Tabla Esmeralda, un texto de doce puntos dado a conocer por aquellos árabes cultivadores del hermetismo cuyo objetivo, coincidente con el de los gnósticos, era la deificación del hombre a través del conocimiento. El traductor de la Tabla, dicen, fue Jabir Ibn Hayyan, llamado Gerber y que pudo ser el nombre de toda una secta musulmana seguidora de Aristóteles y que, como él, creyó que una sustancia puede transformarse en otra cambiando sus propiedades primarias (aire, agua, fuego, tierra).

La mayoría de los sabios musulmanes eran médicos en ejercicio, como Al Razi (Rhades) e Ibn Sina (Avicena), que estudiaron los efectos de la higiene y la dieta, pero que también recurrieron a la astrología, a la botánica y a la alquimia. Sus enseñanzas pasaron a Europa de la mano de la escuela de traductores de Toledo. En España, en los siglos XIII y XIV, aparecieron unos cuantos falsos Geber, alquimistas que usaron el mítico nombre para añadir autoridad a unos trabajos que en realidad fueron meritorios, ya que lograron preparar los ácidos más fuertes hasta entonces conocidos: el nítrico y el sulfúrico. De aquella época es Arnau de Vilanova, un ¿leridano? médico y filósofo que sabía griego y árabe, que escribió ‘De confeccione vinorum’ y que, usando el alambique árabe, destiló alcohol de vino para utilizarlo en medicina; además, parece ser que escribió, con una ortografía casi incomprensible, el ‘Cuestionario de Ramón Llull’ donde se expone la transmutación en veintiocho pasos. Siguiendo el ejemplo de Arnau, ls alquimistas posteriores escribieron y atribuyeron al Doctor Iluminado, al beato Llull más de quinientos volúmenes sobre la ciencia hermética.

A pesar de la admonición de Leonardo da Vinci sobre la locura de preparar oro a partir de mercurio y azufre (En las minas de oro no hay ni mercurio ni azufre, no hay fuego ni otra fuente de calor, ¿por qué pierdes el tiempo en tu horno?), los alquimistas continuaron durante los siglos siguientes con sus intentos, a veces imitativos, a veces fraudulentos. Por ejemplo: aumentar el peso del oro con algo de mercurio, plata y cobre; preparar el polvo púrpura calentando una mezcla de seis sustancias de las cuales el azufre y el mercurio son innecesarios para obtener el producto que se consigue; teñir vidrios con disoluciones de oro a imitación del rubí; ‘transmutar’ hierro en cobre introduciendo una varilla de hierro en una disolución de una sal de cobre, con lo que éste se deposita sobre la varilla; etcétera.

El metalúrgico español del siglo XVII Álvaro Alonso Barba decía que la alquimia era un nombre odioso por la multitud de ignorantes que con sus embustes lo habían desacreditado, aunque él seguía creyendo que los metales se generaban continuamente a partir de la exhalación húmeda y untuosa y de la tierra viscosa y grasa. No solo el lepero Barba, también el matemático inglés John Dee, que hacía sesiones de magia, el belga Glauber, que sintetizó ácido clorhídrico a partir de sal común y ácido sulfúrico, obteniendo un residuo al que llamó ‘sal mirabilis’ (sulfato de sodio) por sus maravillosas propiedades, y el holandés van Helmont, descubridor del dióxido de carbono e inventor de la palabra gas, fueron creyentes y practicantes alquímicos, en contra de la opinión del canciller y filósofo inglés Francis Bacon, quien abogaba por otra alquimia operativa y práctica que producía mayores beneficios. Un siglo más tarde, en el XVIII, hasta el gran Isaac Newton seguía perdiendo el tiempo con los procesos alquímicos, e incluso después de aparecer Antoine Lavoisier, el verdadero padre de la química, el que con sus pesadas y medidas sentó las primeras bases de la teoría, a los rosacruces, modernos gnósticos, les parecía que la química era demasiado limitada en sus objetivos, ya que no estudiaba la relación entre el hombre y el cosmos.