Procedencia de las fotos de científicos:
Sitio WEB ¨Histoire de la Chimie.
http://histoirechimie.free.fr/
(A excepción de las indicadas)
La Torre Eiffel que levanta unas seis mil trescientas toneladas de hierro forjado en 18.000 piezas, a unos 300 m de altura para la Exposición Universal de París de 1889, acaso queda como exponente de una nueva monumentalidad perteneciente a esta época de esplendor del acero. Hasta hoy sigue dominando el cielo de París.
En 1876 Tomas Alva Edison (1847 - 1931) construyó en Melo Park, una pequeña villa situada a 25 millas de Nueva York, un laboratorio de investigación y desarrollo que fue el primero de su clase, y es considerado por algunos como su más grande invención. En este complejo, Edison y sus asistentes desarrollaron numerosas invenciones, desde el fonógrafo hasta la lámpara incandescente que abriera paso a un nuevo sistema de alumbrado sobre la base de la energía eléctrica..
El joven Evariste Galois, tendría una convulsa vida y trágica muerte. Rechazado su ingreso en la Escuela Politécnica de París; calificados sus trabajos como incomprensibles; expulsado de la Escuela Normal por su actividad política al lado de la República; y perdido su genio en duelo caballeresco, es Galois, en solo un lustro de actividad científica, uno de los gigantes de las Matemáticas del siglo XIX.
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http://www-groups.dcs.st-and.ac.uk/ ~history/Mathematicians/Babbage.html
A partir de 1822 y hasta 1848, Charles Babbage proyectaría e intentaría construir sus máquinas de cálculo. Necesitó dinero y obtuvo préstamos. Incumplió con los plazos y padeció de crisis nerviosas. Pero la teoría y los principios de su "máquina analítica" , en su concepción, es la de una computadora digital, una verdadera computadora que, en esa época, sólo un genio pudo haber imaginado. En 1991 científicos británicos construyeron una máquina diferencial a partir de las detalladas especificaciones dejadas por Babbage y en efecto, a más de un siglo de su diseño, la máquina fue capaz de realizar complejos cálculos con una gran exactitud.
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http://sipan.inictel.gob.pe/internet/
av/cantor.htm
Descendiente de judíos por ambas ramas, Georg Cantor nace en San Petersburgo pero a los 11 años su familia se traslada a Alemania.
Ingresó en la Universidad de Berlín en 1863, teniendo como profesores a un grupo élite de matemáticos alemanes.
En el año 1874, apareció el primer trabajo revolucionario de Cantor sobre la teoría de conjuntos. El estudio de los infinitos por parte de Cantor fue considerado por Kronecker, una autoridad en la materia, como una locura matemática. Por este supuesto atacó vigorosamente a Cantor que mostró fragilidad y terminó a los 39 años en un manicomio. No obstante, en sus momentos de lucidez siguió trabajando, obteniendo en este periodo sus resultados más interesantes. Murió en el manicomio de Halle en 1918.
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http://rsta.pucmm.edu.do/
tutoriales/fisica/biografias/Joule.htm
Joule, hijo de un cervecero acomodado, fue discípulo de John Dalton en Manchester. Al igual que Faraday, Joule fue un excepcional experimentador.
Sus primeros trabajos fueron sobre electricidad, pues perseguía como propósito estudiar las eventuales ventajas del motor eléctrico sobre la máquina de vapor. Fundó en su ciudad natal la ¨Manchester Literary and Philosophical Society¨.
Al estadounidense Josiah Willard Gibbs (1839 – 1910) corresponde el mérito de ser reclamado como matemático por sus aportaciones al análisis vectorial, físico por su interpretación estadística de los fenómenos termodinámicos y químico por considerarse el primero en integrar las funciones termodinámicas al análisis de la espontaneidad de los procesos químicos.
Nació y murió en su Connecticut y publicó en lo que hoy llamaríamos una revista de poca visibilidad. Por esta razón, sus trabajos sólo fueron conocidos en la Europa, centro de las Ciencias en la época, una década más tarde.
Maxwell sigue la tradición de los matemáticos que se giran hacia las investigaciones en el campo de la Física, y a los 40 años de edad, en 1871, se convierte en el primer profesor de Física del Instituto Cavendish en Cambridge. Ya para entonces, en 1866, había formulado independientemente de Boltzmann, la teoría cinética de los gases. Filosóficamente su teoría significó un cambio de un concepto de certidumbre (el calor visto como un flujo de lo caliente hacia lo frio) hacia una noción estadística del movimiento de las moléculas. Su nueva visión no rechazó los anteriores estudios de termodinámica sino explicó mejor las observaciones y experimentos. A Maxwell se debe también el resumen y totalización de la teoría sobre el electromagnetismo cuando en 1865 completó el sistema de ecuaciones que describen todos los fenómenos del electromagnetismo en la región clásica y formuló la primera unificación conformando el concepto de un solo campo: el electromagnético, que puede presentar como manifestaciones particulares los casos del campo electrostático y el magnetostático.
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Es difícil sobreestimar la contribución de Boltzmann en el desarrollo de la Física. Gracias a él se unieron dos mundos: el de las propiedades macroscópicas, tales como la presión y la temperatura con los parámetros del movimiento de los átomos y moléculas. Pero las ideas vanguardistas de Boltzmann chocaron con los que defendían la dirección descriptiva en la Física. En particular su violenta polémica con Ernest Mach, profesor titular a fines del siglo XIX de la Cátedra de Historia y Filosofía de las Ciencias de la Universidad de Viena lo lleva a Leipzig, donde comienza a padecer de trastornos síquicos. Un día festivo, mientras su esposa e hija nadaban, termina con su vida. Poco después los experimentos confirmaban sus ideas.
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Research/Archives/
André María Ampere (1775 – 1836), como Gauss, demostró temprano ser un niño prodigio. Universalmente conocido por ser uno de los fundadores del electromagnetismo al desarrollar en 1820, la ley que pretende explicar en términos matemáticos las posibles interacciones que relacionan, por vez primera, magnetismo y electricidad. Ampère, también es reconocido por sus dotes de matemático, filósofo y poeta; sin embargo, su vida personal ofrece el contraste entre una carrera exitosa y un destino desventurado. Su padre, notario público, murió ejecutado bajo la guillotina de la Revolución Francesa; perdió su primera esposa víctima de una cruel enfermedad y su segundo matrimonio resultó casi un infierno.
Michel Faraday es considerado un paradigma de experimentador, y lo clasifican, hecho ya no común en el siglo XIX, como físico y como químico. Y es que este hijo de herrero, y por feliz casualidad encuadernador de libros, hizo aportes relevantes para ambas ciencias. Pero el descubrimiento que lo inmortaliza es la llamada ley de Inducción Magnética, fundamento para la construcción de los generadores de electricidad movidos por distintas fuentes de energía, de los transformadores, y de los frenos magnéticos de ascensores, entre otros equipos eléctricos.
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Pronto los físicos asediaron la posibilidad de transmitir y captar las señales eléctricas para inaugurar un nuevo sistema de comunicación a distancia, pero fue el ingenio del profesor de arte y diseño de la Universidad de Nueva York. Morse no sólo comprobó que las señales podían ser transmitidas por el alambre sino que usó pulsos de corriente para deflectar un electroimán que accionaba un dispositivo para producir códigos escritos sobre una tira de papel, que representaron gracias a su agudeza una especie de sistema alfabético electrónico. Morse hizo en 1838 una demostración pública de su invento pero solo seis años más tarde pudo cristalizar su realización al construirse una línea telegráfica a una distancia de 40 millas, desde Washington hasta Baltimore.
En 1888, cuatro años después de haber emigrado a los Estados Unidos, el ingeniero electrotécnico croata Nikola Tesla (1856 – 1943), obtuvo una patente por un generador polifásico alterno que muy pronto fue el tipo de máquina más usado. Westinghouse obtuvo los derechos exclusivos de las patentes de Tesla y persuadió al inventor a unirse a su Compañía. Al morir Tesla había sido destituido, perdido su fortuna y reputación científica. Sin embargo con razón es hoy considerado uno de los que pavimentaron el camino hacia el desarrollo de muchas tecnologías de los tiempos modernos. La unidad de medida de inducción magnética en el sistema internacional recibe en su honor el nombre de "Tesla".
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La inauguración de la era fotográfica se acompaño de relevantes progresos en la óptica, pero la alianza entre la ciencia y la técnica en esta empresa de atrapar las imágenes se revela sobre todo en la colaboración que reciben los fundadores, en los dos escenarios históricos en que se incuban los principales hallazgos, por personalidades de la ciencia. En Inglaterra se ha reconocido que el astrónomo y químico británico John Frederick William Herschel (1792-1871), descubrió la acción del tiosulfato de sodio sobre las sales de plata, estableció las bases científicas y muchos de los términos de la fotografía, y brindó valiosa ayuda privada a Fox Talbot. En París, el también astrónomo y físico francés Dominique François Arago (1786-1853) fertiliza los trabajos de Daguerre al presentar personalmente sus resultados en la Academia de Ciencias y allanó el camino para que el propio inventor presentara en 1839 los aspectos técnicos de su descubrimiento frente a la Cámara de Diputados de la capital francesa.
El físico belga Joseph Antoine Plateau (1801 -1883) invento en 1832 un dispositivo precursor del cine. El disco mágico de Plateau era capaz de rodar las imágenes a una velocidad superior a 10 cuadros por segundo, condición necesaria para dar la impresión de animación de las imágenes según su estimación del tiempo de conservación de la imagen en la retina, aproximadamente una décima de segundo. La pasión de Plateau por sus experimentos le hicieron perder la vista y de esta forma trágica no puede contribuir a la ulterior invención del cine.
Cuando a mediados del siglo el físico alemán G. Kirchoff (1824 - 1887) y su compatriota el químico R. Bunsen (1811-1899) descubren el carácter de “huella dactilar” de los espectros de emisión de los átomos excitados o de absorción de la radiación solar por los gases se estaba inaugurando una nueva técnica de poder analítico insospechado: la espectroscopia. Ella permitiría descubrir la composición química de remotos astros en el firmamento estelar y contribuiría a demostrar la unicidad material del universo.
El 8 de noviembre de 1895, el físico alemán Wilhelm Conrad Roentgen descubre unos extraños rayos que exhiben un alto poder de penetración. Ante el desconocimiento de su naturaleza, los llama rayos X, como en álgebra se designa a la incógnita. En diciembre él los había usado para tomar fotos de los huesos humanos, y al año era bien comprendido su extraordinario valor práctico. La rápida difusión de los rayos X a través del mundo, demostró la forma en que científicos, ingenieros, e inventores podrían convertir descubrimientos fundamentales en revolucionarias tecnologías en el entrante siglo XX.
Sir Joseph John Thomson, (1856 - 1940) es universalmente reconocido como el científico que al final del siglo XIX descubre e identifica el electrón como partícula subatómica. Premio Nóbel de Física en 1906, fue al mismo tiempo un excelente tutor, lo cual es también un reflejo de excelencia en la actividad científica, siete de sus investigadores asistentes, que desarrollaron su labor científica en el Laboratorio de Cavendish en Cambridge, merecieron el premio Nóbel, así como su hijo George.
Justus von Liebig (1803- 1873) fundó en Giessen el primer instituto dedicado al doble propósito de la enseñanza y la investigación. Se considera además el pionero de la química agrícola y su teoría sobre los nutrientes minerales aún hoy tienen vigencia. La actual Universidad de Giessen no olvida la decisiva contribución de Liebig al liderazgo de la Química alemana durante todo el siglo XIX, y lleva en la actualidad su nombre.
Nacen las ideas atomistas en el campo de la reflexión filosófica de los griegos. Renacen en el siglo XVII con la hipótesis mecanicista de Descartes, cristalizan en el XIX en el ámbito de la Química con los postulados de Dalton para explicar las reacciones entre las sustancias, y penetran ya en las postrimerías del propio siglo XIX en el universo de la Física, al descubrir, en los experimentos conducidos con los tubos de descarga, los rayos catódicos.
La teoría estructural de la Química ha sido heredera de los paradigmas erigidos por la Física. De tal modo, no causa sorpresa que los intentos por aclarar la naturaleza de las fuerzas químicas tengan un primer acto en que se identifiquen erróneamente con las fuerzas gravitacionales para luego abordar el punto de vista electromagnético con diferentes alternativas. A Jöns J. Berzelius (1779 – 1844), considerado uno de los fundadores de la Química, correspondió el mérito de aproximarse a la naturaleza del enlace químico al desarrollar la teoría de los polos eléctricos predominantes en cada átomo. La escasa vida de esta teoría, a pesar de sus trascendentes hipótesis, se relaciona con el descubrimiento de las moléculas diatómicas del mismo elemento cuya existencia queda sin explicar en el marco de sus presupuestos.
El 3 de setiembre de 1860 fue un día memorable en el desarrollo de la Química: se inauguraba un congreso con la participación de 140 químicos de diferentes países . Los conceptos de átomos, molécula y equivalente fueron discutidos y, a falta de consenso, ¡sometidos a votación! El papel esclarecedor de las ideas defendidas por el italiano Stanislao Cannizaro (1826 -1910) fue reconocido por las autoridades más competentes de la época. Cannizaro, que obtuvo su primera formación en Palermo, a los 21 años participó en la rebelión de Sicilia y después de su aplastamiento emigró a Francia. Más tarde, en el propio 1760 se une a Garibaldi.
El mérito del descubrimiento de la ley periódica de los elementos químicos
por Mendeleiev no se empaña por el par de violaciones que el
propio genio creyó ver como un error en la determinación de las masas atómicas,
o las anomalías que representaban el hidrógeno y el helio al no encajar en
la regularidad propuesta. Ellas acusaban el sentido de provisionalidad histórica
de la ley que exigió ya al principio del siglo XX una reformulación.
Mendeleiev es menos reconocido por su postura antizarista que lo lleva ya con 56 años a la renuncia a su cargo de catedrático universitario.
