I. LA QU�MICA EN M�XICO. UN POCO DE LA HISTORIA CIENT�FICA MEXICANA
CIERTO ES que la qu�mica, como parte de la ciencia, es un patrimonio universal. Cualquiera de sus leyes y teor�as puede ser verificada en cualquier punto del planeta, siempre que se siga la experimentaci�n adecuada. No obstante, el desarrollo de la ciencia sigue modelos cambiantes de un lugar a otro. La actividad cient�fica misma se desenvuelve en un medio local que influye sobre ella. Por esta raz�n, diversos pasajes de este cap�tulo contienen citas, datos y an�cdotas correspondientes al desarrollo de la qu�mica en M�xico.
Debido a diferentes razones, la investigaci�n cient�fica ha prosperado muy lentamente en el pa�s. En particular, la investigaci�n qu�mica sufre un retraso adicional cuando se la compara con la que se realiza en otras ciencias b�sicas, tales como la f�sica o la biolog�a. Sin embargo, aqu� se han dado diversos hallazgos sobresalientes, algunos de los cuales vale la pena relatar en este cap�tulo.
LOS �TOMOS EN ELEMENTOS Y COMPUESTOS
�Podr�a el lector levantar la vista del libro en este momento? Observe la solidez de las paredes de la casa, ese objeto met�lico, aquel vistoso �rbol, los colores de ese cuadro, el aire aparentemente inexistente, el caf� que toma en esa taza de pl�stico, el papel y la tinta de este libro... Todo, todo cuanto existe est� formado por una cantidad menor que cien elementos, del hidr�geno al uranio. Bastan 92 de esos "ladrillos" para construir cualquier cosa. �C�mo es posible tal diversidad?
Figura 1. Dos tipos de agregados estables de �tomos. a) Mol�cula del agua que muestra dos �tomos de hidr�geno enlazados a un ox�geno. b) Red de cloruro de sodio. En este compuesto los �tomos de cada elemento adquieren carga el�ctrica y forman lo que se conoce como iones. De aqu� el nombre de s�lidos i�nicos.
Para los griegos, todas las cosas estaban hechas por diferentes proporciones de aire, agua, fuego y tierra. Esta visi�n cambi� conforme pudieron separarse los componentes de las mezclas. As�, los cient�ficos encontraron sustancias puras que no pod�an descomponerse en otras m�s simples. Estas sustancias reciben el nombre de elementos qu�micos. Por ejemplo, hace apenas dos siglos sabemos que ni el aire ni el agua son sustancias elementales.
Fue el ingl�s John Dalton, un profesor de escuela, quien hacia principios del siglo pasado esboz� la respuesta: Toda la materia est� formada de peque��simas part�culas, los �tomos, de los cuales existen en forma natural menos de una centena.
De esta forma surgi� la primera clasificaci�n de las sustancias puras. Los elementos est�n formados por una multitud de �tomos, pero todos equivalentes. Por su parte, los compuestos contienen �tomos de dos o m�s diferentes elementos. As�, por ejemplo, el hierro es un elemento; s�lo contiene un tipo de �tomo, el de hierro. Sin embargo, la herrumbre es hierro oxidado, por lo tanto, un compuesto con �tomos de hierro y ox�geno, al que pomposamente los qu�micos denominamos �xido de hierro (III).
Desde el siglo pasado, los qu�micos usan letras may�sculas, seguidas en ocasiones por una min�scula, para dar s�mbolo a un �tomo o un elemento. As�, H significa un �tomo de hidr�geno, o tambi�n el elemento hidr�geno.
| C |
carbono |
| H |
hidr�geno |
| O |
ox�geno |
| N |
nitr�geno |
| P |
f�sforo |
| S |
azufre |
Los anteriores son los s�mbolos de los seis elementos constituyentes de todos los seres vivos.
Los s�mbolos qu�micos provienen de palabras del lat�n. Por ejemplo, Fe viene de ferrum, la palabra latina para designar al hierro. El extra�o s�mbolo del sodio, Na, viene del lat�n natrium.
Figura 2. Cuadro cronol�gico del descubrimiento de los elementos qu�micos. Se citan tambi�n las t�cnicas que llevaron a los hallazgos. (Tomado de Cruz, Chamizo y Garritz, Estructura at�mica. Un enfoque qu�mico, Addison Wesley Iberoamericana Wilmington, 1986.)
Los �tomos pueden formar agregados estables que caracterizan a todo material puro. Un tipo de agregado, las mol�culas, contiene unos pocos �tomos reunidos. Otros, por el contrario, est�n formados por enormes bloques de elementos repetidos que se encuentran enlazados, los llamados s�lidos i�nicos.
El n�mero de combinaciones que pueden alcanzarse a partir de 92 elementos es impensable, de all� la diversidad de ellas en la naturaleza.
Para abreviar y referir a las sustancias puras con propiedad, el qu�mico hace uso de f�rmulas, expresando los elementos presentes y la proporci�n que existe en aquellas de cada uno de los �tomos.
Cuando escribe "NaCl", el qu�mico habla de una sustancia que s�lo contiene sodio y cloro, y que por cada �tomo de sodio contiene uno de cloro. S�lo hay un compuesto con estas caracter�sticas: la sal com�n. Por otro lado, el bicarbonato de sodio que se empleaba para combatir las agruras tiene por f�rmula NaHCO3, por lo cual debe entenderse que cada �tomo de sodio viene acompa�ado de uno de hidr�geno, uno de carbono y tres de ox�geno.
Desde antes de la Conquista, los pobladores del valle de M�xico sab�an de la existencia y el aprovechamiento de las sales alcalinas. En tiempo de secas, estas sales afloraban a la superficie y formaban costras, que recibieron el nombre de tequixquitl o tequesquite. Sahag�n cita que: "La tierra salitrosa se llama tequixquitlalli, que quiere decir tierra donde se hace el salitre." El lago de Texcoco contiene 81% de sales, entre las que sobresale el carbonato de sodio, Na2CO3, con 45%, y el cloruro de sodio, NaCl, con 34 por ciento.
