SVANTE AUGUST ARRHENIUS

Nobel Química-1903

         Arrhenius fue un niño prodigio (él mismo aprendió a leer a los tres años) y un estudiante brillante. Se graduó en la universidad como el más joven y sobresaliente de su clase. Cuando aún asistía a la Universidad de Uppsala, empezó a estudiar como pasaba la electricidad a través de soluciones, asunto importante desde los días de Davy, casi cien años antes.

         Faraday había logrado las leyes de la electrólisis y por ellas le parecía que la electricidad, como la masa, debía de existir en forma de pequeñas partículas. Había hablado de iones (palabra de origen griego que etimológicamente significa <el que va>), que eran las partículas que transportaban la electricidad a través de la solución, pero no se sabía como eran estos iones. Hombres como Williamson y Clausius habían insinuado que debían ser átomos o grupos de ellos, pero no explicaron el asunto convenientemente.

         Arrhenius lo hizo, consideró el hecho de que algunas sustancias, tales como la sal (cloruro de sodio), en una solución conducían la electricidad, eran electrólitos, mientras que otras, como el azúcar (sacarosa), no la conducían y, por tanto, eran no electrólitos. Surgió otra diferencia entre electrólitos y no electrólitos  en relación con el punto de congelación del agua.

         Al disolver una sustancia en agua se bajaba su punto de congelación. Este descenso era proporcional a la cantidad de sustancia disuelta, como había demostrado Raoult con su trabajo. Al doblar la cantidad de sustancia disuelta, se doblaba el descenso.

         Para distintas sustancias disueltas, el descenso era inversamente proporcional al peso molecular. Así, azúcar ordinaria (sacarosa) con el peso molecular doble que el azúcar de la uva (glucosa) al disolverse un gramo de cada una en un litro de agua, la sacarosa bajaba el punto de congelación del agua a la mitad de lo que lo hacía la glucosa. Puesto que la molécula de glucosa era la mitad del tamaño que la de sacarosa, un gramo de glucosa contendría el doble de moléculas que un gramo de sacarosa. Fue fácil demostrar que la cantidad de descenso en el punto de congelación del agua era proporcional al número de partículas presentes en la solución, cualquiera que fuese la sustancia disuelta. Esto se cumplía, por lo menos, para los no electrólitos.

         ¿Qué pasaba con los electrólitos? Una cantidad fija de cloruro de sódico (sal común) se compone de un número fijo de moléculas. Por este número se podía calcular el descenso, pero resultó que fue el doble de lo que se esperaba al disolver el cloruro sódico. La explicación a esto fue que cada molécula de esa sustancia originaba dos partículas, se observó que se cumplía también con otros electrólitos, como el bromuro potásico o el nitrato sódico.

         Por otra parte, sustancias como el cloruro bárico o el sulfato sódico, producían tres veces más descenso que el esperado. Cada molécula debía originar tres partículas.

         Este comportamiento anómalo de los electrólitos se observaba también en otras propiedades que dependían del número de partículas, como por ejemplo, la presión osmótica, es decir, la presión que forzaba a los líquidos a pasar a través de membranas semipermeables, del tipo de Graham, utilizadas para separar los cristaloides de los coloides.

         Arrhenius decidió que la única explicación era que el cloruro sódico se escindía en dos partículas, una de sodio y otra de cloro, tan pronto como se colocaba en la solución. Por supuesto que estas soluciones no contenían ni sodio metálico ni cloro gaseoso, lo que debía suceder era que tenían cargas eléctricas y eso era el por qué el cloruro sódico disuelto podía transmitir una corriente eléctrica.

         El ión de sodio cargado positivamente y el de cloro negativamente, tendrían propiedades completamente distintas de los átomos sin carga. Del mismo modo, el cloruro bárico se escindiría en tres partículas, un ión de bario con doble carga positiva y dos iones de cloro cargado cada uno con una carga negativa.

         Esto era un concepto revolucionario, demasiado revolucionario para la mayoría de los químicos de aquella época. Átomos cargados eléctricamente eran incomprensibles para los que aceptaban el punto de vista de Dalton de cien años antes, que asumía que los átomos eran indivisibles y sin forma. ¿De dónde podía una sustancia tan estable como el cloruro sódico, escindirse inmediatamente al ponerlo en una sustancia tan suave como el agua? Cleve, unos de los profesores de Arrhenius, despidió rápidamente al joven, cuando éste trató de explicarle la teoría.

         En 1884 Arrhenius preparó su teoría de la disociación iónica como parte de su tesis doctoral. Sufrió un duro examen durante más de cuatro horas y, sus incrédulos examinadores, le aprobaron con la nota más baja.

         Por fortuna era un tiempo en el que surgían nuevas ideas en muchos campos y se podía estar hablando de una clase nueva de física-química.

         Las dos grandes figuras de este campo, Van`t Hoff y  Ostwald se intrigaron por la nueva teoría y rompieron lanzas en su favor. Ostwald llegó a ir a Uppsala para discutir el asunto con el joven. Trabajaron los tres juntos y durante diez años formaron una minoría turbulenta en el mundo de la química. En 1889 Arrhenius hizo otra contribución a la química física, el estudió de cómo aumentaba la cantidad de reacción con la temperatura. Sugirió la idea de una energía de activación, cantidad de energía que debe suministrarse a las moléculas antes de que reaccionen para que lo hagan. Este es un concepto esencial para la teoría de la catálisis.