En
1873 el químico
holandés Jacobus Henricus van't Hoff (1852–1911)
se trasladó desde el laboratorio de Kekulé en Bonn al laboratorio
parisino de Charles Adolphe Wurtz (1817-1884). Allí se dio cuenta de que la
actividad óptica observada por determinadas sustancias orgánicas,
descubrimiento realizado por Pasteur (1822 – 1895), podía ser explicada
en términos de la orientación tetraédrica de las valencias del carbono.
Sir Humphry Davy, quien llegara a presidir en 1820 la Sociedad Real londinense, “descubrió” el talento de Faraday, pero no pudo resistir la envidia de verse superado por su discípulo y lejos de abrirles las puertas al mundo científico obstaculizó su ingreso en la más importante institución científica británica. Toda esta historia nos demuestra que inteligencia y nobleza no siempre aparecen acompañadas.
El joven Arrhenius debió sufrir la incomprensión del Tribunal que le otorgó la mínima calificación a su tesis doctoral que más tarde se convirtiera en la teoría de disociación electrolítica por la cual obtiene el Premio Nóbel de Química en 1903. Arrhenius tuvo una amplia cosmovisión del mundo que lo lleva a fundar hipótesis sobre el origen extraterrestre de la vida en nuestro planeta y adelantar problemas como el calentamiento global que sufriría el planeta si continuaba el crecimiento exponencial de las emisiones del dióxido de carbono a la atmósfera del planeta.
El químico de origen letón Wilhelm Ostwald (1853-1932), inventó en 1900 el procedimiento para sintetizar el ácido nítrico por la oxidación del amoníaco. Este método sentó las bases para la producción masiva de los fertilizantes que exigía el crecimiento demográfico ya notable al finalizar el siglo. Desafortunadamente se ofrecía así la materia prima para producir explosivos nitrados, obtenidos por esta vía en las fábricas alemanas durante la Primera Guerra Mundial. Fue la obra de Ostwald ante todo un magisterio para el desarrollo de la Química Física. Ostwald Arrhenius y Van't Hoff se consideran los padres de la Química - Física.
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www.orcbs.msu.edu/radiation/
radhistory/pierremariecurie.html
En 1898, a dos años del
descubrimiento de la radiación de Becquerel, Marie Sklodowska (1867 – 1934) y Pierre Curie (1859 – 1906), al analizar ciertos minerales uránicos descubrieron un metal vecino del Bismuto en la Tabla Periódica al cual llamaron, en honor al país natal de Marie, Polonio. Poco después obtuvieron señales de la existencia de otro elemento de elevada radiactividad, similar al Bario, para el cual propusieron el nombre de Radio (del griego radius que significa rayo). En 1899, en carrera con el término del siglo, uno de los asistentes de los Curie, A. Debierne (1875 – 1949) descubrió otro elemento radiactivo: el Actinio.
Madame Curie tiene un record difícil de igualar, compartió en 1903 el premio Nobel en Física y fue laureada luego en 1911 con el Nobel de Química.
Wöhler en 1828 asestó un duro golpe a la teoría del vitalismo al sintetizar la urea, un producto orgánico, a partir de una sal inorgánica. Se abre paso una época en que en el laboratorio químico se intenta con éxito replicar la labor de la naturaleza y aún superarla. El desafío actual es garantizar que este asunto siempre sea abordado con una base ética.
Los estudios dirigidos al impulso de la Industria Química estuvieron presentes en la segunda mitad de este siglo. Los descubrimientos de Perkin, el primero a la edad de 18 años, la maveuína (el primer colorante sintético) y la cumarina, que inició el desarrollo de la industria de los perfumes, constituye un exponente de esta tendencia.
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www.invent.org/hall_of_fame/
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Cinco años después de su invención los hermanos John e Isaías Hyatt (1835-1895) inauguran en Nueva York la primera fábrica de celuloide del mundo. Nacían los objetos plásticos y traían, junto a las propiedades atractivas de estas sustancias, un imperdonable defecto: la vida oculta de la nitrocelulosa le hacía ser inflamable e incluso podía estallar. Mejorar las propiedades de estos materiales parecía una tarea del orden del día, pues entre otros objetivos de la época se imponía la obtención de nuevos materiales no sólo para imprimir por revolucionarios métodos las palabras sino para grabar imágenes y sonidos.
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Alfred Nóbel consagró su vida al estudio de los explosivos y fue el inventor de toda una nueva generación de explosivos nitrados orgánicos: el aceite explosivo, la dinamita, la gelatina explosiva y la balestita fueron patentados a lo largo de tres décadas de fructíferos experimentos. Por azares del destino Nóbel aplazó el fin de su vida, disolviendo debajo de la lengua, grageas de la nitroglicerina dulzona. La misma nitroglicerina responsable de la muerte de muchos en los campos de batalla y que permitió al hombre abrir pasos, túneles y yacimientos. El inmenso capital amasado por sus invenciones fue legado para la instauración de los célebres premios Nóbel.
En su herencia deja constancia "es mi deseo expreso que en la concesión de los premios ganadores ninguna consideración tenga la nacionalidad de los candidatos...”
Los
químicos aislaron y transformaron las sustancias opíaceas en su afán de
encontrar sustancias biológicamente activas con propiedades curativas, pero
la Historia se encargó de darle una trágica evolución al opio, la morfina
y la heroína.
Las
Guerras del Opio, desatadas por la defensa de la Corona Británica a “su
libre” comercio,
terminaron
con la anexión de Honkong al Reino Unido y la luz verde para la expansión
del comercio de esta droga.
Las
preparaciones con morfina fueron aplicadas en los tratamientos pre- y
post operatorios de los soldados heridos durante la Guerra de Secesión de
los Estados Unidos, y esta práctica médica provocó los primeros
casos de adicción masiva.
A lo largo del XX las drogas adictivas se han erigido en un flagelo para la humanidad. Hipócritamente los poderosos miran hacia el sur buscando las causas del mercado.
El siglo XIX se despide con el nacimiento de la industria farmacéutica. El paso lo había dado el consorcio alemán Baeyer y el fármaco que anuncia el firme despegue de esta industria lo fue la aspirina. Corría el 1897 cuando el químico alemán Félix Hoffmann (1868 - 1946), graduado de la Universidad de Munich en 1893, lograba en un plazo de dos semanas una muestra pura del ácido acetilsalicílico (ASA) y de una de las drogas más dañinas, la heroína. Dos años después la Bayer distribuye entre los médicos la aspirina en polvo para que la prueben en los pacientes. Los resultados clínicos fueron muy notables. Convertida en la Empresa Baeyer - IG Farben Industrie un siglo después presenta un volumen de ventas que supera los 15 mil millones de dólares y entre las Empresas Químicas es sólo aventajada por la Dupont de Nemours (USA).
La
actividad científica del químico francés Louis Pasteur (1822 – 1895)
quien recibió la calificación de mediocre en su Tesis de Grado, cubre más
de tres décadas de la segunda mitad del siglo y es gestora de nuevos ámbitos
del conocimiento científico.
En 1854 funda una Facultad de Ciencias con una misión trascendente: la investigación debía contribuir a resolver los problemas prácticos relacionados con la industria vinatera en la célebre región del Mosela. Los problemas socioeconómicos de un contexto, el desarrollo de la época y el talento de Pasteur constituyeron fuerzas motrices para desatar un complejo proceso que representa la etapa fundacional de una nueva ciencia: la microbiología.
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Eduard Buchner (1860 – 1917), a los 24 años inició su carrera de químico en la Universidad de Munich bajo la dirección de Adolf von Baeyer. Cinco años más tarde era Asistente del laboratorio de Orgánica de von Baeyer. Gracias a su apoyo financiero pudo abrir Buchner un pequeño laboratorio para investigar sobre la fermentación de los azúcares. Hacia 1893 había descubierto que la fermentación tenía lugar fuera de las células de la levadura, como consecuencia de la acción de determinadas sustancias: las enzimas. Hoy la enzimología es una disciplina, más de 700 enzimas se conocen y muchas encuentran importantes aplicaciones industriales. Buchner murió a los 57 años en su Munich natal víctima de las heridas sufridas en el terreno bélico de la primera guerra mundial.
Los trabajos del químico alemán Emil Fischer (1852 – 1919) se consideran el hito inicial de la Bioquímica moderna. En 1872 Fischer decidió estudiar Física en la versión germanizada de la Universidad de Estrasbourgo. Allí conoció a Adolf von Baeyer (1835 - 1917) y bajo su influjo rectificó el rumbo de sus estudios, consagrándose a la Química. Una original aplicación de la hipótesis de van't Hoff y Lebel le permitió establecer entre 1891 y 1894 la configuración estereoquímica de todas los azúcares conocidos y predijo exactamente sus posibles isómeros.
Su monumental obra sobre la estructura y la síntesis de los azúcares conducido a lo largo de más de diez años, lo llevó a estudiar la fermentación y las enzimas que la causan. El modelo descrito por Fischer para explicar la acción específica de una enzima sobre un sustrato sigue la metáfora de la relación llave-cerradura, la enzima es al sustrato lo que la llave representa para la cerradura.
El médico cubano Carlos J. Finlay (1833 - 1915) hizo público en 1881 su descubrimiento acerca de que el agente transmisor de la fiebre amarilla era el mosquito hoy conocido como Aedes aegypti. También propuso desde los años 80 el método para controlar la propagación de este flagelo basado en la eliminación de las larvas de los mosquitos en los depósitos de agua. En la comprobación experimental de su teoría, como resultado de las inoculaciones experimentales murió en 1900 el médico estadounidense Jesse Lazear (1866 – 1900). Finlay fue propuesto para el premio Nobel por dos ganadores del mismo que hicieron relevantes descubrimientos en el ámbito de los vectores de la transmisión de enfermedades desvastadoras. El inglés Ronald Ross (1857 – 1932), premio Nobel de 1902 por sus trabajos en el combate de la malaria, y el francés Charles Laveran, Nobel de 1907 por la explicación del rol jugado por los protozoos en el desarrollo de las enfermedades. El Tribunal de la Academia Nobel no escuchó la opinión de los afamados expertos.
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La vida del eminente científico español Santiago Ramón y Cajal (1852-1934) se enlaza con Cuba de manera trágica. Graduado de licenciado en Medicina y enrolado en el servicio médico militar viene a Cuba en una expedición en 1874-1875, cuando en nuestro país se libraba la primera gesta de Independencia conocida por la "Guerra de los Diez Años". En los campos de la Cuba Insurrecta enferma de malaria, disentería y finalmente de la tuberculosis que lo hiciera padecer toda su vida. Ramón y Cajal descubre la estructura de las neuronas y anticipa los mecanismos de la transmisión de los impulsos nerviosos siendo su obra fuente de inspiración y base para los descubrimientos de los neurotransmisores químicos ya en el siglo XX.
Escenario sociohistórico en que tiene lugar el movimiento científico del siglo XIX.
Ni
la Santa Alianza, concertada en el Congreso de Viena (1815) luego de la
derrota definitiva en Waterloo de las tropas bonapartistas, ni las monarquías
“legítimas” restauradas para supuestamente lograr la estabilidad
europea consiguieron detener los profundos procesos en constante aceleración
del desarrollo de las relaciones capitalistas.
El último tercio del siglo XIX resulta un período relativamente pacífico de expansión capitalista que fertiliza el camino para las grandes realizaciones que sobrevendrían en la ciencia y la técnica. Las mejoras asociadas a la civilización urbana en los escenarios en que estas se viene produciendo, aunque cargadas de desigualdades y contradicciones, provocan una explosión demográfica que eleva la cifra de los habitantes del planeta por encima de los 1 600 millones de seres y hace crecer las necesidades en un amplio abanico de esferas de la vida material y espiritual de la sociedad.
Las metrópolis europeas desde la Rusia zarista hasta la Corona británica realizaron importantes contribuciones al desarrollo científico decimonónico pero pueden advertirse tres polos exponentes de la vanguardia: La Confederación Germánica, el Reino Unido, y la Tercera República francesa.
La unificación tardía de Alemania, capitaneada por la Prusia de Bismarck a partir de 1871, se traduce en un arrollador auge económico que tiene un momento brillante en los años 90 e influye en el esplendor de las instituciones germanas y en su movimiento científico.
La
economía británica, luego de siglo y medio de liderazgo absoluto observó
cierto declive, y las clases dominantes convinieron una nueva ronda de
expansión colonial. El mercado de las zonas subordinados a la Gran Bretaña
experimentó entonces un notable crecimiento: Afganistán, Egipto, Sudán,
Birmania y extensos dominios de los zulues sudafricanos fueron
anexados. La producción científica británica principalmente a través de
sus instituciones líderes continuó su brillante desarrollo.
La III República Francesa apostó también a la dominación colonial y resultaron conquistados los territorios de Túnez, África Ecuatorial, África Occidental, Madagascar y Vietnam. La Escuela Francesa heredera de la tradición de los fundadores de esta ciencia prosiguió generando personalidades y producción científica de primera línea.
Al
otro lado del Atlántico, Estados Unidos conocía de una rápida expansión
económica. En breve lapso concluida la Guerra de Secesión (1861-1865),
la Unión avanzaba firmemente hasta alcanzar hacia la última década del
siglo un lugar cimero en la economía mundial. Paralelamente al despliegue
económico de la joven y pujante nación iban desarrollándose las
doctrinas políticas de dominación hemisférica. La amalgama de estos
factores con la emprendedora inmigración que experimentó el país lo
transformó en una Meca de la innovación.
En tales circunstancias históricas, se suceden apenas iniciado el siglo, como en reacción en cadena, aquellas invenciones que producirían primero una revolución en el transporte marítimo y terrestre.
En unos treinta años desde que el ingeniero norteamericano Robert Fulton (1765 - 1815) inventara el buque accionado por el vapor, la travesía por el Atlántico para enlazar los puertos industriales de América y Europa se convertiría en un recorrido de unos catorce días.