El comercio del tequesquite se hac�a en Iztapalapa, nombre que significa "pueblo donde se recoge la sal" o ixtail. As�, en el nombre Ixtapan de la Sal se hace un uso redundante de dos lenguas.
Al a�adir el tequesquite a la comida se condimentaba con sal y se facilitaba la cocci�n de las legumbres. Tambi�n se lo emple� como detergente alcalinizante ligero.
Figura 3. El caracol. Las aguas del lago de Texcoco siguen siendo
aprovechadas hoy para obtener carbonato de sodio. Como primer paso, la industria
Sosa Texcoco emplea un enorme evaporador solar, �de 800 hect�reas!, Que concentra
en sales las aguas extra�das del subsuelo. (foto tomada del art�culo "un caracol
gigante permanece activo", ICYT, n�m. 136, enero de 1988, p.47.
cortes�a del ingeniero Alberto Urbina del Razo.)
LOS �CIDOS, LAS BASES Y LAS SALES
En qu�mica, como en todas las ciencias, se acostumbra efectuar clasificaciones. En este caso, lo que se clasifica son los tipos de sustancias puras conocidas. Existen unas —los �cidos— con sabor agrio, que cuando se disuelven en agua liberan part�culas llamadas iones hidr�geno (H+). Un ejemplo es el vinagre, que es una disoluci�n de �cido ac�tico en agua. Otras sustancias —las bases, tambi�n llamadas �lcalis— tienen un sabor amargo y se sienten resbalosas al tacto. Al disolver una base en agua se reduce la proporci�n de iones hidr�geno. La leche de magnesia que tomamos contra la acidez estomacal es una base.
Se puede decidir si un compuesto es �cido o base gracias a sustancias especiales, llamadas indicadores,que cambian de color en funci�n de la concentraci�n de los iones hidr�geno presentes. Por ejemplo, el papel tornasol adquiere color rojo en presencia de un �cido, y azul frente a una base. Hasta un t� negro cambia de color al a�adirle unas gotas de lim�n, �verdad?
�cidos y bases desempe�an un papel esencial en la qu�mica de nuestra vida diaria. Son ampliamente utilizados en diversos procesos de manufactura y de ellos depende, entre otras cosas, el correcto funcionamiento de nuestro cuerpo y el de todos los seres vivientes. Por ejemplo, la acidosis o la alcalosis de la sangre pueden provocar la muerte. Igualmente, la mayor�a de las cosechas crecen sanamente en suelos ligeramente �cidos. De esta forma, del an�lisis que lleve a cabo y de las medidas que tome el qu�mico agr�cola, depende la productividad del suelo y, por lo tanto, la existencia de suficiente alimento.
Ambos tipos de compuestos se combinan, aniquilando uno al otro sus propiedades originales. El resultado es la formaci�n de una sal. La sal com�n —NaCl, cloruro de sodio— se obtiene al combinar un �cido que contiene cloro (HCl, �cido clorh�drico) con una base que posee sodio (NaOH, hidr�xido de sodio o sosa c�ustica, que, por cierto, es com�n para las amas de casa, pues �es buena para destapar ca�os obstruidos!).
En el cuadro 1 se muestran los nombres de algunas sales con sus aplicaciones.
|
CUADRO 1. Algunas sales y sus aplicaciones. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| Bicarbonato de sodio (polvo para hornear) | Antiácido |
| Bromuro de plata | Emulsiones fotográficas |
| Carbonato de sodio deshidratado (sosa de lavar) | Manufactura del vidrio; ablandador de agua |
| Cloruro de calcio | Para deshielo de calles y aceras en países frios |
| Cloruro de potasio | Sustituto de la sal, libre de sodio |
| Cloruro de sodio (sal de mesa) | Electrólito corporal; manufactura de cloro y sosa caústica |
| Fluoruro de sodio (fluorita) | Para obtener de derivados fluorados (el teflón de las sartenes, por ejemplo) |
| Ioduro de sodio | Se mezcla con la sal común para prevenir el bocio |
| Nitrato de plata | Agente cauterizante |
| Permanganato de potasio | Desinfectante y fungicida |
| Sulfato de aluminio y potasio (alumbre) | Industria del vidrio; pigmentos y tintorería |
| Sulfato de amonio | Fertilizante |
| Sulfato de bario | Estudios gastrointestinales; pigmento blanco |
| Sulfato de calcio dihidratado | Yeso para construcción |
| Sulfato de cobre pentahidratado (azul de vitriolo) | Tintura; fungicida |
| Sulfato de magnesio heptahidratado (sal de Epsom) | Purgante |
| Sulfato de sodio decahidratado (sal de Glauber) | Purgante |
| Tiosulfato de sodio | Agente fijador en el proceso fotográfico |
|
|
|
| Es caracter�stico de todas las sales formar cristales, que son la manifestaci�n macrosc�pica del arreglo interno ordenado de sus �tomos. | |
OTRAS SUSTANCIAS CONOCIDAS ANTES DE LA CONQUISTA
La sal com�n era apreciada por los antiguos mexicanos. Se dice que su carencia fue motivo de guerra entre aztecas y tlaxcaltecas.
Entre otras sales conocieron tambi�n el alumbre, la mica, el yeso y la calcita, con las que fabricaron colorantes, recubrieron muros y labraron columnas. Respecto a las piedras preciosas, trabajaron la turquesa, el jade, el azabache, el ojo de gato, el rub� y el �mbar. Los dignatarios aztecas usaban, en forma exclusiva, piedras preciosas verdes de fluorita (fluoruro de calcio), mineral del que M�xico sigue siendo primer productor mundial.
