Los gases nobles



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Líneas de luz


El descubrimiento por Cavendish de un gas noble no prevaleció, y como si esto no fuese ya bastante decepcionante (ahora que lo contemplamos desde una panorámica retrospectiva), un segundo descubrimiento tampoco tuvo aceptación setenta años después.

Este segundo descubrimiento era completamente distinto al de Cavendish. Afectaba más a la luz que a la electricidad, y no era en absoluto un asunto químico. Más bien podría ser considerado como parte de la historia de la Astronomía.

Este nuevo informe empieza realmente con el científico inglés Isaac Newton (1642-1727), quien, en 1665, descubrió que si un rayo de luz solar se hacía pasar a través de un trozo triangular de cristal (un «prisma») se esparcía en una franja de colores. Newton llamó a esta franja de colores spectrum, una palabra latina que se empleaba para denominar cualquier «aparición fantasmal», ya que los colores aparecían donde antes nada había sido visible y podían ser vistos, pero no sentidos, al igual que tantos espectros. (La misma sucesión de colores aparece en el arco iris; en realidad, el arco iris es un espectro que tiene lugar de manera natural formándose cuando la luz solar pasa a través de gotitas de agua que quedan suspendidas en el aire inmediatamente después de una lluvia).

Enseguida resultó evidente que este descubrimiento era de la mayor importancia en la investigación de la luz. No obstante, durante cerca de dos siglos, nadie sospechó que también sería de importancia crucial para la Química.

En 1814, el primer paso dado en esta dirección fue iniciado por un óptico alemán, Joseph von Fraunhofer (1787-1826). Se dedicaba a estudiar el refinado cristal que empleaba para construir sus instrumentos, y estaba probando sus efectos sobre un rayo de luz solar que surgía de una estrecha hendidura y seguidamente pasaba a través de un prisma. Fraunhofer observó que los espectros que se formaban estaban cruzados por numerosas rayas oscuras. Midió la posición de varias de estas rayas y rotuló las más destacadas desde la A hasta la K. En su memoria siguen llamándose todavía, a veces, «rayas de Fraunhofer».

En las décadas siguientes, algunos científicos estudiaron estas rayas con creciente curiosidad. El punto culminante se alcanzó con los trabajos del físico alemán Gustav Robert Kirchhoff (1824-1887). Consiguió demostrar que cuando los elementos eran calentados hasta el grado en que desprendía luz, y esta luz se pasaba a través de un prisma, quedaba dividida en una banda de brillantes líneas de diversos colores contra un fondo oscuro. En otras condiciones, un elemento podía ser inducido a producir una banda idéntica de líneas oscuras contra un telón de fondo de color continuo.

Kirchhoff, en colaboración con el químico alemán Robert Wilhelm von Bunsen (1811-1899), construyó un espectroscopio, un aparato mediante el cual podía producir las rayas y medir su posición. Demostró que cada elemento producía una banda específica de rayas distintas de la de cualquier otro elemento. En efecto, ningún elemento producía siquiera ni una simple raya que estuviera exactamente en la misma posición que una raya particular producida por otro elemento. (Era como si cada elemento produjera su propia «huella dactilar» de luz).

Si se calentaba un mineral hasta el punto en que resplandecía, las diversas rayas que producía eran suficientes para indicar la naturaleza de los elementos presentes. En 1859, Kirchhoff y Bunsen habían establecido una nueva técnica química, el análisis espectroscópico.

En consecuencia, si un mineral calentado producía una o más rayas espectrales que aparecían en nuevas posiciones que no duplicaban las posiciones de las rayas de ninguno de los elementos conocidos, existían sólidas razones para sospechar la existencia de un nuevo elemento. En 1860, Kirchhoff y Bunsen localizaron nuevas rayas en el espectro formado por calentamiento de un determinado mineral; por tanto, dedujeron la presencia de un nuevo elemento. Le llamaron cesium (cesio) de una palabra latina que significa «cielo azul», debido al color de la nueva raya. Al año siguiente, descubrieron otro elemento por el mismo procedimiento, el rubidium («rojo», rubidio, por el color de la nueva raya).