Por estos tiempos, el transporte terrestre experimenta el nacimiento y meteórico desarrollo del ferrocarril. Si en 1814 el ingeniero inglés autodidacta George Stephenson (1781 – 1848) construye la primera locomotora a vapor, hacia 1870 doscientos diez mil kilómetros de vía férrea enlazaban los principales nudos y núcleos poblacionales del mundo industrializado.
Este fantástico incremento de la actividad del transporte trajo incontables consecuencias: abarató el traslado de las materias primas hacia las fábricas y de los productos industriales hacia los mercados de venta, contribuyó al crecimiento del mercado interior y exterior, aumentó la necesidad de metal y de combustible y por tanto impulsó las industrias correspondientes y los procesos de industrialización de una serie de países.
Concurrente con un período de desarrollo relativamente pacífico de la sociedad capitalista europea, las postrimerías del siglo XIX se caracterizan por un crecimiento del empleo del acero que hace legítimo en cierta medida el bautizo de esta época como era del acero. Entre 1870 y 1900 la producción del acero aumentó en 56 veces.
Pero el sello de un nuevo paradigma en este siglo se asocia con la revolución en las comunicaciones y una nueva ola de invenciones en el transporte que están precedidas esta vez por los colosales descubrimientos de la Física en el área del electromagnetismo. A diferencia de momentos anteriores, en los que la práctica, el saber hacer, precedía significativamente a la teoría, ahora la fuerza de los saberes de las nacientes ciencias impulsan y establecen un complejo tejido de interacción con la tecnología. Si la máquina de vapor apareció en escena antes de la elaboración de la teoría de los procesos térmicos, la construcción del motor eléctrico resultó posible solamente después de los avances de la teoría del electromagnetismo. El dominio de una nueva forma de energía, la energía eléctrica inauguraba toda una época en el desarrollo de la sociedad.
El estreno del telégrafo y del teléfono y su rápida difusión, la grabación del sonido y la primera producción del fonógrafo, la instalación de las primeras plantas eléctricas y la iluminación de las ciudades con esta energía representan signos de los colosales cambios que se operan a la vista de una generación.
El tranvía eléctrico como forma de transporte público y el invento de la locomotora eléctrica, unidos a los primeros prototipos de móviles accionados por motores de combustión interna son los exponentes de la nueva oleada de equipos de transporte.
No terminaría el siglo sin que las ondas hertzianas comunicaran a través del Canal de la Mancha a Inglaterra y Francia.
En una compleja dialéctica, al filo de la necesidad y la casualidad, siendo portadores de los progresos determinadas personalidades históricas que fueron fortaleciendo el papel de las comunidades (Sociedades Científicas), en contextos sociales principalmente dados por las naciones que encabezan el desarrollo monopolista de la época, se desarrollan firmemente estas tres ciencias básicas.
Desarrollo de los métodos matemáticos para el despegue de la informatización y del andamiaje requerido por la nueva Mecánica Cuántica.
En el campo de las Matemáticas se realizan trascendentales aportaciones que posibilitan el asalto que se produciría el próximo siglo al mundo de las partículas subatómicas; y se desarrollan nuevas ideas y mecanismos electrónicos que incuban revolucionarios diseños de máquinas de cálculo.
El libro de Carl F. Gauss (1777-1855), Disquisitiones arithmeticae, con que nace el siglo XIX, marca el comienzo de la era moderna de la teoría de los números. Ya en su tesis doctoral planteó el teorema que aun hoy se conoce como teorema fundamental del Álgebra. En la teoría de la probabilidad, desarrolló el importante método de los mínimos cuadrados y las leyes fundamentales de la distribución de la probabilidad. El diagrama normal de la probabilidad se sigue llamando curva de Gauss. Es uno de esos científicos que pueden calificarse de físico-matemáticos pues desarrolla brillantes aplicaciones de la matemática a diversos campos de la Física, en particular, al electromagnetismo. Una unidad de inducción magnética perpetúa su nombre.
La teoría de los grupos, que resultaría muy útil más tarde en el desarrollo de la Mecánica Cuántica, fue formulada en 1830 por el matemático francés Evariste Galois (1811-1832). Poco antes de su muerte, a la edad de 21 años, escribió de forma precipitada algunas de sus teorías algebraicas. Sus manuscritos se publican más de una década después para alcanzar la inmortalidad. Muchas de sus construcciones, que hoy se denominan grupo de Galois, cuerpos de Galois y teoría de Galois, permanecen como conceptos fundamentales en el Álgebra moderna.
En 1854, el matemático inglés George Boole (1815-1864) al emprender la investigación sobre las leyes del pensamiento, logra relacionar la Matemática con los argumentos lógicos y da origen a la Lógica Simbólica. El Álgebra de Boole es fundamental en el estudio de las Matemáticas puras y en la programación de las modernas computadoras.
El estadounidense Herman Holleritch (1860-1929) en 1880 inventa la calculadora electrónica y luego funda la Tabulating Machine Company (1896), que está considerada como una predecesora de la IBM (International Business Machines Corporation). Alrededor de medio siglo antes el matemático e inventor británico Charles Babbage (1792-1871) había concebido una máquina que debía funcionar con tarjetas perforadas como lo hace un telar, y que fuera capaz de almacenar respuestas parciales, utilizables posteriormente en otras operaciones.
Transcurridos más de dos mil años de las ideas de Euclides sobre el espacio, en el siglo XIX el matemático ruso Nikolai Lobachevski (1793-1856) formuló la Geometría no euclidiana (Hiperbólica), suponiendo que por un punto exterior a una recta pueden pasar infinitas paralelas, y no una sola como suponía Euclides. Bernhard Riemann (1826-1866), por su parte, fundamentó la nueva geometría esférica en el supuesto que por un punto exterior a una recta no exista ninguna paralela. El impacto de estas nuevas Geometrías con sus grandes abstracciones fue decisivo para el desarrollo de la Física teórica moderna.
En el campo de las Ciencias Físicas se asientan sobre firmes bases teórico - prácticas las nuevas disciplinas de Termodinámica y Electromagnetismo, y ya a finales del siglo tienen lugar los antecedentes de la revolución en el área de la estructura atómica.
Avances en la Termodinámica
En
1824 el joven ingeniero francés Sady Carnot (1796 - 1832), el mismo año
del nacimiento de Lord Kelvin y 2 años después de nacido Clausius, quienes
más tarde establecerían el segundo principio de la Termodinámica, publica
su famosa memoria “Reflexiones sobre la potencia motriz del calor y
sobre las máquinas apropiadas para desarrollar esta potencia”, en donde
se dedicó a razonar sobre la pregunta general de cómo producir trabajo mecánico
(potencia motriz) a partir de fuentes que producen calor.
Carnot,
en momentos en que se trabaja en el perfeccionamiento de estas máquinas,
demuestra que no puede concebirse una máquina térmica más eficiente
operando entre dos temperaturas prescritas que la suya y anuncia una de sus
proposiciones fundamentales: La fuerza motriz del calor es independiente de
los agentes usados en producirla; su cantidad está determinada unívocamente
por las temperaturas de los dos cuerpos entre los cuales ocurre, finalmente,
el transporte del calórico.
Julius Robert von Mayer (1814 – 1878) estableció, en 1842, que si la energía, en sus formas de energía cinética y potencial, se transformaba en calor, este debía poder transformarse en esas dos formas de la energía. Mayer fue capaz de encontrar una relación cuantitativa entre el calor y el trabajo basándose en los resultados de las mediciones de las capacidades caloríficas de los gases.
Unos
años más tarde Hermann von Helmholtz (1821 – 1894) pretende publicar un
trabajo "Sobre la conservación de la fuerza" que defiende la
conservación de la energía como un principio universal de la naturaleza así
como la posibilidad de conversión de la energía cinética y potencial en
"formas químicas, electrostáticas, voltaicas y magnéticas". La
lectura de su trabajo en la Sociedad Física de Berlín fue considerado por
sus miembros más viejos como demasiado especulativo y rechazada su
publicación en la Revista alemana Annalen der Physik.
Hacia
el año 1847, James P. Joule (1818-1889) considera el calor como movimiento y
propone la
estructura corpuscular de la sustancia, con lo cual inaugura la Teoría Cinético –
Molecular de la sustancia, en particular de los gases, que intenta explicar el
comportamiento de los gases ideales, cuyo modelo emergió de los
trabajos anteriores desarrollados por Robert Boyle (1627 – 1691),
Jacques A.C. Charles (1746 – 1823) y Joseph Gay Lussaac (1778 – 1850)
En los años siguientes Joule alcanza la confirmación experimental de las ideas de von Helmholtz. Se formula entonces la ley de conservación y transformación de la energía, que se constituyó en principio de capital importancia. Las implicaciones de esta ley en el desarrollo ulterior de los conocimientos físicos tuvo tal alcance que algunos autores consideran al periodo que le sucedió como una segunda etapa en el desarrollo de las ciencias físicas, basada en la aplicación de los principios de conservación. Por otra parte la aplicación de esta ley, y de otras leyes de conservación, se convirtió, de hecho, en un método de resolución de problemas de la Física en los ámbitos científico, tecnológico y docente.
A treinta años del Principio de Carnot aparece la expresión del llamado 2do principio de la Termodinámica en forma de dos enunciados que se complementan. El enunciado del irlandés William Thomson, Lord Kelvin (1824 - 1907) establece que no existen las máquinas térmicas perfectas pues no es posible construir un motor térmico que operando cíclicamente convierta en trabajo todo el calor absorbido. Por su parte, en la visión complementaria del alemán Rudolf Clausius (1822 - 1888) para un ciclo refrigerante queda establecido la imposibilidad de extraer calor a una baja temperatura para entregar a una temperatura más alta sin que se suministre una determinada cantidad de trabajo al sistema.
Hacia
1866, en forma independiente de Maxwell, Ludwig Boltzmann (1844 – 1906)
había formulado las bases de la teoría cinética de los gases. Esta teoría
constituyó el primer eslabón de lo que más tarde se denominó Física
Estadística como rama de la Física que estudia los sistemas de muchas partículas.
Para estos sistemas existe objetivamente una dificultad en los cálculos que
se supera mediante la descripción estadística. Su teoría significó
un cambio de un concepto de certidumbre (el calor visto como un flujo de lo
caliente hacia lo frío) hacia una noción estadística del movimiento de
las moléculas. Su nueva visión no rechazó los anteriores estudios
de termodinámica sino explicó mejor las observaciones y experimentos. Al desarrollo de esta
importante rama de la Física contribuyó también de manera destacada
el estadounidense Josiah Willard Gibbs (1839 – 1903).
Todos los resultados anteriores posibilitaron enunciar ya en este siglo tres de los cuatro principios que constituyen los núcleos de la disciplina llamada Termodinámica: el Principio Cero que establece la posibilidad y el método de medición de la temperatura absoluta de un sistema como parámetro del equilibrio termodinámico; el Primer Principio en esencia reflejo de la expresión más general de la ley de conservación y transformación de le energía; y el Segundo Principio, también conocido como el principio de aumento de la entropía, que expresa el carácter irreversible de los procesos naturales y las relaciones entre el orden y el desorden empleando el concepto de entropía como una medida logarítmica del número de estados accesibles del sistema.
Este
andamiaje teórico contribuyó a la comprensión de innumerables hechos que
ocurren en los sistemas de muchas partículas, en especial los gases y los
mecanismos del intercambio de calor, de masa y de momentos lineales, como
fenómenos de transporte, tanto en su aspecto macroscópico y microscópico,
base de los actuales esquemas de transferencia que son propios de las
tecnologías químicas, y lo que es más importante, ofreció los
fundamentos de los sistemas llamados máquinas térmicas y de los mecanismos
de refrigeración.
Evolución
del paradigma electromagnético.
El debate Galvani - Volta fue uno de los episodios notables con que nacen las ideas modernas sobre la electricidad. Luigi Galvani (1737 - 1798) fue 33 años profesor de la Universidad de Boloña y sus trabajos son los primeros que apuntan a la acción fisiológica de la electricidad demostrando la existencia de fuerzas bioeléctricas en el tejido animal. Fue este cirujano, que renunciara a su cátedra universitaria cuando la invasión napoleónica para morir un año después, el primer biofísico de la historia. La teoría del fluido eléctrico animal fue rechazada por el también italiano Alessandro Volta (1745 - 1827). A Volta se debe el invento en el 1800 de la pila, la primera batería eléctrica que hizo posible la construcción de dispositivos para mantener una corriente eléctrica por un circuito dado, y abordar el problema de los nexos entre la electricidad y el magnetismo. Una vez presentados sus trabajos en la Academia francesa de la Ciencia, aceptó el título de Conde de Lombardía, territorio ocupado por las tropas napoleónicas.
En 1820
el físico y químico danés,
profesor de física de la Universidad de Copenhague Hans C. Oersted (1777
– 1851) descubrió que alrededor de un conductor por el que circulaba una
corriente eléctrica se instauraba un campo magnético semejante al que se
lograba con un imán permanente.
A unas pocas semanas de los trabajos de Oersted, André Ampere (1775 – 1836) logró probar todas las posibles interacciones magnéticas entre conductores con corrientes. Esto llevó a Ampere a la convicción de que todo el magnetismo se podía considerar debido a corrientes eléctricas e introdujo el concepto de corrientes moleculares para explicar el comportamiento magnético de las distintas sustancias, explicación que con las debidas correcciones, sobre todo para considerar los efectos cuánticos, es aceptada actualmente por la Electrodinámica.