El cristal de roca (cuarzo) fue bellamente trabajado en el M�xico antiguo. En Monte Alb�n, Oaxaca, se encontraron copas, orejeras y cuentas de este material. Se piensa tambi�n que son mixtecas las calaveras de cristal de roca del Museo del Hombre en Par�s y del Brit�nico de Londres.
Su cer�mica era poco t�cnica, pero muy art�stica. Los olleros de Tlaxcala, a juicio de G�mara, hac�an tan buena loza como la que hab�a en Espa�a. Un buen n�mero de minerales serv�a para la elaboraci�n de colores para pintura, especialmente los �xidos de hierro, el negro de humo y las arcillas mineralizadas. El color rojo que obten�an de la cochinilla (nocheztli), o sangre de tunas, fue exportado a todo el mundo por los espa�oles y utilizado durante siglos.
El barro y el adobe fueron materiales comunes de edificaci�n en las m�s antiguas construcciones del valle de M�xico (el cerro del Tepalcate y la pir�mide de Cuicuilco). Los aztecas obten�an una especie de cemento al mezclar la cal con una arcilla negra. Por otra parte, los muros de las casas de Moctezuma estaban revestidos con jaspe, una variedad cristalina del cuarzo, de muy diversos colores.
|
CUADRO 2. Los metales en el M�xico antiguo. |
||
|
|
||
|
|
|
|
|
|
||
|
Oro
|
Au
|
Los mexicanos llamaban a este elemento teocuitlat (excremento de los dioses). Por su color y belleza era considerado el símbolo del Sol. Se extraía, por ejemplo, de los ríos de Oaxaca y Veracruz |
|
Plata
|
Ag
|
Fue utilizada para hacer adornos, tanto sagrados como para los nobles. Se la encontraba en estado nativo en las arenas de los ríos. No obstante, se explotaba en yacimientos de Pachuca, Taxco y Zumpango. Los objetos de plata abundaban en el mercado de la gran Tenochtitlan. |
|
Cobre
|
Cu
|
Tuvo múltiples usos. Los zapotecas lo incluían en monedas y hachas. Los mayas en cascabeles, como ornamento dedicado al dios de la muerte. Se han hallado palas de cobre de los agricultores aztecas. |
|
Estaño
|
Sn
|
Se obtenía y trabajaba en Taxco y se vendía en el mercado de Tenochtitlan. Del cenote sagrado de Chichén Itzá se extrajeron objetos de metal. |
|
Mercurio
|
Hg
|
Varios gramos de mercurio nativo se hallaron en una tumba maya en Copán (Honduras). Este metal fue conocido por los indígenas de Chilapa y, tal vez, por los de Temascaltepec (Estado de México). |
|
Plomo
|
Pb
|
A pesar de su poco uso, se le ha encontrado como parte de aleaciones. Se vendió en Tenochtitlan con el nombre de tenetztli (piedra de luna). |
|
Hierro
|
Fe
|
Lo conocieron por formar parte de meteoritos, y aparentemente no se utilizaba. |
|
|
||
Para construir armas emplearon el vidrio volc�nico (obsidiana) y extra�an diversas resinas (incluido el hule) que empleaban como pegamentos en la pintura y la medicina.
Los aztecas produc�an varios tipos de tejidos. El m�s com�n era el hequen, fabricado con las fibras de magueyes y agaves. La clase alta empleaba vestidos de algod�n blanco. Hac�an papel con la corteza del �rbol amatl.
El az�car, que obten�an por evaporaci�n del aguamiel, la usaban en su alimentaci�n, lo cual era un lujo en la Europa de aquella �poca. Tambi�n conoc�an la fermentaci�n, por medio de la cual fabricaban el pulque.
Respecto a los metales, los aztecas conoc�an los siete elementos de los alquimistas (oro, plata, cobre, esta�o, mercurio, plomo y hierro; v�ase el cuadro 2). Se ha insistido en que s�lo trabajaban los metales nativos, o sea que nunca alcanzaron la edad del hierro, ya que este metal lo encontraron �nicamente en meteoritos. Sin embargo, seg�n Humberto Estrada, un hacha hallada en Monte Alb�n, con 18% de hierro, prueba lo contrario.
La herbolaria se desarroll� enormemente en el M�xico precortesiano. Los aztecas curaban sus males con plantas medicinales. En 1555, un m�dico ind�gena de Xochimilco, Mart�n de la Cruz, recopil� en un libro los medicamentos empleados por los mexicas (v�ase la figura 4). Este libro, con material gr�fico excepcional, apareci� en 1925 en la Biblioteca del Vaticano, despu�s de siglos de aparente p�rdida.
Figura 4. El libro sobre herbolaria medicinal mexicana de Mart�n de la Cruz
es un importante legado para la bot�nica y la medicina tradicionales. Todav�a
en a�os recientes, su estudio permiti� al grupo del doctor Jos� Luis Mateos,
en el IMSS, encontrar el principio activo del cihuapahtli
o zoapatle. De la Cruz cita que este vegetal se empleaba para facilitar el parto.
Las investigaciones ratificaron que el zoapatle contiene un poderoso ocit�sico
(provoca la contracci�n del �tero). Toda la sabidur�a contenida en este libro
fue heredada por los qu�micos org�nicos mexicanos de este siglo, que han sobresalido
en el terreno internacional con sus investigaciones sobre productos naturales.
(Ilustraci�n tomada de El�as Trabulse, Historia de la ciencia en M�xico.
Siglo XVI, FCE, 1983.)
Cierto es que la llegada de los espa�oles alent� la producci�n en beneficio de la metr�poli, pero tambi�n rigi� la formaci�n y desarrollo de la Nueva Espa�a. Por muchos a�os se asent� aqu� el liderazgo en diversas ramas de la mineralog�a.