Dos nuevos elementos fueron descubiertos por el mismo procedimiento en los años siguientes: thallium («talio, rama verde»), por el físico inglés William Crookes (1832-1919), en 1861, y el indium (indio, «añil») por dos mineralogistas alemanes, Ferdinand Reich (1799-1882) y Hieronymus Theodor Richter (1824-1898), en 1863.

En cada caso, una vez quedaba señalado el nuevo elemento, el mineral podía ser tratado mediante procedimientos químicos corrientes, y el elemento resultante era aislado y estudiado. En consecuencia, casi de inmediato, la Espectroscopia consiguió un enorme prestigio.

Parecía evidente que las rayas oscuras que Fraunhofer había observado en el espectro de la luz solar debían ser producidas por elementos en el Sol. Un astrónomo sueco, Anders Jonas Angström (1814-1874), estudió meticulosamente el espectro solar en 1861 y demostró que algunas de sus rayas ocupaban posiciones idénticas que las producidas por hidrógeno incandescente. Por consiguiente, podía extraerse la conclusión de que el hidrógeno estaba presente en el Sol. Un astrónomo inglés, William Huggins (1824-1910), estudió el espectro producido por cuerpos astronómicos distintos al Sol y demostró cuáles eran los elementos específicos que podían ser localizados en ellos.

El análisis espectroscópico estaba progresando rápidamente de triunfo en triunfo y estaba preparando el escenario para el dramático acontecimiento del año 1868. En este año se produjo un eclipse total que sería visible en la India, por lo que acudieron astrónomos desde todas las partes del mundo. Durante los eclipses es posible estudiar objetos en la superficie solar, tales como chorros de gas llameante llamados «protuberancias», así como la corona del astro, y su delgada atmósfera exterior. Por lo general, cuando el brillante disco del Sol no está oscurecido por la Luna, estos detalles comparativamente tenues, como las prominencias y la corona, están por completo apagados. Uno de los astrónomos que llegó a la India fue un francés, Pierre Jules César Janssen (1824-1907). Llevó consigo un espectroscopio, que intentaba emplear en sus observaciones. Janssen dejó que la luz de la parte exterior del astro solar pasara a través del espectroscopio de modo que quedasen formadas unas rayas brillantes. Registró su posición y encontró una que, hasta donde él sabía, ocupaba una posición que no pertenecía a ninguna de las rayas de ningún elemento conocido.

No se consideraba a sí mismo suficientemente experto en análisis espectroscópico para llevar adelante aquel asunto; en realidad, ni siquiera mencionó la raya en su informe final del eclipse. Sin embargo, envió el dato a un astrónomo inglés, Joseph Norman Lockyer (1836-1920), quien estaba realizando importantes trabajos en espectroscopia.

Lockyer meditó sobre el tema, estudiando el espectro solar por su cuenta, y encontró la raya. No pudo duplicarla con ningún elemento conocido. Lockyer decidió que un nuevo elemento estaba involucrado, uno que estaba presente en el Sol, pero que, por el momento, era desconocido en la Tierra. Sugirió que el nuevo elemento fuera denominado helium (helio), derivado de la palabra griega para designar el «Sol».

La sugerencia de Lockyer fue descartada por el mundo de la química. Los análisis espectroscópicos podían descubrir nuevos elementos, de acuerdo, pero los químicos opinaban que ellos tenían que confirmar los descubrimientos mediante análisis ortodoxos. No estaban todavía preparados para aceptar la evidencia espectroscópica como suficiente por sí misma, sin una confirmación química, para demostrar la existencia de un elemento en el cielo que no era conocido en la Tierra.

En consecuencia, el tema quedó olvidado hasta cerca de finales del siglo. Durante toda una generación, nadie sospechó que la «línea de Janssen-Lockyer» pudiera ser la segunda ocasión en que la existencia de los gases nobles había estado a punto de ser descubierta.



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