Usando los resultados de sus experimentos desarrollados en un
laboratorio escolar con los recursos construidos por él mismo, el profesor
alemán Georg Simon Ohm (1787 - 1854) fue capaz de definir la relación
fundamental entre voltaje, corriente, y resistencia. Esta relación conocida
hoy como Ley de Ohm apareció publicada en 1827 cuando Ohm había cumplido
los cuarenta años y se considera la verdadera apertura hacia el análisis
de los circuitos eléctricos. Sin embargo entre la comunidad científica
alemana sus trabajos fueron acusados de una excesiva formalización matemática
e ignorada su trascendencia. Fue la Royal Society londinense la que en 1841
reconoce la importancia del descubrimiento de Ohm pero no es hasta ocho años
más tarde que cumple sus sueños cuando le ofrecen la cátedra de Física
Experimental de la Universidad de Munich.
Un momento trascendente en los estudios sobre el electromagnetismo se produjo al establecer M. Faraday (1791 – 1867) en 1831, la llamada Ley de Inducción Electromagnética que establece que en cualquier punto de una región donde esté instaurado un campo magnético y exista una variación de su vector inducción magnética, aparecerá un campo eléctrico inducido. Esta es la ley física que sustenta el funcionamiento de los generadores de electricidad movidos por distintas fuentes de energía en las plantas generadoras, ya sean termoeléctricas, atomoeléctricas, etc.; de los transformadores, con sus múltiples aplicaciones; de los frenos magnéticos de ascensores, etc.
La invención de un equipo eléctrico que permitiera emitir y captar señales según un código de impulsos eléctrico aparece disputada por dos pares de físicos renombrados en polos científicos de Europa y un profesor universitario de Arte al otro lado del Atlántico en la pujante atmósfera neoyorquina.
La historia reconoce que en 1831, el físico estadounidense Joseph Henry (1797 - 1878) diseñó y condujo un experimento que permitía la comunicación a larga distancia al enviar una corriente eléctrica por el cable a una milla de distancia para activar un electroimán que causaba el repiqueteo de una campana. Esta prueba significó el nacimiento del telégrafo eléctrico.
Uno de los primeros registros de comunicación telegráfica se reporta en la célebre Universidad de Gotinga. La intención fue dejar comunicados dos laboratorios donde trabajaban el profesor de electrodinámica Wilhem Weber (1804 - 1891), quien debió abandonar a los 33 años la Universidad por problemas políticos vinculados con su pensamiento liberal, y el físico matemático Carl Friedrich Gauss (1777 - 1855).
La primera patente europea por la invención de un telégrafo eléctrico les fue concedida en 1837 al ingeniero William F. Cooke y el físico Charles Wheatstone (1802-1875) de la universidad londinense. por los mismos años que Samuel Morse (1791-1872), se asomarían con sorpresa al mundo de la transmisión y recepción de señales eléctricas.
Pero inobjetablemente la invención de Henry fue económicamente explotada mediante el ingenio del profesor de arte y diseño de la Universidad de Nueva York. En 1838, el primer mensaje telegráfico contenía una cita bíblica propuesta por la joven hija de un amigo, Annie Ellsworth: ¿Qué ha hecho Dios? El sistema primitivo de Morse producía una copia sobre papel con puntos y rayas que debía ser traducida por un operador adiestrado. Este podía llegar a transmitir 40 - 50 palabras por minuto. La empresa Western Union en 1861 construyó a lo largo de las vías férreas su primera línea telegráfica transcontinental. Pronto se presentó la necesidad de ampliar la red telegráfica entre Europa y América. Fue gracias al gran talento del eminente físico inglés William Thomson, Lord Kelvin (1821-1907), que se hicieron los estudios necesarios para instalar en 1866 el primer cable trasatlántico que conectó a Wall Street en Nueva York con Londres.
El éxito del telégrafo eléctrico indujo al inmigrante de origen escocés Alexander Graham Bell (1847 - 1922), por entonces profesor de fisiología vocal de la Universidad de Boston, a investigar la manera de transmitir por el cable conductor la propia voz humana. Bell, y su ayudante el electricista Thomas A. Watson (1854 - 1934), habían probado que diferentes tonos podían variar la intensidad de la corriente eléctrica en un alambre. Para alcanzar el éxito ellos necesitaron construir un transmisor con una membrana capaz de variar las corrientes electrónicas y un receptor que invirtiera el proceso pudiendo reproducir estas variaciones de la corriente eléctrica en frecuencias audibles. El 14 de febrero de 1876 Bell presentó su solicitud de patente de invención del teléfono. En su cuaderno de trabajo en la fecha del 10 de marzo de este propio año se describía el éxito del experimento cuando llamó a su asistente en la habitación vecina para decirle sus famosas palabras: "Mr. Watson, come here. I want to see you"
Entretanto en el mundo de la teoría, que se encargaba de iluminar la práctica y las invenciones de los artefactos eléctricos, tuvo lugar un trascendental paso que se convirtió en resumen y totalización del electromagnetismo en la región clásica. Este salto fue dado por James Clerk Maxwell (1831 – 1879) cuando en 1865 estableció la simetría que existe entre los campos eléctrico y magnético y completó el contenido de la llamada Ley de Ampere de forma que introduciendo el concepto de corriente de desplazamiento logró establecer que en un punto de una región donde esté instaurado un campo eléctrico variable con el tiempo, aparece un campo magnético inducido. Con esto se completó el sistema de ecuaciones que describen todos los fenómenos del electromagnetismo en la región clásica y se produjo la primera unificación conformando el concepto de un solo campo: el electromagnético, que puede presentar como manifestaciones particulares los casos del campo electrostático y el magnetostático.
La significación desde el punto de vista epistemológico es notable porque cristalizó la idea de la unificación de dos interacciones que se creían de naturaleza distinta y marcó pauta para la búsqueda de otras unificaciones entre otros tipos de interacciones, de modo que ya en el próximo siglo se establecería la unificación entre la interacción débil y la electromagnética (interacción electrodébil) y las explicaciones sobre el origen del universo en las cuales se supone que en los primeros instantes después de la gran explosión, solo existía un tipo de interacción y al irse rompiendo las simetrías, estas interacciones se fueron separando con características bien definidas y diferenciadoras.
A partir de este momento el nacimiento y desarrollo de la industria eléctrica, en contraste con otras más antiguas, tuvo desde sus inicios un carácter de empresa científica derivada de los logros de la investigación.
En este afán brilló el inventor estadounidense Thomas Alva Edison. El alcance de la invención de Edison no se reduce a inventar solo la luz eléctrica incandescente sino también un sistema de iluminación eléctrica con todos los elementos necesarios para hacer la luz incandescente práctica, segura y económica. Después de año y medio de pruebas, obtuvo el éxito cuando una lámpara incandescente con un filamento carbonizado trabajó durante trece horas y media. La primera demostración pública del sistema de iluminación incandescente fue realizada en diciembre de 1879 cuando el complejo del Laboratorio de Menlo Park fue iluminado con luz eléctrica.
Alrededor de esta invención mayúscula se gestan otras de menor trascendencia pero de esencial importancia práctica que fueron desarrolladas por los laboratorios de Edison y que en esencia llegan hasta los días de hoy. Estos siete sistemas inventados fueron: el circuito paralelo; la bombilla duradera; un dinamo perfeccionado; la red conductora básica; los dispositivos para mantener el voltaje constante; los fusibles de seguridad, los materiales aislantes; y por último los soques e interruptores. Edison ahora debía impulsar la creación de una industria generadora de energía eléctrica. En 1881 Edison edifica en Nueva York una planta de corriente continua que genera y distribuye la energía a través de una red de líneas, tal como en ese entonces ya se hacía con el gas y el agua. En septiembre de 1882 se ilumina la primera calle que en Nueva York recibe los servicios de este revolucionario sistema.
A pesar de sus extraordinarios logros, el empleo de la corriente directa trajo no poco problemas. En primer lugar, la utilización de circuitos en paralelo requirió que los cables fueran muy gruesos, lo cual generaba costos altos. En segundo lugar, y de mas importancia, al aumentar la demanda de iluminación se necesitaron cargas cada vez más altas que implicaban corrientes eléctricas enormes. Por lo tanto, se estaba ante la alternativa de enviar corrientes muy altas a través de grandes cables de cobre, lo cual era muy ineficiente, o de construir muchas plantas generadoras de electricidad cercanas a los usuarios, con el respectivo aumento considerable de los costos. La solución a estos dilemas se encontró con la invención del transformador y la construcción de generadores de corriente alterna. Un inventor francés, Lucien H. Gaulard (1850 -1888), originalmente interesado en la química de los explosivos, obtuvo en 1882 una patente para un dispositivo que llamó generador secundario y que fuera una versión primitiva de lo que hoy llamamos transformador. Después de esta invención, Gaulard en 1884 instaló un sistema de iluminación en el cual usó corriente alterna y lámparas incandescentes, del tipo que inventó Edison. Su muerte prematura víctima de una fuerte depresión nerviosa le impidió ver coronado con éxito sus empeños iniciales.
George Westinghouse (1846 - 1922), fue testigo de las demostraciones de Gaulard en Italia con motivo de la Exposición Internacional de Turín y advirtió el potencial de la electricidad. En 1884 contrató a un joven ingeniero eléctrico, William Stanley (1858– 1916), quien un año después ya había superado la eficiencia de todos los transformadores diseñados hasta entonces. Dos años más tarde fundó la Compañía Eléctrica Westinghouse que pronto llegó a contar con una fuerza laboral de 200 hombres con el propósito de desarrollar y producir aparatos para la generación, transmisión y aplicación de la corriente eléctrica alterna.
En 1886 se edificó, bajo la dirección de Stanley, la primera planta eléctrica en el poblado de Great Barrington, Massachusetts, un centro de manufactura floreciente de poco más de 2 500 habitantes. Esta planta operó con corriente alterna, con un generador que produjo una corriente de 500 V y que por medio de transformadores redujeron a 100 V, que es el valor que se requiere para hacer funcionar las lámparas. El resultado fue un gran éxito y de inmediato Westinghouse inició la manufactura y venta de equipos para distribuir electricidad por medio de corriente alterna.
Haciendo uso de los inventos del ingeniero croata Nicola Tesla, la Compañía de Westinghouse diseñó e instaló el sistema de Iluminación de la Exposición Mundial de Chicago en 1893. Poco después asume la encomienda de construir la Hidroeléctrica sobre las Cataratas del Niágara y ya en 1896 se inaugura exitosamente la Planta del Niágara que transmitió la energía eléctrica hasta Búfalo, a 20 millas de distancia. Con esta planta quedó confirmada la superioridad práctica de la corriente alterna sobre la directa y la posibilidad de ofrecer la energía desde un circuito para múltiples propósitos.
Una vez que la electricidad pudo ser generada y distribuida para la iluminación, se aprovechó para ser utilizada como fuerza motriz. Se puso así a disposición de la industria y de los transportes un nuevo medio universal de distribución de energía que dio un gran impulso a la utilización de los motores eléctricos.
La naturaleza de la luz fue atacada por la perspectiva maxwelliana que desarrolla la Teoría Electromagnética Ondulatoria de la Luz (TEM). Siguiendo esta teoría, la luz en su sentido más amplio está formada por ondas electromagnéticas que no son más que las oscilaciones automantenidas del campo electromagnético. Este logro científico de primer orden permitió al hombre explicar toda la Óptica Ondulatoria sobre bases científicas y desechar la idea del éter, amén de las múltiples aplicaciones que generó en el campo de las radiocomunicaciones y las telecomunicaciones.
Precisamente de los experimentos en búsqueda de la comprobación sobre la existencia del éter, y en particular de la obra del físico alemán Heinrich Rudolf Hertz (1857 – 1894), se obtuvo el triunfo total de la teoría de Maxwell y se fueron preparando las ideas para el surgimiento, en el siglo XX, de la Teoría de la Relatividad. Entre 1885 y 1889, Hertz (1857-1894) desde su cátedra en la Escuela Técnica de Karlsruhe descubrió que la electricidad podía transmitirse en forma de ondas electromagnéticas que se propagan a la velocidad de la luz conforme Maxwell había anticipado. Este descubrimiento puso en el orden del día histórico las invenciones de la telegrafía y la radio inalámbrica. Algunos le consideran su inventor pero lo cierto es que los 37 años de su breve existencia le impidieron ir más lejos y cristalizar en invenciones desarrolladas sus resultados experimentales. La unidad de frecuencia lleva su nombre y se simboliza por Hz.
En 1892 el químico y físico británico William Crookes (1832-1919) publicó un trabajo en la revista inglesa Fortnightly Review, en el que proponía las bases para utilizar ondas electromagnéticas como medio para transmitir señales telegráficas a través del espacio, es decir, telegrafía sin hilos o inalámbrica. Dos años después el ingeniero italiano Guglielmo Marconi (1874-1937) leyó la biografía de Hertz e inmediatamente empezó a trabajar en la idea de usar las ondas electromagnéticas para transmitir señales. Construyó los aparatos descritos por Hertz, a los cuales les añadió un cohesor, que es un tubo de vidrio que contiene limaduras de hierro, y conectó tanto el transmisor como el receptor a una antena. Una señal eléctrica que pase por el cohesor hace que las limaduras se unan durante el intervalo que dura la señal; de esta manera este dispositivo detecta ondas electromagnéticas. En 1895 Marconi probó sus aparatos, con los cuales logró enviar señales hasta distancias de un par de kilómetros. En 1898 transmitió señales a través del Canal de la Mancha y ya en 1901 logró una transmisión a través del Océano Atlántico: de Polhu en Cornualles, Inglaterra, hasta San Juan de Terranova, Canadá. Las señales inalámbricas probaron su efectividad en la comunicación para el trabajo de rescate durante accidentes marítimos. Numerosas líneas oceánicas instalaron equipos inalámbricos.
Progresos en la óptica y nacimiento de dos nuevas artes.