La primera industria original de nuestro pa�s se cre� en Pachuca en 1555, gracias al genio de Bartolom� de Medina. Su proceso de recuperaci�n de la plata por amalgamaci�n con mercurio ha sido calificado por Bargall� como "el mejor legado de Hispanoam�rica a la metalurgia universal". La formaci�n de la amalgama de los metales preciosos con el mercurio permite su extracci�n en fr�o, proceso mucho m�s barato que el de la fundici�n. Posteriormente, hacia 1758, este proceso metal�rgico fue modificado por el cl�rigo minero Juan Ord��ez y Montalvo, a partir de un m�todo de amalgamaci�n en caliente, desarrollado en Per�. Ir�nicamente, una misi�n alemana intent� introducir esta t�cnica en 1786 a M�xico, indicando que acababa de ser descubierta en Austria por el bar�n De Born.
Un vasco, Fausto de Elhuyar, se encarg� del Real Cuerpo de Miner�a de la Nueva Espa�a en 1792. Diez a�os antes hab�a descubierto el elemento qu�mico llamado hoy tungsteno, al que bautiz� como wolframio (por eso su s�mbolo qu�mico es W). Elhuyar fue el primer profesor de qu�mica en M�xico. El libro de texto que empleaba era el Tratado elemental de qu�mica, (1789) de Antoine Laurent Lavoisier; el creador de la qu�mica moderna. Esta obra fue traducida al espa�ol, en M�xico en 1797, un a�o antes que en Espa�a.
Dentro del Real Cuerpo de Miner�a, Andr�s Manuel del R�o destac� por su trabajo de an�lisis qu�mico de minerales mexicanos. En 1801, como resultado del estudio de un mineral de Zimap�n, Del R�o descubri� un elemento qu�mico m�s, al que llam� eritronio. Posteriormente lo convencieron de que hab�a confundido al eritronio con el cromo (Cr), lo que result� falso. El metal fue redescubierto en 1830 por Sefstrom, quien lo denomin� vanadio (V), como lo conocemos hoy.
En realidad, la primera aportaci�n americana a la tabla de los elementos fue el platino (Pt), que era conocido por los ind�genas de Sudam�rica y fue presentado al mundo cient�fico en 1748. Salvo esta contribuci�n prehisp�nica, el eritronio (vanadio) fue el primer elemento qu�mico descubierto en Am�rica. Habr�an de pasar 125 a�os para descubrir el siguiente, en un laboratorio de Estados Unidos.
Hacia mediados del siglo XIX, gracias al hallazgo de un buen n�mero de elementos y a la aceptaci�n que hab�a logrado la teor�a at�mica de Dalton, surgi� la llamada clasificaci�n peri�dica de los elementos, realizada por Mendeleiev en 1869.
Figura 5. Tabla peri�dica corta. Los cuadros en blanco corresponden a los metales. El mexicano Del R�o descubri� el metal de transici�n llamado hoy vanadio. Los no-metales se presentan con pantalla oscura. En la zona fronteriza (pantalla clara) est�n los elementos que presentan propiedades de ambos conjuntos: los elementos anfot�ricos.
De acuerdo con la similitud de sus propiedades, los 92 elementos se arreglan en filas y columnas de la tabla peri�dica. En la parte izquierda e inferior de la tabla se encuentran los metales y en la superior derecha los no-metales. Sus propiedades pueden consultarse en el cuadro 3.
|
CUADRO 3. Caracter�sticas de metales y no-metales. |
||
|
|
||
|
|
|
|
|
|
||
| Propiedades químicas: | ||
| Al reaccionar con agua, sus óxidos forman | Bases | Ácidos |
| Sus iones son generalmente | Positivos | Negativos |
| Propiedades físicas: | ||
| Apariencia | Brillantes | Opacos |
| Conducción del calor y la electricidad | Buenos conductores | Malos conductores |
| Deformaciones y rupturas de los sólidos | Pueden desformarse sin romperse | Quebradizos, se rompen fácilmente |
|
|
||
Despu�s de que Iturbide asumiera el poder, se cre� la Secci�n de Farmacia dentro del Establecimiento de Ciencias M�dicas. En ella labor� Leopoldo R�o de la Loza, un mexicano ilustre que naci� en la capital de la Rep�blica en 1807. All� obtuvo los t�tulos de cirujano y farmac�utico, y el diploma de m�dico. Es autor del primer tratado mexicano de qu�mica; que lleva el titulo de Introducci�n al estudio de la qu�mica (1849-1862).
R�o de la Loza fue, por muchos a�os, profesor de qu�mica y estudi� los productos naturales existentes en diversos vegetales mexicanos. En uno de ellos hall� el �cido pipitzahoico, descubrimiento que lo hizo merecedor de un importante premio internacional. Fund� la Sociedad Farmac�utica, cuyo principal objetivo fue la edici�n de la Farmacopea Mexicana, que consta de multitud de sustancias y preparaciones curativas utilizadas en el pa�s.
En esa misma �poca, cuando la qu�mica org�nica daba sus primeros balbuceos como ciencia, un mexicano llamado Vicente Ortigosa trabaj� en Europa, donde aisl� y analiz� el alcaloide del tabaco, la nicotina, al que le dio la f�rmula C10 H16 N2, a partir de los resultados del porcentaje presente de cada elemento: C= 73.355%, H= 9.6% y N= 17.1%. Los an�lisis m�s modernos informan la siguiente composici�n: C= 74%, H= 8.7% y N= 17.3%. Vemos que los resultados de Ortigosa son sumamente buenos para su �poca.
F�rmula 1. F�rmula desarrollada de la nicotina, el alcaloide
del tabaco.
A su regreso a M�xico, Ortigosa no continu� con su trabajo, lo cual quiz� se debi� a una ausencia total de infraestructura para realizar investigaci�n.
Gracias a la fundaci�n del Instituto M�dico Nacional, en 1888, se ampli� la investigaci�n de las plantas mexicanas y se analiz� la posibilidad de fabricar medicamentos en gran escala.