         El valor, prestigio y reputación, de Arrhenius empezó a subir rápidamente cuando en los años de 1890 Thomson descubrió el electrón y Becquerel la radioactividad. El átomo parecía que tenía estructura interna y estaba formado de partículas cargadas eléctricamente, con el electrón cargado, marcadamente, con electricidad negativa. Un ión negativo, como el cloro, se veía que era un átomo de cloro que había captado un electrón más de los que le correspondían, mientras que un ión positivo, como el sodio, era un átomo de sodio que había perdido un electrón. Si el cloro y el sodio en una molécula de cloruro sódico se mantenían unidos por la atracción de sus cargas eléctricas, la propiedad aislante del agua podía hacer que se separasen los átomos, al hacerlo los electrones se repartían desigualmente, un ión cargado positivamente y otro negativamente.

         De pronto, la teoría iónica de Arrhenius se vio que tenía sentido. En 1895 le nombraron profesor de la Universidad de Estocolmo y en 1903, por la misma tesis que solo le había proporcionado el titulo doctoral de manera raspada, le concedieron el premio Nobel de química.

         Esto tuvo lugar después de un cierto debate y discusión entre el grupo que repartía los premios, por si se debía darle el de física o el de química. Sugiriendo algunos incluso la posibilidad de que se le debían dar los dos compartidos. Cleve, que veinte años antes había estado sordo a su teoría, explicaba ahora que fue precisamente esta ambigüedad la que no le dejo apreciar bien las teorías de Arrhenius, y para compensar esto abogó por él con entusiasmo para que le concediesen el premio.

         Arrhenius se interesó después por los grandes misterios de la ciencia. En un libro titulado Worlds in the Making (Formación de los Mundos), publicado en 1908 indicaba que la vida en la Tierra había empezado cuando llegaron a ella, a través del espacio vacío, esporas con vida. Señalaba que las esporas podían resistir el frío y la falta de aire en el espacio durante periodos indefinidos, y creía que la fuerza que guiaba a las esporas de estrella en estrella era la presión de la radiación, presión que acababa de medir Lebedev.

         Creía a consecuencia de esta teoría que la vida estaba extendida por el Universo, en donde tuviese probabilidades de existir. Se interesó particularmente en la posibilidad de la vida en Marte, cuestión que se había hecho popular por los trabajos de Schiaparelli y Lowell.

         Desgraciadamente dos puntos, uno experimental y otro filosófico, combatían la teoría de Arrhenius de las esporas errantes por el espacio. La primera era que aunque las esporas son resistentes al frío y al vacío no lo son a la luz ultravioleta y a otras radiaciones energéticas. Puesto que el espacio (al menos en la vecindad de las estrella) está surcado por todo tipo de radiaciones, y por lo tanto, la supervivencia de las esporas sería muy imposible.

         La segunda objeción fue que la teoría de las esporas no explicaba realmente el origen de la vida. Si la vida no se originó en la Tierra, sino en otro mundo y nos alcanzó en la forma de esporas con vida ¿Cómo nació la vida en el lugar primero en el otro mundo? Hizo falta que pasase otra generación y el trabajo de Urey y otros para que los científicos empezaran a meditar razonablemente en este tema. (Sin embargo, científicos como Tsiolkovsky empezaron a especular con más atrevimiento sobre el espacio.)

         En su libro Arrhemius discutía la muerte del Universo por el calor, último estado de la máxima entropía, ya entrevisto por Clausius. Creía que existían procesos que aminorarían la entropía y mantendrían el equilibrio. En esto fue como un precursor de los que como Gold imaginaban al Universo sufriendo una creación continua.

         También señaló que el anhídrido carbónico de la atmósfera servía como un <Heat Trap> (Trampa para el Calor) porque permitía que la luz del Sol de alta frecuencia penetrase libremente hasta la superficie terrestre, pero era opaco a la radiación infrarroja de baja frecuencia, que la Tierra irradiaba de nuevo por la noche. Un ligero aumento en el anhídrido carbónico contenido en la atmósfera levaría consigo un aumento considerable en la temperatura de la Tierra, cosa que correspondía con la suavidad del clima en la era secundaria, de los dinosaurios. Un ligero descenso llevaría consigo un descenso de la temperatura, una edad de hielo. Tal sugerencia, incluso en la actualidad con ciertas variantes, se tomó seriamente y en verdad podría ser la causa del estado de Venus, en donde se encontró que su atmósfera tenía un alto contenido en anhídrido carbónico, según W. S. Adams de una generación más tarde. El Mariner II, nave exploradora de Venus, demostró en 1962 que la temperatura de su superficie era de unos 350ºC, mucho más alta de lo que se podría esperar sin el efecto “invernadero” del anhídrido carbónico.

         En 1905 nombraron a Arrhenius director del Instituto Nobel de química-física y mantuvo este puesto hasta poco antes de su muerte.