El primer tercio del siglo XIX fue testigo de una revolución en el campo de la óptica. No había transcurrido aún un siglo de la publicación de Opticks cuando el médico y físico inglés Thomas Young (1773 - 1829) casi con el nacimiento del siglo desafiaba la teoría corpuscular de la luz desarrollada por Newton. La teoría de Young sobre la necesidad de aceptar la naturaleza ondulatoria de la luz para explicar el fenómeno de interferencia, a pesar de la relevante posición que ocupó desde 1802 hasta su muerte como secretario externo de la Royal Society, fue acogida con una buena carga de escepticismo por la ciencia británica. A una década de sus trabajos, el físico francés Augustine Jean Fresnel (1788 - 1827) formaliza matemáticamente con gran rigor las leyes que rigen los fenómenos de interferencia y difracción de la luz.
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Desde el inicio del siglo se suceden los descubrimientos que demuestran la existencia de regiones del espectro de radiación solar invisible para el ojo humano. En 1800 el astrónomo británico de origen alemán William Herschel (1738-1822) determina experimentalmente la temperatura asociada a cada color del espectro solar y descubre que justamente por encima del rojo en la región del espectro visible existe una radiación que tenía más alta temperatura, que puede ser medida y sentida pero no ser vista: la región infrarroja. Un año después el joven físico alemán, con sólo 25 años de edad, Johann W. Ritter (1776 - 1810) descubre que hacia el otro extremo del espectro solar se extiende luego de la radiación correspondiente al violeta una radiación invisible que provoca un oscurecimiento más intenso y rápido de las sales de plata. El espectro de la radiación se ampliaba ahora y "nacía" la región ultravioleta.
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Atrapar la imagen en materiales fotosensibles fue una tarea que tocó a las puertas de físicos y químicos y exigió la alianza de la ciencia y la técnica. A los 61 años, el físico francés Joseph Nicéphore Niépce (1765-1833) en la París de la tercera década del XIX, expone una placa de estaño recubierta con un betún (derivado del asfalto) durante unas ocho horas en la cámara obscura enfocada hacia el patio de su casa y obtiene la imagen que es considerada por los expertos como la primera fotografía obtenida. Este proceso fue bautizado por Niépce como Heliografía o "grabado con la luz solar". Desde otro frente francés, el pintor Louis Jacques Mandé Daguerre (1787-1851) fijaba la imagen mediante largas exposiciones, en la cámara obscura, con placas de cobre recubiertas con plata pulida y sensibilizadas con vapor de yodo hasta que la imagen aparecía en ellas.
Mientras en Francia tenían lugar los estudios de Daguerre, en Londres el científico William Henry Fox Talbot (1800 - 1887) iba por un camino diferente hacia el objetivo común. Talbot introducía en una pequeña cámara obscura un papel humedecido con una solución de cloruro de plata y bastaba una media hora de exposición para la obtención de la imagen invertida del objeto enfocado. La superficie era entonces fijada con sal común y sometida a contacto con otro papel sensible se obtenía la copia de la imagen original. Se discute si el descubrimiento de la imagen latente y posterior revelado es obra de Daguerre o de Talbot, pero se conoce que fue Talbot el primero en emplear como sustancia fotosensible el yoduro de plata, como revelador el ácido gálico y como fijador el tiosulfato sódico. El calotipo, que así le llamó a su técnica, fue reemplazado a los pocos años por otros procedimientos, pero sentó las bases de la fotografía moderna y produjo la más decisiva revolución en el dominio de la imagen: el negativo que permite sucesivas copias. Talbot publicó en 1844 el primer libro ilustrado con fotografías, "The pencil of Nature", el cual contiene una detallada explicación de sus trabajos. A partir de entonces se desarrolla una carrera de invenciones que persiguen emplear medios de fijación más eficaces y que permitieran reducir los tiempos de exposición. Cuatro décadas más tarde George Eastman (1854-1932), inventor y filántropo estadounidense, patentó la primera película en forma de carrete que empezó a ser práctica. Se habían superados las principales barreras para la inauguración de la era fotográfica.
La asociación de la ciencia con la técnica adquiere contorno más precisos cuando advertimos que en los dos polos en que se gestan los inventos, los hombres de ciencia han catalizado los avances de la técnica fotográfica y sentado bases para su perfeccionamiento. El astrónomo y químico británico John Frederick William Herschel (1792-1871), estableció las bases científicas y muchos de los términos de la fotografía y brindó ayuda a Fox Talbot. En París, el también astrónomo y físico francés Dominique François Arago (1786-1853) actua como promotor de los trabajos de Daguerre tanto en la Academia de Ciencias como en la Cámara de Diputados de la capital francesa.
Ya en tiempos de la Grecia antigua se conoció el fenómeno de la persistencia de la imagen en la retina. Pero su cabal comprensión sólo fue posible a partir de los estudios del físico belga Joseph Antoine Plateau (1801 -1883) quien no sólo condujo los experimentos demostrativos de los factores influyentes en la persistencia retiniana sino que inventó en 1832 un dispositivo precursor del cine, el llamado disco mágico de Plateau que rodando las imágenes a una velocidad superior a 10 cuadros por segundo, lograba dar la impresión de animación de las imágenes. Plateau perdió la vista en medio de su consagración a los experimentos y no pudo arribar a la invención del cine.
Sesenta y tres años después de la invención del disco mágico de Plateau los hermanos Lumière, Louis (1864-1948) y Auguste (1862-1954), patentaron el cinematógrafo, un dispositivo que funcionaba como cámara de cine, proyector e impresor de copias. Se cumplía en este ingenio el principio establecido por Plateau: una manivela se ocupaba del arrastre intermitente de la película a una velocidad de 16 imágenes por segundo. Casi al finalizar el 1895, un 28 de diciembre, se estrenaba en París las primeras películas rodadas cada una con un minuto de duración. El tremendo impacto que tuvieron estas primeras proyecciones en el nuevo público espectador anunciaron las potencialidades de la nueva técnica naciente. La primera cinta filmada por los hermanos Lumiere: "Salida de los obreros de la fábrica Lumière" constituyó un importante documento social antecesor de los primeros documentales.
El siglo cierra con resonantes éxitos de la ciencia y la técnica en el arte de atrapar las imágenes de las cosas sobre materiales fotosensibles. No sólo se hará a partir de ahora perdurable la reproducción en imagen del acontecimiento o del personaje para todos los tiempos, sino que el hombre ha aprendido a captar las señales de lejanos confines del universo, contribuyendo a descifrar su composición mediante una nueva técnica que ha sido llamada espectroscopia.
El
descubrimiento de la espectroscopia fue el resultado del estudio de la interacción entre la radiación visible y la sustancia
abordado hacia mediados de siglo por el físico alemán
Gustav Kirchhoff (1824 - 1887) y el químico Robert Bunsen (1811-1899).
Ellos descubren que cada elemento cuando se calienta hasta el estado
incandescente emite una luz de color característico. Cuando esta luz
emitida es separada en sus componentes por un prisma cada elemento origina
un patrón único. Esto hizo posible el nacimiento del análisis espectroscópico
para identificar la composición química de las sustancias. Pero
más lejos aún llegaron con el descubrimiento de que los gases de los
elementos absorbían luz de longitudes de onda específicas. Esto aclaraba
las misteriosas líneas oscuras (líneas de Franhoufer) del espectro solar y
significó el descubrimiento de un método para identificar la composición
química de remotos astros en el firmamento estelar.
Un problema que desborda la imaginación del hombre fue inscrito en el orden del día de la investigación científica justamente en la mitad del siglo XIX. El físico francés Jean Bernard Leon Foucault (1819 - 1868) registró la velocidad de la luz en 298 000 km por segundo usando el método del espejo rotatorio. Un año más tarde descubrió que la velocidad de la luz depende del medio de propagación al encontrar diferencias en el agua y en el aire.
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Por otra parte, en los últimos 25 años del siglo se producen los antecedentes inmediatos para un cambio de paradigma en la concepción del átomo y la consiguiente necesidad de la elaboración de un modelo atómico:
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En 1879, William Crookes (1832 – 1919) investigando el paso de la electricidad a través de un gas enrarecido en un tubo de descarga, pudo descubrir la emisión de un haz de rayos que se propagan en trayectoria rectilínea, a los que llamó rayos catódicos.
· Johaann Jakob Balmer (1825 –1898), al estudiar el espectro de emisión del Hidrógeno, establece en 1885 que sus líneas espectrales se pueden agrupar en series cada una de las cuales converge a una frecuencia dada. Más tarde, Rydberg (1854 – 1919) obtiene la ecuación empírica para calcular la longitud de onda de la luz correspondiente a cada línea espectral en la serie de Balmer.
· Jean Perrin (1870 – 1942), en 1895, al estudiar el comportamiento de los rayos catódicos en el tubo de Crookes, cuando se exponen a la acción de un campo magnético, demuestra que constituyen partículas cargadas negativamente.
·
Este propio año de 1895 nos trae el reporte de Roetgen acerca de una nueva radiación observada en el tubo de descarga de Crookes, emitida esta vez por el anticátodo a la cual llamó, ante la polémica surgida acerca de su naturaleza corpuscular u ondulatoria, rayos X. Un año después, Henri Becquerel (1852 – 1908), físico por herencia, descubre casualmente que ciertas sales de uranio emiten una radiación invisible.
Estos hechos experimentales reclamaban la construcción de un modelo atómico. Tales modelos aparecieron ya en el siglo XX dando así lugar al nacimiento de la Física Atómica y a la Física Nuclear y al dominio por el hombre de inusitadas fuentes de energía, camino que no ha concluido en cuanto a la reacción controlada de la fusión nuclear.
Teorías Primarias y la integración de la Química-Física
En el campo de las Ciencias Químicas, el siglo XIX es prolijo en adelantos que van desde los primeros elementos de la teoría atómica y estructural, hasta las bases de la síntesis orgánica.
Se profundiza en este siglo la interacción entre una industria química naciente y los primeros laboratorios de investigación y enseñanza. Hasta entonces la instrucción en el campo de la Química tenía como principales protagonistas a médicos y aficionados con recursos propios, pero a partir de ahora se inicia un sistema de educación química al abrirse cátedras en las Universidades. Pionero en esta etapa fundacional es el químico alemán Justus von Liebig, que abre en Giessen, el primer centro de investigación y enseñanza de la Química. Alemania pronto se convertía en nación líder del desarrollo de esta ciencia y de la industria que ella apoya. Los laboratorios de tales industrias en franco desarrollo necesitaban del personal calificado, egresado de las Universidades y de la asesoría del personal docente. En el marco de esta creciente interacción surgen hacia finales del siglo XIX los grandes consorcios tintoreros y farmacéuticos que otorgaron a Alemania hasta la I Guerra Mundial el liderazgo científico – técnico en la Química.
Desde el punto de vista de su autodesarrollo, una vez que en el siglo XVIII fueran experimentalmente establecidas las leyes ponderales de las reacciones químicas, se exigía una teoría que explicara el comportamiento observado.
El
inicio del siglo vería aparecer la obra “Nuevo sistema de filosofía
química”, en la que el químico inglés John Dalton (1766 – 1844) expondría su teoría atómica.
Esta
teoría era capaz de explicar la ley de las proporciones definidas en que se
combinan las sustancias, en términos de la combinación de un número
determinado de átomos o átomos compuestos (moléculas diríamos hoy según
la propuesta de Avogadro) en una reacción dada.
Por otro lado, la capacidad de esta teoría para inferir nuevos hechos
experimentales que se resumen en la ley de las proporciones múltiples
demostrada por el propio Dalton, le confirió una amplia aceptación en la
comunidad de químicos.
Al
tiempo que los postulados de la teoría daltoniana demostraron su capacidad
explicativa y predictiva, definieron los
principales problemas que señalan el derrotero de las investigaciones de
los químicos al inicio del siglo.
La
determinación de los pesos atómicos fue basada en los resultados de los métodos
físicos más avanzados de estos tiempos, adoptando una escala relativa con
respecto al átomo de oxígeno (elemento que se combina con la mayoría de
los elementos conocidos para dar lugar a las combinaciones binarias).
Un
extraordinario impulso recibiría el descubrimiento de nuevos elementos químicos,
los bloques unitarios a partir de los cuales se forma el infinito universo
de los compuestos químicos.
La
Antigüedad reconoció siete elementos metálicos (oro, plata, hierro,
cobre, estaño, plomo y mercurio) y dos no metales (carbono y azufre); el
esfuerzo de la alquimia medieval sumó el conocimiento de otros cinco (arsénico,
antimonio, bismuto, cadmio, zinc y fósforo); y el siglo XVIII, con el
estudio de los gases dejó como fruto el descubrimiento de cinco nuevos
elementos (hidrógeno, flúor, cloro, nitrógeno y oxígeno) mientras el análisis
de minerales aportaba la identificación de 14 elementos, trece de ellos
metales típicos y un semimetal, (cobalto, platino, níquel, magnesio,
manganeso, tungsteno, molibdeno, uranio, zirconio, titanio, ytrio, berilio,
cromo y teluro).
En
total a las puertas del siglo XIX eran conocidos 35 elementos químicos, una
década después del descubrimiento de Mendeleiev hacia 1880, se había
duplicado el número de elementos químicos conocidos. Ochenta años de
actividad científica habían igualado más de seis milenios de práctica
humana.
Dos
factores contribuyeron de forma decisiva a este vertiginoso crecimiento en
los elementos conocidos: la aplicación de la pila voltaica para conducir la
descomposición de las sustancias; y la introducción de las técnicas
espectrales al análisis de muestras de minerales tratadas convenientemente.
El
sistema jeroglífico de representación de los elementos químicos heredado
de la alquimia fue sustituido por un sistema más racional de notación
simplificada que se asocia a la representación de una o dos letras
iniciales (con frecuencia derivada de los nombres en latín, plata = argentum,
Ag). Este sistema de notación fue propuesto por
el químico sueco Jöns J. Berzelius
(1779 – 1844), considerado uno de los fundadores de la Química, quien
descubriera tres elementos químicos (selenio, cerio y torio) y aplicara los
métodos más refinados de determinación de pesos atómicos en la época.