De forma muy general, se acepta que la qu�mica es el estudio de las sustancias, su estructura, su composici�n y las transformaciones en las que intervienen. Ahora bien, por razones hist�ricas se acostumbra dividir las sustancias en dos grandes grupos: las org�nicas y las inorg�nicas. De esta manera, tradicionalmente se ha hablado de la existencia de dos qu�micas, la org�nica y la inorg�nica.
Aunque muchas sustancias org�nicas, como el az�car, el vinagre o el alcohol, han sido conocidas desde la Antig�edad, fueron aisladas por primera vez en el siglo XVIII. En esa �poca, este tipo de compuestos se obten�a por la acci�n de los seres vivos. Por ejemplo, el �cido l�ctico fue aislado de la leche por Scheele (1742-1786), quien demostr� que su presencia es la causa de que la leche se agrie. Juan Jacobo Berzelius propuso que los compuestos org�nicos s�lo pod�an obtenerse por la acci�n de la fuerza vital y que por lo tanto exist�an dos tipos de compuestos en la naturaleza: los materiales inorg�nicos, presentes aun en ausencia de vida, y los org�nicos, reservados para la materia animada.
Poco le iba a durar el gusto a Berzelius, pues en 1828 el qu�mico alem�n Federico W�hler prepar� urea (que se sab�a era un producto de desperdicio de los seres vivos) a partir de una sal inorg�nica llamada cianato de amonio.
F�rmula 2. Reacci�n de W�hler. Primera muestra de que no s�lo dentro de los organismos vivos pueden realizar transformaciones de substancias inorg�nicas en org�nicas.
A pesar de lo arbitrario de la clasificaci�n, �sta persiste hasta nuestros d�as. Hoy se llama qu�mica org�nica a la relacionada con los compuestos que contienen carbono (salvo algunas excepciones, como los �xidos de carbono o los carbonatos). Como veremos en el siguiente capíptulo, el carbono es un elemento peculiar. Existen tantos compuestos de carbono que conviene estudiarlos en paquete. No obstante, hay que subrayar que la qu�mica es �nica. Los compuestos org�nicos e inorg�nicos tambi�n reaccionan entre s�. Una rama moderna de la qu�mica, la organomet�lica, se encarga del estudio de un tipo de compuestos que no podr�amos clasificar dentro de ninguna de las dos qu�micas tradicionales.
LA CREACI�N DE LA PRIMERA ESCUELA DE QU�MICA
Durante este siglo, la ciencia central ha prosperado notablemente en M�xico. Sin embargo, su desarrollo no ha sido espectacular, sino m�s bien moderado. Tal vez sea la m�s rezagada de las ciencias b�sicas.
A principios de siglo, la incipiente industria se reduc�a a la producci�n cervecera, minera, de az�car, de hilados y tejidos, as� como de algunos productos farmac�uticos. El pavoroso dato de un 80% de analfabetismo en el pa�s reflejaba el atraso cultural e intelectual generalizado. La fuga de t�cnicos extranjeros, debida al inicio del movimiento revolucionario y a la primera Guerra Mundial, marcaba la urgente necesidad de formaci�n de personal especializado.
Desde luego, poco puede prosperar una ciencia sin la existencia de un semillero de cient�ficos y t�cnicos. Para la qu�mica, esta fecha lleg� en septiembre de 1916. Por iniciativa de don Juan Salvador Agraz, a la mitad del movimiento revolucionario se cre� la Escuela Nacional de Qu�mica Industrial (hoy Facultad de Qu�mica), que en febrero de 1917 se incorpor� a la UNAM.
La idea de Agraz era "instalar los cursos de peritos qu�micos industriales [...] obreros qu�micos y peque�os industriales, y a los ingenieros qu�micos y doctores en qu�mica". Este �ltimo programa no pudo arrancar sino d�cadas despu�s, pero hay que destacar que Agraz fue un gran visionario que apreci� la necesidad de complementar la formaci�n de profesionales con la de investigadores qu�micos. Ésta es la manera correcta de formar personal t�cnico que vaya m�s all� de la simple actitud imitativa y dependiente. Fue una desdicha que, por falta de fondos, el doctorado no haya podido iniciarse entonces.
Hacia 1919 se anexa a la Escuela la carrera de farmacia, que hasta entonces se realizaba en la Escuela Nacional de Medicina. Pronto se crearon los laboratorios de an�lisis y el de preparaci�n de productos qu�micos org�nicos e inorg�nicos. Adem�s, se instal� una planta de �ter y se levantaron nuevos edificios destinados a las industrias org�nicas de fermentaci�n, az�cares y almidones, tanantes y curtientes, y farmac�utica.
Cuando Jos� Vasconcelos ocup� la Secretar�a de Educaci�n P�blica surgi� la iniciativa de becar a los mejores alumnos para realizar estudios complementarios en Europa. As�, por acuerdo de la Presidencia, en 1921 se otorgaron las primeras diez becas para estudiar en diferentes universidades alemanas.
Durante la estancia de estos primeros becarios mexicanos de la qu�mica ocurri� en Alemania un hecho sin precedentes: la gran inflaci�n. Mientras que en febrero de 1922 un d�lar se cambiaba por 300 marcos, hacia mediados de 1923 el d�lar lleg� a valer cuatro billones de marcos. �Y resulta que las becas se pagaban en d�lares! Antes de esta inflaci�n, con menos de la d�cima parte de la beca se cubr�an todos los gastos de estancia. Se cuenta que uno de aquellos becarios, Fernando Orozco (luego director de la Escuela y del Instituto de Qu�mica), viv�a en un ala de un elegant�simo castillo alem�n. �Qu� contraste con los becarios de d�cadas m�s tarde!