Al
sistema de notación le sucedió la necesidad de explicar en virtud de qué
tipo de fuerzas se enlazan los átomos. Entre los primeros intentos por
aclarar este enigma se destaca la teoría electroquímica creada por el
propio Berzelius en momento tan temprano como el 1810. Su original hipótesis
considera que cada átomo tiene dos polos de signos contrarios, pero
predomina uno. Así clasificaba a los elementos como electropositivos o
electronegativos según predominara el polo positivo o negativo del átomo.
Siguiendo su hipótesis la fuerza atractiva entre los átomos enlazados era
un resultado de la atracción entre los polos predominantes de cada átomo.
El período de vida de tal teoría, a pesar de sus interesantes bases, fue
relativamente fugaz al no poder explicar la existencia de las agrupaciones
atómicas (moléculas) estables constituidas por átomos de igual naturaleza
(concebidas por Avogadro) y por tanto de la misma predominante polaridad.
El
"olvido" de las importantes hipótesis contenidas en los trabajos
de Amadeo Avogadro (1776 - 1856) publicados en la segunda década del XIX,
constituye un ejemplo elocuente de la presión que puede ejercer la
autoridad de determinadas personalidades sobre la comunidad científica.
Avogadro comprende que Dalton había confundido los conceptos de átomos y
moléculas y describe con claridad la distinción entre ellos en artículo
publicado en el Journal de Physique. Las sustancias elementales de
hidrógeno y oxígeno son en realidad moléculas conteniendo dos átomos
cada una. Así dos moléculas de hidrógeno pueden combinarse con una molécula
de oxígeno para producir dos moléculas de agua.
Avogadro
sugirió también que volúmenes iguales de cualquier gas a la misma
temperatura y presión contienen el mismo número de moléculas, postulado
que pasa a la Historia como "Ley de Avogadro". La combinación de
la noción de molécula y esta hipótesis explicaba perfectamente la ley de
los volúmenes de combinación encontrada experimentalmente en 1809 por
Louis Joseph Gay-Lussac (1778 -1850). Sin embargo sus ideas eran rechazadas
(por razones diferentes) por Dalton y Berzelius y no fue hasta el Congreso
de Karlsruhe, ya desaparecido Avogadro, que Cannizaro demuestra
la importancia de sus conceptos y postulado para obtener no sólo las
masas moleculares, sino también indirectamente las masas atómicas.
Un
cambio de paradigma en el estudio sistemático de las propiedades de los
elementos químicos fue dado por el descubrimiento de la Ley Periódica. De
la cuajada Tabla Periódica que conocemos hoy con más de cien elementos, un
año antes de la revelación de Mendeleiev, se habían descubierto sesenta y
cuatro.
En
1869, el químico ruso Dimitri Mendeleiev (1834
– 1907) defendió la tesis de que una variación regular en las
propiedades de los elementos químicos se podía observar si estos se
ordenaban en un orden creciente de los pesos atómicos.
La
edificación de la tabla periódica de Mendeleiev
no solo dio lugar a la clasificación de los elementos químicos en familias
o grupos sino que posibilitó la predicción de la existencia de elementos
químicos aún no descubiertos y de las propiedades que estos debían
exhibir. La sorprendente correspondencia entre estas predicciones y los
descubrimientos de nuevos elementos que se producirían en los años
subsiguientes demostró la validez de la ley periódica y constituyó un estímulo
para la realización de estudios de nuevas correlaciones en la tabla
propuesta.
Paralelamente
con este desarrollo del análisis químico y el descubrimiento de los
elementos que componen la diversidad de las sustancias químicas, hacia la
mitad del siglo se configuran otros enfoques de los estudios estructurales que esquivando el problema de la
naturaleza de las fuerzas químicas elaboran importantes conceptos como el
de la valencia y la isomería
estructural de las sustancias
orgánicas en un esfuerzo por aclarar la forma en que se enlazan los átomos en la estructura particular
de la sustancia y edificar un sistema de símbolos y notaciones que
permitieran una comunicación universal.
En
esta empresa se deben destacar dos momentos contrapuestos: la teoría de los
tipos defendida por el químico francés Charles Frédéric Gerhardt (1816 -
1856) y la teoría de la valencia propuesta por el químico británico
Edward Frankland (1825 -1899).
La
teoría de los tipos constituyó un intento de relacionar las propiedades
con la composición de las sustancias químicas rechazando toda tentativa,
considerada como inalcanzable para el juicio humano, de abordar el estudio
de la estructura molecular. En su “Tratado de Química Orgánica”
publicado en 1853, Gerhardt intenta la sistematización del estudio de los
compuestos orgánicos según la analogía que muestran las composiciones de
sus moléculas.
La
otra línea de pensamiento defendida por Frankland admite como posible la
determinación de la estructura de las moléculas e introduce el concepto de
valencia como pieza clave para cumplir esta tarea. La valencia vendría a
expresar la capacidad de un átomo de formar compuestos con un número dado
de átomos de otro elemento. Tomada la valencia del hidrógeno igual a la
unidad, se puede considerar que la valencia de otros elementos está dada
por el número de átomos de hidrógeno que se unan al átomo del elemento
dado.
El
desarrollo ulterior de las ideas de Frankland tienen como principales
protagonistas a quien fue a la Universidad de Giessen a titularse de
arquitecto y terminó, cautivado por Liebig, convertido en arquitecto
de las moléculas orgánicas, el químico alemán de descendencia checa
August Kekulé von Stradonitz (1829 -1896) y al académico ruso Alexander
Mikhailovich Butlerov (1828-1886).
En
1862 arribó al laboratorio de Kekulé el profesor de Química de la
Universidad de Kazán con sus ideas acerca de la orientación tetraédrica
de los enlaces de los átomos de carbono. La integración de los supuestos
de ambos investigadores conducen a las principios siguientes: la unión de
los átomos ocurre en correspondencia con su valencia; los átomos se
enlazan en la molécula en un orden determinado; las propiedades de las
sustancias dependen no sólo de la naturaleza y cantidad de los átomos que
la constituyen sino del orden y disposición en que estos se unen, es decir
de la estructura molecular.
Al
inicio de los setenta el químico holandés Jacobus Henricus van't Hoff
(1852–1911) trabajó en Bonn con Kekulé durante un año y
se informó del repertorio de nociones que sobre el enlace habían
desarrollado de manera independiente su tutor y Butlerov.
La
profunda interrelación entre la Física y la Química acompaña al
complejo proceso de diferenciación e integración que ha definido sus
respectivos objetos de estudio antes y durante este siglo. La posición
central que ocupa la Química en el desarrollo del conocimiento científico
condiciona que su proceso de construcción sobre todo a partir de la segunda
mitad de este siglo esté marcado por una permanente expansión hacia las
fronteras por un polo con el mundo de la Física y surgen así las primeras
obras fundacionales que testimonian el desarrollo inicial de las disciplinas
o ramas de la Química Física.
Dos
años antes de que Julius Robert von Mayer (1814 – 1878) estableciera la
relación cuantitativa entre calor y trabajo y con casi una década de
precedencia a los trabajos seminales de James P. Joule (1818-1889) que
condujeran a la formulación de la ley de conservación y transformación de
la energía, los estudios termoquímicos publicados por el académico ruso
Germain Henri Hess (1802 - 1850) en 1840 demuestran experimentalmente la ley
conocida como de la suma constante de los calores.
La
ley de la suma constante de los calores es expresión en el universo de las
transformaciones químicas de aquel principio universal de la naturaleza que
para algunos abrió paso a una segunda etapa en el desarrollo de las
ciencias físicas, basada en la aplicación de los principios de conservación.
De acuerdo con la ley el calor involucrado en un proceso químico es
independiente de si se produce a partir de una o varias etapas. La ley de
Hess fue aplicada históricamente para la determinación de las entalpías
de formación de compuestos que no se forman fácilmente a partir de sus
elementos constituyentes o para la evaluación de otros procesos cuya
determinación por vía directa se torna experimentalmente muy difícil.
En
1876 corresponde a Josiah Gibbs (1839 – 1910) el mérito de relacionar en
un cuerpo teórico coherente, las tres magnitudes que caracterizan en términos
termodinámicos un proceso químico: la variación de energía libre, la
variación de entalpía y la variación de entropía. A partir de entonces
la Termodinámica se convierte en una disciplina de capacidad predictiva
para evaluar la tendencia de una reacción a verificarse en una dirección
dada. En otras palabras, la reversibilidad del fenómeno químico a partir
de entonces comienza a tratarse en términos cuantitativos.
La
obra de Van´t Hoff se evalúa como de las primeras en el campo de la Química
Física. Si en 1866 es establecida teóricamente, a partir de
consideraciones cinéticas, la ley de acción de masas por los químicos
noruegos Cato Guldberg (1836 - 1902) y Peter Waage (1833 -1900), Van´t Hoff
desarrolla en 1883, con un alcance más generalizador, la demostración
termodinámica de esta ley. De gran importancia fue su desarrollo de la
relación general entre calor de conversión y el desplazamiento del
equilibrio como resultado de la variación de la temperatura. La ecuación
de enlace entre la constante de equilibrio y la temperatura lleva su firma.
Este principio del equilibrio móvil fue posteriormente generalizado por el químico francés Henry Le Chatelier
(1850 -1936) y es ahora conocido como principio de van´t Hoff
- Le Chatelier.
Una esencia de las reacciones químicas a la cual Vant Hoff contribuye destacadamente es el problema de la rapidez con que estas se manifiestan. Comprender los factores que inciden sobre la rapidez a la que se verifica una transformación química presupone la capacidad de gobernarla convenientemente. En 1884 desarrolla las bases teóricas de la Cinética Química en su publicación “Estudios de la dinámica química”. Aún hoy es aplicado su método para la determinación experimental de los órdenes de reacción.
Otro
peldaño imprescindible en la edificación de la teoría de la Cinética
Química fue puesto por el químico - físico sueco Svante Arrhenius
(1859 – 1927) quién en 1889 estudia la correlación existente entre la
rapidez con que se efectúa una reacción química y la temperatura. Los
resultados experimentales le permiten deducir una nueva magnitud, la energía
de activación. Este concepto conduce a la elaboración de la teoría de las
colisiones efectivas como forma de interpretación de las reacciones químicas
a partir de las nociones de la teoría atómico – molecular de la
constitución de las sustancias. Otro
problema que ataca Arrhenius es el efecto catalítico observado, por
ejemplo, en la hidrólisis del almidón acelerada por la presencia de ácidos,
o por un producto aislado de las levaduras, la diastasa.
La rama de la Química - Física que nace teniendo como objeto de estudio la relación entre el fenómeno químico y la electricidad, la electroquímica, encuentra sus antecedentes en el descubrimiento de la pila voltaica. Fue la fuente de energía que permitió electrolizar las sustancias compuestas para obtener nuevos elementos.
El mérito de haber iniciado la aplicación del invento de Volta al estudio de la electrodescomposición de las sustancias químicas correspondió a Sir Humphry Davy (1788 –1829), quien llegó a presidir en 1820 la Sociedad Real londinense. Entre sus notables hallazgos Davy archiva el descubrimiento de 5 metales activos en dos años. Cinco fueron precisamente los elementos descubiertos en siglos por la Alquimia Medieval. La historia reconoce que Davy no pudo escapar del sentimiento de envidia hacia su discípulo Faraday e intentó bloquear su entrada en la Royal Society. No siempre los científicos han dado muestras del altruismo que debe caracterizar las relaciones entre las personas.
Fue Faraday precisamente quien en 1834 desarrolla los primeros elementos de una teoría que explica los fenómenos electrolíticos, cuando publica sus trabajos sobre electrólisis que resumen sus leyes cuantitativas y sitúan sobre el tapete la profunda relación entre enlace químico y electricidad. Siete años más tarde con apenas 50 años comienza a padecer de una rara enfermedad neurológica que le produce una pérdida progresiva de la memoria y lo conduce a una vejez larga y difícil.
En
la década del 30 el químico y meteorólogo británico John Frederic
Daniell (1790 - 1845) se sintió profundamente interesado en los trabajos de
su amigo Faraday y giró el centro de su actividad hacia la electroquímica.
Los experimentos de Daniell por mejorar la
batería de Volta con sus problemas de dar una inestable y débil fuente de
corriente datan de 1835. Un año después el inventó una celda primaria en
la cual el dihidrógeno fue eliminado en la generación de
electricidad y por tanto había resuelto el problema de la polarización.
Hacia fines de esta década la pila de Daniel era usada para alimentar de
energía los nacientes sistemas telegráficos de Gran Bretaña y los
Estados Unidos.
La primera pila secundaria o acumulador (sistema químico que garantiza la regeneración de las sustancias químicas agotadas durante el funcionamiento de la pila) es inventada en 1859 por el físico francés Gastón Planté (1834 - 1889). Este invento puede ser considerado una de las grandes contribuciones de la química al desarrollo de los móviles terrestres. Cuando entre 1885 y 1887 los ingenieros alemanes Karl Benz (1844-1929) y Gottlieb Daimler (1834-1900) fabricaron los primeros automóviles de gasolina eficaces, al acoplar un motor de combustión a un vehículo, disponían ya de los acumuladores para generar la corriente eléctrica necesaria.
Un
nuevo hito en el diseño de pilas primarias fue dado por el ingeniero francés
Georges Leclanché (1839 - 1882). Seis años después de graduado, en 1866
Leclanché sorprende al mundo con el desarrollo de la pila que llega hasta
nuestros días con el errado título de pila seca.
La invención de Leclanché fue sometida a perfeccionamientos hasta
que en la década de los ochenta, luego que Edison inventara el bombillo de
filamento de tungsteno en 1879, comienza su producción comercial alentada
por la fabricación de las primeras linternas.