Hacia 1924 estudiaban becados en Europa un total de 22 estudiantes mexicanos
de qu�mica. Al a�o siguiente, casi todos regresaron al pa�s en busca de un lugar
donde aplicar los conocimientos adquiridos. Se encontraron con una ausencia
total de la infraestructura necesaria para realizar investigaci�n. Algunos se
colocaron en industrias, a las que dieron una importante renovaci�n; otros participaron
de cerca en el desarrollo de la Escuela — que llevaba entonces el nombre
de Escuela Nacional de Ciencias Qu�micas— y habr�an de desempe�ar un papel
importante en su consolidaci�n. Tal vez quien m�s sobresali� entre ellos fue
el mismo Fernando Orozco que residi� durante sus estudios en aquel castillo.
Orozco, doctorado en la Universidad de Hamburgo en an�lisis inorg�nico de metales,
promovi� la actualizaci�n de los planes de estudio y fue de los asesores de
PEMEX que hicieron posible la producci�n del antidetonante de las
gasolinas inmediatamente despu�s de la expropiaci�n, tema en el que profundizamos
en el segundo cap�tulo.
Casi veinte a�os despu�s de que se fund� la Escuela de Qu�mica se cre� el Instituto Polit�cnico Nacional, y en �l la Escuela Superior de Ingenier�a Qu�mica e Industrias Extractivas.
En 1941 se cre� en la UNAM el Instituto de Qu�mica, con fondos provenientes de la Casa de Espa�a y del Banco de M�xico. El Instituto vino a llenar el vac�o de investigaci�n qu�mica que existi� durante muchos a�os e hizo realidad el inicio de la formaci�n de cient�ficos de esta �rea en M�xico. Su primer director fue don Antonio Madinaveitia, uno de los refugiados espa�oles que M�xico acogi� despu�s de la guerra civil. Don Antonio particip� tambi�n en el dise�o del proceso que hizo factible el aprovechamiento de las aguas del lago de Texcoco para la fabricaci�n de sosa c�ustica y carbonato de sodio. Esta moderna tecnolog�a del tequesquite se implant� en la empresa Sosa Texcoco en 1942.
Como relatamos m�s adelante, la especialidad del Instituto fue la qu�mica org�nica. En el a�o de 1947 se gradu� all� el primer doctor formado en el Instituto. Se trataba de Alberto Sandoval Land�zuri, quien luego lo dirigir�a por dieciocho a�os. Otro egresado conspicuo de esos a�os fue Jos� F. Herr�n Arellano, quien fund� y fue primer director de la Divisi�n de Estudios Superiores, hecho por el que la Escuela Nacional de Ciencias Qu�micas se transform� en la hoy Facultad de Qu�mica de la UNAM
Aunque han sido diversas y muy amplias las aportaciones de la qu�mica mexicana en este siglo, a manera de ejemplo relatamos a continuaci�n cuatro de ellas.
LOS ANTICONCEPTIVOS ORALES Y LA CORTISONA
En la misma d�cada de su fundaci�n, el Instituto de Qu�mica habr�a de coparticipar en uno de los descubrimientos modernos m�s sobresalientes: la p�ldora anticonceptiva.
La historia empieza en 1943, cuando el estadounidense Marker descubre en M�xico un vegetal, llamado "cabeza de negro", con alto contenido de diosgenina, una sustancia que Marker sab�a transformar en progesterona (compuesto de la familia de los esteroides). Esta hormona es segregada por las mujeres durante el embarazo, lo cual inhibe la menstruaci�n. Para industrializar su descubrimiento, Marker se asoci� con dos mexicanos, Somlo y Lehmann, y cre� la empresa Syntex.
Figura 6. "La cabeza de negro" es un vegetal mexicano de ra�z tuberosa que sirvi� de materia prima para fabricar progesterona en los a�os cuarenta. Anteriormente, un gramo de esta sustancia costaba unos doscientos d�lares. Cinco a�os m�s tarde, por los trabajos desarrollados en M�xico, costaba s�lo dos d�lares. (Tomada del libro Una corporaci�n, una mol�cula, Syntex, M�xico, 1964.)
El �xito acad�mico y comercial que tuvo la producci�n de hormonas en M�xico fue espectacular. Hacia 1959, los cient�ficos de Syntex hab�an publicado m�s art�culos sobre esteroides que cualquier otra instituci�n acad�mica o industrial en el mundo. En cuesti�n de diez a�os, nuestro pa�s, del que no constaba previamente ninguna contribuci�n notable en qu�mica b�sica, se hab�a transformado en uno de los centros mundiales de una rama especializada de la qu�mica org�nica.
Nos visitaron los m�s renombrados investigadores del mundo y se formaron en M�xico importantes grupos de cient�ficos.
Tal vez la labor m�s sobresaliente fue la del hidroc�lido Jes�s Romo Armer�a, investigador del Instituto de Qu�mica y de Syntex, quien particip� en diversos proyectos de s�ntesis a partir de progesterona, los que culminaron en 1951 con la s�ntesis de la cortisona, que contiene tres �tomos de ox�geno m�s, en posiciones cruciales, que la convierten en un eficaz antiinflamatorio y antiartr�tico.
F�rmula 3. Si la posici�n de uno o m�s �tomos difiere de una mol�cula a otra, las propiedades de las sustancias pueden variar enormemente. Las f�rmulas est�n escritas en una especie de taquigraf�a qu�mica en la que se sobrentiende que en cada v�rtice existe un �tomo de carbono con los hidr�genos necesarios. A) F�rmula molecular de la progesterona, la hormona del embarazo. B) F�rmula molecular de la cortisona, un potente antiinflamatorio.
Pocos a�os m�s tarde se produjeron en M�xico los primeros antiovulatorios orales, que impiden que el �vulo abandone el ovario e interfieren por lo tanto en la gestaci�n. Cinco a�os despu�s, millones de mujeres en todo el mundo los estaban utilizando. Actualmente hay muy diversos tipos de antiovulatorios y sigue estudi�ndose c�mo establecer la inocuidad de su empleo prolongado.