Un importante salto en el desarrollo de la electroquímica significó la teoría de la disociación electrolítica desarrollada por Arrhenius en 1884. Algunos la asocian con el momento del despegue de la Electroquímica como disciplina científica. A Arrhenius y al químico letón Wilhem Ostwald (1853 - 1932) se deben la introducción de los conceptos de equilibrio iónico, equilibrio ácido-base, conductividad electrolítica, fundamentos indispensables para la comprensión del universo de las sustancias iónicas.
Un
gran momento en la aplicación de la Electroquímica a la tecnología viene
representado por la producción del aluminio a partir de técnicas electroquímicas
(1886). Hasta este momento el aluminio constituía un metal de escaso uso
por las dificultades presentadas en la reducción de su óxido.
El
siglo cierra con lo que fuera una de sus iniciales tendencias, los
descubrimientos de nuevos elementos químicos.
Pero
esta vez, Sir William Ramsay (1852-1916), premio Nobel en 1904, debió
enfrentarse al difícil problema de aislar de la atmósfera aquellos gases
caracterizados por su extraordinaria inercia química comenzando por el que
está en mayor abundancia relativa, el argón (del griego Argos, noble).
En
1898, dos años después del descubrimiento del físico francés Antoine H.
Becquerel (1852 – 1908) sobre la radiación emitida por el uranio, Marie
Sklodowska (1867 – 1934) y Pierre Curie (1859 – 1906), al analizar
ciertos minerales uránicos descubrieron un metal vecino del Bismuto en la
Tabla Periódica al cual llamaron, en honor al país natal de Marie,
Polonio. Otros dos radioelementos serían descubiertos en el laboratorio de
los Curie antes del fin de siglo: el radio y el actinio. A los elementos de
núcleos inestables “los transuránicos” le correspondería jugar un
papel sin precedentes en la historia del hombre: el dominio de la llamada
energía nuclear.
Primeros pasos de una Química "Orgánica"
En el mundo de las sustancias orgánicas este período inicial representa el predominio del análisis sobre la síntesis. En tanto los estudios analíticos responden a una línea de pensamiento debidamente formulada, los resultados sintéticos aparecen con frecuencia atravesados por la casualidad.
La complejidad de los compuestos orgánicos hacía más difícil la búsqueda de regularidades que permitieran un principio de clasificación.
Dos hechos que resultaban especialmente significativos se asocian al descubrimiento de los isómeros estructurales, sustancias que respondiendo a la misma fórmula de composición difieren en sus propiedades, y de los isómeros ópticos, sustancias que sólo se distinguen en el sentido que hacen girar el plano de polarización de la luz polarizada, por L. Pasteur (1822 – 1895). Para los investigadores de la época tales diferencias debían encontrar respuestas en el diferente ordenamiento de los átomos en la estructura molecular. Arriba se reconocen las aportaciones hechas en la solución de este problema por Kekulé, Butlerov y vant'Hoff. En lo esencial se fue configurando la forma de representación en el plano de las fórmulas estructurales de las moléculas que permitió la clasificación de las familias orgánicas de acuerdo con la presencia de determinados grupos funcionales.
Las investigaciones en el campo de los compuestos orgánicos debieron en lo fundamental constreñirse al aislamiento y posterior caracterización de determinadas sustancias provenientes de materiales vegetales o animales.
Berzelius, ante la complejidad observada por las sustancias orgánicas desarrolla la teoría del vitalismo, según la cual los tejidos vivos debían disponer de una fuerza vital para la producción de las sustancias orgánicas. La extensión de estas nociones en el mundo académico de la época desalentó por un tiempo la investigación en el campo de la síntesis.
Pero ya en 1828 el pedagogo y químico alemán Friedrich Wöhler (1800 – 1882), sin proponérselo, descubre que el calentamiento de una sal (cianato amónico) producía la urea (un producto de excreción del metabolismo animal ya conocido por entonces), con lo cual el vitalismo recibe su primer golpe. No fue casual su aportación menos reconocida pero que aún hoy se aplica, al desarrollar el método de producir el acetileno a partir del carburo de calcio.
Debieron pasar varias décadas para que, primero A. W. Kolbe (1818 – 1884), discípulo de Wöhler, y luego Pierre E. M. Berthelot (1827 – 1907), lograran la síntesis de moléculas orgánicas simples (como el metanol, etanol y otras) a partir de las propias sustancias elementales de naturaleza inorgánica que los constituyen.
Un golpe de muerte definitivo recibiría el vitalismo cuando el propio Berthelot, aprovechando los resultados del estudio hidrolítico de las grasas (no casualmente la familia con la más simple estructura de la gran tríada grasas, carbohidratos y proteínas), se propuso la síntesis de una grasa a partir de un solo tipo de ácido carboxílico (graso) y la glicerina obteniendo una grasa “sintética” con propiedades similares a la grasa natural estearina. Berthelot continuó la tradición de los químicos inmersos en las trasformaciones públicas derivadas de la Revolución Francesa y supo combinar el trabajo científico al más alto nivel, con la labor de alto funcionario de la Educación en Francia, desde Inspector General hasta Ministro de Instrucción Pública durante toda una década. Además sustituyó a Pasteur como secretario vitalicio de la Academia Francesa de la Ciencia. A partir de sus trabajos quedó demostrada la metodología a seguir en el proceso de aprehensión del conocimiento de las sustancias orgánicas complejas: primero dilucidar, mediante el análisis, la estructura y luego probar las rutas de su síntesis. El terreno quedaba fertilizado para empeños mayores.
La casualidad se empeñaría no obstante en contribuir al desarrollo de la Química. Cuando a mediados de siglo, el famoso químico alemán Augusto W. Hofmann (1818 -1892) fuera invitado a Inglaterra para fundar la primera Escuela Superior de Química británica, nadie podría imaginar que tres años más tarde, en el verano de 1856, un discípulo de 18 años William H. Perkin (1838 – 1907), obtuviera la primera patente por la fabricación de un colorante sintético. El colorante fue el resultado del tratamiento de la anilina con un oxidante enérgico (la anilina había sido aislada por Hofmann en el alquitrán de hulla) cuando Perkin se encontraba intentando obtener por vía sintética la quinina. Se abriría un nuevo capítulo, iniciado más de un milenio atrás por los antiguos fenicios, la producción de colorantes y tintes sintéticos que superaban a los naturales por sus propiedades y costos.
Más espectacular que la fabricación del primer colorante sintético resultó la invención de la primera materia plástica del mundo. Impulsado por el interés de hacerse de la recompensa ofrecida para quien describiera la forma de fabricar un material que sustituyera el marfil en la producción de bolas de billar el joven John Hyatt (1837 –1920) con solo 18 años y sin ninguna preparación en Química logra en 1865 producir, mediante el tratamiento con calor y presión de una mezcla de nitrocelulosa (sustancia explosiva), alcanfor y alcohol, el celuloide. Cinco años más tarde John y su hermano Isaías (1835-1895) inauguran en Nueva York la primera fábrica de celuloide del mundo. Nacían los objetos plásticos y traían, junto a las propiedades atractivas de estas sustancias, un imperdonable defecto: la vida oculta de la nitrocelulosa le hacía ser inflamable e incluso podía estallar. Mejorar las propiedades de estos materiales parecía una tarea del orden del día, pues entre otros objetivos de la época se imponía la obtención de nuevos materiales para grabar imágenes y sonidos. Sin embargo abría que esperar hasta el siglo siguiente para que la deficiencia del celuloide fuera superada al sustituirse la nitrocelulosa por la acetilcelulosa, y para que los trabajos de Baekeland traerán la segunda materia plástica sintética: la bakelita.
La
investigación de los explosivos nacía aliada a fines bélicos, primero en
la continuación de los estudios, ya iniciados a fines del siglo anterior en
el laboratorio de Lavoisier (1743-1794),
por perfeccionar la pólvora y más tarde cuando
en la guerra de Crimea (1853 – 1856), el sueco
Enmanuel Nóbel propusiera a los rusos el empleo de las minas marítimas,
con la utilización del algodón pólvora inventado por el químico alemán
Schonbein (1799 – 1868) en 1846. Este minado impediría, ante la sorpresa
del Almirantazgo inglés, el acceso de la flota hasta Petrogrado.
Se ha llegado a afirmar que el episodio que sufre el discípulo de Lavoisier, el joven químico francés experto en la fabricación de la pólvora Eleuthere I. Dupont de Nemours (1771 - 1834) cuando se ve obligado a emigrar del escenario de la Revolución francesa por los cargos que se le imputan a su padre, funcionario público y amigo de Lavoisier, y se asienta con su familia en los Estados Unidos constituyó una suerte para los destinos del pujante país. Es allí donde Dupont hacia principios del siglo XIX patenta una pólvora con índices de calidad superior a la pólvora francesa, patrón de excelencia en la época, y levanta una fábrica en Wilmington, Delaware para producirla. El producto de la Fábrica Dupont fue una pieza clave en las guerras para la conquista del oeste americano y la expansión de su territorio. Ya en el siglo XX la Compañía Dupont de Nemours se convirtió en la Empresa química mayor del mundo, cuando asumió el liderazgo de la investigación en campo de las fibras artificiales y otros materiales plásticos, sus fabulosas ventas llegaron a rozar los 50 mil millones de dólares y a inicios del nuevo milenio se ubicaba entre las 10 empresas de más alta cotización en la Bolsa de Nueva York.
En
esta dirección de los productos explosivos se inscribe un compuesto de
propiedades asombrosas: la nitroglicerina. Descubierta en 1847 por el químico
italiano Ascanio Sobrero (1812 - 1888) en esta sustancia se combinan
propiedades terapéuticas y explosivas. Como explosivo la nitroglicerina era
sorprendente pues no había que encenderla para que explotara sino que
estallaba sólo por percusión. Precisamente por eso la cara de
Sobrero quedó gravemente cicatrizada luego de un accidente sufrido durante
sus investigaciones en la década de los 40. Respecto a su descubrimiento
sentenció: "cuando pienso en todas las víctimas de las explosiones de
la nitroglicerina, y el estrago terrible que ha sido causado, que con toda
probabilidad continuará ocurriendo en el futuro, me siento casi avergonzado
de admitir haber sido su descubridor." En
1879, William Murrel (1853 - 1912) proponía el uso sublingual de la
nitroglicerina para el tratamiento de la insuficiencia coronaria.
Correspondió
al hijo de Enmauel, el químico sueco Alfred Nóbel inaugurar la producción
de una nueva generación de explosivos nitrados orgánicos. En el año 1863
patentó una mezcla de nitroglicerina y pólvora negra muy superior en
potencia a cualquiera de las modificaciones europeas de la pólvora china.
Sin
embargo el aceite explosivo, como lo nombró su inventor, adolecía de un
punto débil para su aplicación. Un golpe involuntario podía provocar una
explosión inesperada. Tres años después y mediando un casual derrame del
aceite explosivo sobre la arcilla, fabricó un explosivo sólido constituido
por una mezcla de nitroglicerina, arcilla y sosa calcinada, nacía la
dinamita. Esta no solo superaba al aceite explosivo en potencia sino también
en la obediencia a explotar sólo ante un golpe que generase una temperatura
no inferior a los 180oC. Las investigaciones
prosiguieron y según se narra al sueco le favorecieron las iluminaciones. A
12 años de su primera invención, se preguntó cómo se modificaría la
nitroglicerina al mezclarse con colodión y en efecto obtuvo una gelatina
explosiva más potente que la dinamita y al mismo tiempo más estable.
Conjuntamente con el interés despertado por la síntesis de los colorantes, los científicos y las nacientes empresas químicas, principalmente alemanas, comenzaron a manifestar un gran interés por la síntesis de sustancias con acción fisiológica y propiedades curativas.
En 1805, el químico farmacéutico alemán Friedrich
Wilhelm Serturner (1743-1841 ) aisló y describió el alcaloide principal e
ingrediente activo más poderoso del opio. Serturner lo bautizó con el
nombre de morfina para evocar al dios griego de los sueños, Morfeo. Este
suceso fue seguido por el descubrimiento de otros alcaloides del opio: la
codeína en 1832 y la papaverina en 1848. A 50 años del descubrimiento de
Serturner, comienzan a prescribirse estos alcaloides puros para calmar el
dolor, la tos y la diarrea. Durante este período con la invención de la
jeringuilla hipodérmica, el Dr. Alexander Wood descubre una nueva forma de
administrar la morfina: la inyección.
Los problemas de adicción provocados por el opio y la
morfina pretendieron ser superados por una droga más potente como analgésico
pero supuestamente no-adictiva. En la década de los años 70 se obtuvo la
morfina acetilada que más tarde fuera llamada por el químico de la
Compañía Bayer de Elberfeld, Heinrich Dresser (1860 – 1924), heroína
(del vocablo alemán heroich: heroico). La
heroína fue inicialmente usada como un antitusivo superior aplicable a los
enfermos con la
tuberculosis por entonces incurable para calmarle los
ataques de dolor y de tos. Pronto pudo comprobarse que tanto por sus
propiedades narcóticas como adictivas la heroína superaba a la morfina.
Las estadísticas mundiales del siglo próximo demostraban que la mayor
tendencia a la adicción se observaba en las edades entre 18 y 29 años. Es
decir en el intervalo en que los jóvenes deben cursar estudios
superiores.
En el repertorio de los descubrimientos trascendentes se inscribe una de las más inocuas e importantes drogas: la aspirina. Kolbe, en 1886 había obtenido la sal sódica del ácido salicílico que resultó ser un calmante efectivo pero su ingestión traía serias secuelas digestivas. Los químicos de la empresa química de Baeyer, encontraron el medio de producir en 1899 el ácido acetilsalicílicio, la famosa aspirina. Ni antes ni después se ha encontrado un producto farmacéutico sintético tan universal, inocuo y barato.
La investigación del movimiento biológico
a partir de sus bases químicas.