Por otra parte, Syntex fue vendida a una compa��a estadounidense y se transform� en una corporaci�n internacional. Hoy alcanza ventas anuales por m�s de mil millones de d�lares. El centro de sus operaciones administrativas, de mercado y de investigaci�n se ubic� en Palo Alto, California. En M�xico continu� la fabricaci�n de productos esteroidales intermedios, mientras que la de productos terminados se desplaz� a Puerto Rico y las Bahamas.
EL INSTITUTO MEXICANO DEL PETR�LEO
A ra�z de la nacionalizaci�n del petr�leo en 1938, las compa��as extranjeras negaron la venta de tetraetilo de plomo (antidetonante de la gasolina, v�ase el cap�tulo II).
2H5)4
F�rmula 4. Tetraetilo de plomo. Aunque mejora el desempe�o de las gasolinas, la presencia de plomo en este compuesto es un agente grave de contaminaci�n. La mayor�a de los metales pesados son t�xicos para los humanos.
Despu�s de un primer intento fallido, los ingenieros qu�micos mexicanos lograron,
con la tenacidad que inspiran los bloqueos, echar a andar una planta de tetraetilo
que se instal� en el mismo lugar donde 27 a�os m�s tarde (1966) se crear�a el
IMP.
M�xico no s�lo es el quinto productor de petr�leo crudo en el mundo, sino tambi�n el decimosegundo de productos petroqu�micos. Hacia 1982 se encontraba entre los primeros cinco por el n�mero de plantas en desarrollo, situaci�n que empeor� debido a la escasa inversi�n de los a�os cr�ticos posteriores.
En el Instituto se han dise�ado cerca de 100 plantas petroqu�micas y de refinaci�n de petr�leo. Sin embargo, no todo ha sido dise�o. El IMP cuenta con m�s de 150 patentes con registro internacional, entre las que destacan las de procesos de hidrodesulfuraci�n (eliminaci�n del contaminante azufre de las gasolinas y el diesel) y de desmetalizaci�n selectiva de residuos pesados (conocido como proceso DEMEX), con plantas que trabajan en el pa�s y el extranjero.
El aporte del Instituto al desarrollo nacional ha sido muy importante. En fecha reciente concluy�, por ejemplo, el estudio global de la calidad del aire en la zona metropolitana de la ciudad de M�xico, que permite simular y valorar el efecto que sobre la contaminaci�n por azufre, hidrocarburos, �xidos de nitr�geno y ozono, tendr�a la aplicaci�n de diversas medidas de control tales como algunos cambios en la composici�n de gasolinas y di�sel, el efecto de las fuentes m�viles y fijas, la eliminaci�n de la refiner�a de Azcapotzalco, etc�tera.
Tal vez la tecnolog�a mexicana m�s conocida en el extranjero sea la que desarroll� la compa��a Hojalata y L�mina (HYLSA) de Monterrey, respecto al llamado hierro esponja. Sobre dicha tecnolog�a se informa en la Encyclopedia of Chemical Technology.
En 1957, un efecto de la guerra de Corea fue la elevaci�n de los precios de la chatarra. HYLSA, que produc�a aeroplanos a partir de chatarra, hubo de iniciar un programa de investigaci�n cuyo resultado fue el proceso de reducci�n directa del mineral de hierro. Una tecnolog�a tercermundista de primera l�nea.
Treinta a�os m�s tarde, cuando la producci�n mundial de hierro alcanza los mil millones de toneladas, la tecnolog�a de HYLSA sigue siendo l�der en el campo de obtenci�n de hierro por reducci�n directa.
Figura 7. Aspecto del hierro esponja, mineral de hierro despu�s de ser sometido
al tratamiento de reducci�n directa (cortes�a del doctor Gabriel Gojon, UANL.)
REDUCCI�N Y OXIDACI�N, PILARES DE LA QU�MICA
El t�rmino oxidaci�n se aplic� originalmente a la ganancia de ox�geno en un cambio qu�mico. La formaci�n de herrumbre a partir de hierro es una oxidaci�n, lo mismo que cualquier combusti�n. Al proceso inverso, la p�rdida de ox�geno, se lo llam� reducci�n.
Posteriormente, ambos t�rminos fueron ampliados para incluir la ganancia o p�rdida de hidr�geno o electrones (v�ase el cuadro 4).
|
CUADRO 4. Significado de oxidaci�n y reducci�n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
En el proceso del hierro esponja, la proporci�n de ox�geno que se encuentra combinada qu�micamente con el hierro en el mineral se va reduciendo paulatinamente gracias a la acci�n de una mezcla de hidr�geno (H2) y mon�xido de carbono (CO), que se alimenta a 800� C. Ambas sustancias toman �tomos de ox�geno del mineral (se oxidan) para formar H2O y CO2. De esta manera, el �xido de hierro del mineral, Fe2 O3 se convierte en Fe3 O4, luego en FeO y finalmente en el elemento Fe. Es decir, el mineral de hierro se reduce (pierde ox�geno). El resultado es un hierro poroso, esencialmente con la misma forma y tama�o que la part�cula del mineral, que es una magn�fica carga para la elaboraci�n de acero en un horno el�ctrico, pues est� libre de impurezas met�licas, es f�cil de manejar y transportar y posee una composici�n qu�mica uniforme y precisa.
En M�xico se inici� y desarroll� el proceso conocido como revoluci�n verde, el cual permiti� a Norman Borlaug ganar el Premio Nobel de la Paz de 1970, por sus descubrimientos en el campo de la agricultura.
Este proyecto, con influencia pol�tica pero esencialmente biol�gico y bioqu�mico, revolucion� la producci�n agr�cola e influy� en la consolidaci�n de importantes grupos mexicanos de investigaci�n, como el del Centro Internacional para el Mejoramiento del Ma�z y del Trigo (CIMMYT), el del Instituto Nacional de Investigaciones Agr�colas (INIA) y el del Colegio de Posgraduados de Chapingo.
En veinte a�os, la productividad de ma�z por hect�rea pas� de 975 a 1 770 kilogramos y la de trigo, de 1 417 a 3 480 kilogramos, lo cual constituy� un aporte que alivi� en parte los problemas de escasez de alimentos y la desnutrici�n. Debemos tener presente que se hace necesario un importante apoyo financiero y tecnol�gico para lograr la generalizaci�n de este sistema en todo el pa�s, dado que los problemas del campo siguen siendo muy graves.
Adem�s de las citadas, son varias las instituciones nacionales que realizan investigaci�n de car�cter biol�gico y bioqu�mico, orientada al reino vegetal: la Facultad de Qu�mica de la UNAM, el Centro de Investigaci�n y Estudios Avanzados del IPN de Irapuato y el Centro de Investigaci�n Cient�fica de Yucat�n. Parte de la investigaci�n se orienta hacia el mejoramiento de las poblaciones vegetales para obtener mayor resistencia gen�tica a las enfermedades y a las plagas, as� como hacia el desarrollo de una mayor tolerancia a la sequ�a y el almacenamiento. Todo esto es de gran importancia en un pa�s en el que el ma�z y el frijol son la base de la alimentaci�n, y donde 80% de la superficie cultivada depende de la lluvia como �nica fuente de humedad.
UN PROBLEMA GRAVE Y UNA ENORME POTENCIALIDAD
Despu�s de presentar este panorama de la qu�mica mexicana, vale la pena resaltar las razones por las que el desarrollo de la ciencia central ha sido tan moderado.
Desde luego, la qu�mica comparte con otras ciencias una problem�tica com�n de financiamiento y ausencia de tradici�n, heredadas de nuestra condici�n de pa�s tercermundista. De aqu� se deriva la tragedia de la ciencia mexicana. Sin embargo, esta ciencia presenta una caracter�stica muy peculiar, ya que de ella ha derivado una de las industrias m�s din�micas de la econom�a: la industria qu�mica. Esto representa una gran ventaja y potencialidad, pero tambi�n un grave problema.
Las aplicaciones de la qu�mica empezaron a darse aun antes de que �sta se estableciera como ciencia. Por ejemplo, la edad de hierro s�lo pudo ocurrir mediante el aprendizaje de la transformaci�n de los minerales en metales, pero ello tuvo lugar milenios antes del nacimiento de Lavoisier y Dalton. As�, el conocimiento emp�rico se adelant� grandemente al conocimiento cient�fico, el cual es muy reciente. Con ello, mucha gente se content� con el saber hacer sin importar mucho el saber por qu�. Fueron pocos los pa�ses donde se utiliz� la qu�mica para comprender todos esos hechos y t�cnicas producto de la experiencia acumulada. Muy pronto esos mismos pa�ses pudieron acoplar la investigaci�n fundamental con la producci�n de nuevos bienes. Nosotros importamos la manera de hacerlos, pero no cultivamos ni trasladamos la forma de conocer c�mo desarrollar otros.
As�, cuando en M�xico se present� el fen�meno de la industrializaci�n, la qu�mica particip� como una actividad t�cnica (m�s que cient�fica) modelada por nuestro car�cter dependiente. De esta manera, el ejercicio creativo de la qu�mica y la ingenier�a qu�mica se restringi� a los espacios acad�micos universitarios, en franca desconexi�n con la producci�n, ya que �sta no necesitaba de creatividad, pues surgi� como una actividad refleja.
Este es el gran reto de la qu�mica en M�xico: lograr que se realicen nuevos descubrimientos que luego transiten, en el tiempo necesario, de la mesa de laboratorio a la instalaci�n industrial o al campo y de all� se conviertan en beneficio para la poblaci�n. Es urgente que se deje de concebir a la qu�mica como una ciencia "para hacer cosas" y que se piense en ella "para conocer m�s cosas", que luego nos beneficien m�s.
Los pocos ejemplos citados deben repetirse con m�s frecuencia. Pero ello s�lo se lograr� cuando se adquiera total conciencia de la importancia capital que tiene para un pa�s el desarrollo de la ciencia y de sus aplicaciones originales. Otro ser� el estado de este pa�s cuando tengamos menos cosas que aprender y m�s que ense�ar. Por ahora, seguimos aprendiendo...
Bargall�, M., La qu�mica inorg�nica y el beneficio de los metales en el M�xico prehisp�nico y colonial, UNAM, M�xico, 1966.
De Gortari, E., La ciencia en la historia de M�xico, Fondo de Cultura Econ�mica, M�xico, 1963.
Garc�a Fern�ndez, H., Historia de una Facultad, UNAM, M�xico, 1985.
Garritz, A. y J. A. Chamizo, Qu�mica, Addison-Wesley Iberoamericana, Wilmington, 1994.
Hern�ndez B., E. R., Desarrollo de la qu�mica inorg�nica en M�xico y la contribuci�n de la Facultad de Qu�mica en esa �rea, trabajo monogr�fico, Facultad de Qu�mica, UNAM, 1986.
Siguiura. Y, "La ciencia y la tecnolog�a en el M�xico antiguo", Ciencia y Desarrollo, vol. 8, n�m. 43, marzo-abril de 1982, pp. 113-141.
Syntex, Una corporaci�n y una mol�cula, M�xico, 1967.
Trabulse, E., Historia de la ciencia en M�xico, Fondo de Cultura Econ�mica, M�xico, 1983.
Waissbluth, M. et al, "El desarrollo de la ciencia y la tecnolog�a en M�xico", Ciencia y Desarrollo, vol. 8, n�m. 45, julio-agosto de 1982, pp. 27-83.