Erigida la teoría que consideraba la célula como unidad
de estructura y función de los organismos vivos, la atención de equipos de
investigadores se dirigía hacia el estudio de la composición química de
las células y de los organismos más simples, que pronto se descubrieron como responsables de procesos
beneficiosos o perjudiciales para el hombre. Así el descubrimiento del rol
jugado por las enzimas, la comprensión de los mecanismos del desarrollo de
las enfermedades y del sistema inmunitario, y el estudio de las sustancias presentes en las estructuras celulares y
responsables de los procesos vitales fueron objetivos de la investigación
de médicos que se convirtieron en químicos fisiólogos y de una nueva
generación de químicos.
A fines del siglo XIX se suceden los hallazgos científicos que demuestran la importancia de ciertas sustancias secretadas por las glándulas en la estimulación y regulación de funciones vitales del organismo.
En la versión germanizada de la Universidad de Estrasbourgo, donde se concentrara una constelación de la ciencia alemana, en 1889 los médicos Joseph von Mering (1849-1908) y Oscar Minkowski (1858 – 1931) publican los resultados experimentales que descubren la relación entre la diabetes y una insuficiencia funcional en el páncreas. Se abría paso a una de las grandes realizaciones de la medicina experimental: el aislamiento, caracterización y empleo de la insulina para el combate de la diabetes. Se inaugura también el capítulo del estudio de las hormonas, sustancias mensajeras que secretadas por las glándulas al torrente sanguíneo, regulan las mas diversas funciones del organismo.
En la última década del siglo XIX el médico escocés Edward Schäfer (1850 - 1935) investigaba en la Universidad de Edimburgo los efectos fisiológicos de un extracto de las glándulas suprarrenales en animales anestesiados. Por estos años, John Jacob Abel (1857 – 1938), fundador en 1893 del Departamento de Farmacología de la Escuela de Medicina de la célebre Universidad Johns Hopkins, y su “grupo de Baltimore”, persiguen descubrir los principios activos de diferentes secreciones glandulares y reportan el aislamiento y la identificación del principio activo de los extractos de las suprarrenales al que denominan epinefrina.
La práctica de la fermentación gobernada por el hombre
desde la cultura sumeria, concitó el debate de los químicos en el último
tramo del XIX.
La investigación de la estructura y síntesis en el laboratorio de los carbohidratos, por su relativa simplicidad estructural, apareció en el orden del día histórico antes que las proteínas o los ácidos nucleicos.
Los trabajos del químico alemán Emil Fischer (1852 –
1919) se consideran el hito inicial de la Bioquímica moderna. En 1872
Fischer decidió estudiar Física en la versión germanizada de la
Universidad de Estrasbourgo. Allí conoció a von Baeyer y bajo su influjo
rectificó el rumbo de sus estudios, consagrándose a la Química. Una
original aplicación de la hipótesis de van't Hoff y Lebel le permitió
establecer entre 1891 y 1894 la configuración estereoquímica de todas los
azúcares conocidos y predijo exactamente sus posibles isómeros.
La monumental obra sobre la estructura y la síntesis de
los azúcares conducida a lo largo de más de diez años, llevó a Fischer a
estudiar la fermentación y las enzimas que la causan. El modelo descrito
para comprender la acción específica de una enzima
sobre un sustrato aún hoy de manera elemental se explica, ya que sigue la
metáfora de la relación llave-cerradura, la enzima es al sustrato lo que
la llave representa para la cerradura. El
naturalista Theodor Schwann (1810 – 1882), cofundador de la teoría
celular archiva además una importante contribución a la Química al
descubrir durante sus estudios de los procesos digestivos, la primera enzima
presente en los tejidos animales, la pepsina.
Las
enfermedades infecciosas han asediado al hombre desde tiempos remotos. El
combate exitoso de las Medicina contra estas enfermedades exigió la
identificación del agente causal: los microorganismos patógenos; la
revelación de los vectores que los transmitían al hombre; el
descubrimiento de los antibióticos para luchar contra ellos; y el
hallazgo de los mecanismos de inmunización para evitar la enfermedad. En
cada una de estas tareas históricas aparecen equipos de investigadores en
los cuales participan químicos de renombre.
El aislamiento del bacilo del carbunco por parte del médico alemán Robert Koch (1843-1910) en 1876 constituyó un hito histórico, ya que por primera vez pudo demostrarse sin duda cuál era el agente causante de una enfermedad infecciosa. Quedó claro que las enfermedades infecciosas no estaban causadas por sustancias misteriosas, sino por microorganismos específicos, en este caso bacterias. Koch, galardonado con el premio Nobel, aisló varias bacterias patógenas, incluida la de la tuberculosis, y descubrió los vectores animales de transmisión de una serie de enfermedades importantes.
Pasteur realizó además trascendentes investigaciones sobre el carbunco descubriendo, de forma independiente a Koch, la bacteria causante de la enfermedad. Advierte el poder antibiótico de algunas bacterias saprofíticas sobre el bacilo del carbunco, lo que constituye el primer antecedente de la era de los antibióticos, y llega a desarrollar en 1881 una vacuna eficaz para prevenir la enfermedad.
Pero
el inicio de la práctica clínica de la inmunización a través de la
atenuación de la actividad de un virus queda registrado un día de 1885
cuando Pasteur salva la vida del niño Joseph Meister, mordido por un perro
rabioso al inocularle el virus atenuado causante de esta enfermedad. Desde
entonces la humanidad está en deuda con Pasteur.
En
la esfera de la inmunización, entre fines del XIX y principios del XX el químico
y bacteriólogo alemán, Paul Ehrlich (1854 – 1915) desarrolla una teoría
sobre la formación de anticuerpos que junto a la teoría sobre la
fagocitosis anunciada en 1884 por el investigador ruso Iliá Mechnikov (1852
– 1916), director del Instituto Pasteur de París desde 1904, anuncian el
nacimiento de la teoría inmunológica.
Hacia
1890, mientras trabajaba en el grupo del bacteriólogo alemán Robert Koch
en Berlín, Emil Adolph von Behring (1854-1917) y el bacteriólogo japonés
Kitasato Shibasaburo (1852-1931) descubrieron que al inyectar el suero sanguíneo
de un animal afectado por el tétanos a otro se genera inmunidad a la
enfermedad en el segundo. El suero del animal inmunizado puede inyectarse
seguidamente a otro, en el que generará inmunidad a la misma enfermedad.
Por sugerencia de Behring, y a través de los trabajos de Ehrlich, este
principio fue aplicado al año siguiente para combatir la difteria infantil
con extraordinarios resultados.
Con estos dos trabajos se echaban los cimientos de la llamada inmunización activa, en la que se basan la gran mayoría de las vacunas (inducción de la producción de anticuerpos inoculando una forma del organismo infeccioso), y la menos utilizada, inmunización pasiva (administración de un suero que ya contiene esos anticuerpos porque se obtiene de una persona que ha padecido la enfermedad previamente). Hasta hoy el medio probadamente efectivo para combatir las infecciones virales es la inmunización. La inmunización con una vacuna antiviral estimula la producción de anticuerpos que protegen al vacunado cuando vuelva a ponerse en contacto con el mismo virus.
El siglo XIX demostraba que las ciencias estaban incubando el asalto a los misterios de la herencia. Cuando en 1866 sale de imprenta el Boletín de la Sociedad de Ciencias Naturales de Brno con el artículo “Experimentos con plantas híbridas”, firmado por el monje checo Gregor Mendel (1822 – 1884), quedaban establecidas las primeras leyes que explican el mecanismo por el cual las características de los progenitores se transmiten a sus descendientes. De los resultados experimentales obtenidos en el cruzamiento de plantas, Mendel deduce que cada uno de los caracteres del organismo está determinado por un par de “factores”, que son aportados uno por cada progenitor. Estas “unidades hereditarias” no se mezclan, sino se transmiten con toda la información sólo que uno de los factores resulta dominante sobre el otro. Pero el acto fundacional de la Genética no fue “registrado” por la Comunidad Científica hasta principios del siglo XX.
Bien diferente fue la suerte corrida por la obra de Charles Darwin (1809 - 1882) "El origen de las especies y la selección natural" cuya publicación en 1859 se agotó el primer día que salió a la calle. Había consagrado a esta obra veinte años luego de un recorrido por el mundo durante más de un lustro que lo convertiría de joven estudiante de teología en apasionado investigador de la naturaleza.Se ha dicho que el pensamiento moderno está unido al evolucionismo de Darwin. Variabilidad y herencia he ahí las dos cuerdas tocadas con ingenio por Darwin y Mendel para sentar las bases de la ciencia de la Genética en el XX.
Más temprano que tarde los “factores” hereditarios mendelianos y la evolución darwinista de las especies debían conectarse con la teoría celular edificada en 1838 - 1839 por el botánico Matthias J. Schleiden (1804 – 1881) y el naturalista Theodor Schwann (1810 – 1882). Si la célula actúa como unidad de estructura y función del organismo, implícitamente debe ser portadora del material hereditario.
Las
labores iniciales sobre la constitución química del núcleo de las células
corrieron a cargo de dos discípulos inspirados por ese fundador de la
fisiología química que fuera Ernest F. Hoppe Seyler (1825 – 1895). El
tema de su doctorado demuestra su temprana inclinación hacia los contenidos
físico – químicos de la Medicina al dedicarse a los aspectos químicos e
histológicos de la estructura de los cartílagos. La mayor parte de su obra
científica fue desarrollada en la Universidad de Tübingen incluyendo
sus estudios sobre las características químicas y ópticas de la
hemoglobina
Es en este periodo fecundo de la vida de Hoppe Seyler que el joven químico suizo Johann Friedrich Miescher (1844-1895) ingresa en su laboratorio y pronto se siente atraído por la naturaleza química del material nuclear contenido en las células de la sangre, cuya composición investigaba su mentor. A la suerte unió Miescher el talento para comprender que los leucocitos de la sangre constituían un excelente material para analizar los núcleos pues dichas células presentaban núcleos relativamente grandes y que el pús de los vendajes quirúrgicos de una clínica de Tubinga, constituían una excelente fuente de estas células.
Así,
en 1868, Miescher descubre en el núcleo de las células de los glóbulos
blancos, una sustancia de naturaleza ácida, rica en fósforo y nitrógeno,
compuesta por moléculas muy grandes, a la que nombra nucleína. No se había
reportado hasta entonces ningún componente químico celular con esta
naturaleza y Hoppe-Seyler no le permitió publicar sus resultados hasta
tanto él mismo no los reprodujo en el laboratorio. En 1889 el patólogo
alemán Richard Altmann (1852 –1900), discípulo de Miescher,
lograba separar por vez primera las proteínas de la “nucleína”,
llamando a la otra sustancia ácido nucleico. Se iniciaban con
Miescher las investigaciones sobre la base molecular de la herencia, en un
lugar cercano a dónde el monje checo Gregor Mendel (1822 – 1884) había
formulado sus famosas leyes empíricas sobre los factores hereditarios,
fundamento esencial de la Genética.
Al
teñir las células con los colorantes derivados de la anilina,
sintetizados en el verano de 1856 por Perkin, el médico alemán Walter
Flemming (1843 – 1905) pudo observar al microscopio la existencia en
el núcleo de estructuras en forma cambiantes, que absorbían fuertemente el
colorante, a las cuales nombró cromatina. Lo más trascendente de su
hallazgo fue revelar en 1884 que durante la mitosis celular tales
estructuras adoptan forma de cintas y se dividen longitudinalmente en dos
mitades idénticas. Se ofrecía el primer resultado experimental que acusaba
la existencia de estructuras en el núcleo que se segregaban en pares a las
células hijas durante la división celular. Tocaba a las puertas del
conocimiento humano la teoría cromosómica de la herencia.
También bajo la inspiración de Hoppe Seyler, se abrió paso la investigación conducida desde fines de los años setenta por el químico-fisiólogo alemán Albrecht Kossel (1853-1927) sobre la constitución química del núcleo de la célula. Kossel descubre que las nucleoproteínas contienen una parte proteica y otra no proteica y precisamente en esta última donde se encontraban los ácidos nucleicos halló las bases heterocíclicas nitrogenadas de la adenina y la timina. Por estas investigaciones recibió en 1910 el Premio Nobel de Fisiología y Medicina. Comenzaba así un largo camino coronado a mediados de los años cincuenta con el descubrimiento del significado genético del ácido desoxirribonucleico (ADN) y la propuesta de la estructura de doble hélice capaz de explicar dos propiedades fundamentales del material hereditario: la de conservarse a sí mismo (replicación) y la de cambiar (mutación). Las bases del detonante del impetuoso desarrollo de la Biología Molecular y la Ingeniería Genética se habían construido a fines del XIX.
Al correr las cortinas del siglo XIX el avance de estas ciencias podía calificarse de colosal. El desarrollo del instrumental matemático va a cimentar el despegue en el próximo de la informatización y ofrece nuevas potencialidades para el surgimiento de la Mecánica Cuántica. La aplicación del invento de Volta permite el descubrimiento de un número significativo de elementos químicos y este crecimiento junto al desarrollo cualitativo del paradigma atómico en el ámbito químico sientan las bases teóricas que iluminan la aparición de los primeros productos sintéticos (colorantes, fármacos, explosivos y materias plásticas) y de una nueva industria que persigue superar las cualidades de los productos naturales conocidos hasta el presente. El asalto a la composición y estructura química de las sustancias vitales y del núcleo celular pronosticaba la conquista de los misterios de la vida como tarea inscrita en el orden del día de las ciencias del siguiente siglo. La naciente Termodinámica ofreció los fundamentos de los sistemas llamados máquinas térmicas y de los mecanismos de refrigeración; pero lo más trascendente del siglo XIX serían los avances en la teoría y práctica electromagnética que trajo una nueva concepción del cuadro físico del mundo y posibilitó una lluvia de inventos eléctricos.
Una parte de la humanidad iba a recibir los beneficios la revolución científico técnica cuya plataforma de lanzamiento había sido construida en esta centuria.
En la próxima sección veremos la participación de estas Ciencias en el devenir histórico del siglo XX.