II. LA F�SICA Y LA QU�MICA DEL SIGLO XIX

SI DESEAMOS entender el experimento de Fleischmann y Pons, y determinar el lugar que ocupa en la ciencia actual, hemos de asomarnos a la historia del n�cleo at�mico y de los esfuerzos realizados para obtener su fusi�n. As� averiguaremos por qu� se obtiene energ�a con la fusi�n, y cu�les son las posibles radiaciones que emanan del n�cleo en este proceso. Tambi�n deberemos ocuparnos de la electr�lisis. Para situar estas historias en perspectiva, lo mejor es remontarnos al pasado y hacer un breve relato de la evoluci�n de nuestras ideas sobre la estructura de la materia. Habremos, pues, de echar una ligera ojeada a la materia, resumiendo parte de lo que ya dijimos en los n�meros 3 y 68 de esta colecci�n.

Pondremos primero atenci�n en ciertos aspectos de la f�sica y la qu�mica del siglo pasado, para luego relatar la historia de algunos descubrimientos importantes: el electr�n, la radiactividad y el n�cleo. El modelo planetario cl�sico del �tomo, insostenible, nos lleva entonces de la mano a la nueva mec�nica, la cu�ntica. Con su ayuda, y con el encuentro del neutr�n, podemos ya entender los principios b�sicos para aclarar la estructura del n�cleo at�mico, y con ellos la importancia de la fusi�n nuclear. Finalmente, si describimos algo de lo que es la electroqu�mica, nos ser� posible situar el experimento de Fleischmann y Pons en su justa dimensi�n.

Empecemos este r�pido vistazo a la materia por el principio, esto es, los albores de la cultura occidental: la concepci�n griega del �tomo. Las ideas at�micas del precursor Dem�crito durmieron pl�cidamente durante muchos siglos, hasta que el qu�mico ingl�s John Dalton las despert�, cuando ya comenzaba el siglo XIX. Con los �tomos de Dalton se explicaba la ley de las proporciones m�ltiples, que hab�a expuesto claramente en 1803. A diferencia de los de Dem�crito, los �tomos de Dalton resultaban del car�cter experimental de la ciencia y sin duda lo reflejaban. Con ellos se lograba, por decirlo as�, unir las ideas del padre de la qu�mica, Antoine de Lavoisier, con las del sabio griego.

Los qu�micos del siglo pasado confund�an el concepto de mol�cula —que, hoy lo sabemos, es un conjunto de �tomos— con el de �tomo. La diferencia entre ambos conceptos finalmente se aclar�, y el qu�mico ruso Dimitri Mendeleyev logr� acomodar a los �tomos en su bien conocida tabla peri�dica. Cuando descubri� huecos en su tabla, debidos a la ausencia de algunos �tomos cuyas propiedades qu�micas pod�a predecir, Mendeleyev sugiri� la existencia de seis elementos qu�micos desconocidos hasta entonces. Al encontrarse el galio, el escandio y el germanio, se empez� a completar la tabla de Mendeleyev con lo cual adquiri� plena ciudadan�a cient�fica y el ruso se convirti� en el qu�mico m�s famoso del mundo en esa �poca. Los otros tres elementos tardaron m�s tiempo en ser descubiertos; el renio y el polonio se encontraron a finales del siglo XIX y el tecnecio a mediados de nuestro siglo.

Mientras tanto, otros hombres de ciencia tampoco se dorm�an en sus laureles. El escoc�s James Clerk Maxwell sintetiz� todo lo que se sab�a por aquellos d�as sobre los fen�menos el�ctricos y magn�ticos. Este conocimiento se hallaba hasta entonces disperso en varias leyes experimentales, debidas a Coulomb, Ampère y Faraday. Maxwell las uni� al postular sus ecuaciones, que constituyen la base de la teor�a electromagn�tica. Llegamos as� a la segunda gran s�ntesis de la historia de la f�sica. La primera fue la lograda por otro ciudadano brit�nico, el gran Isaac Newton, quien uni� la mec�nica de los cuerpos celestes con aquella que rige el movimiento de los cuerpos en la Tierra. En la segunda s�ntesis, Maxwell unific� la electricidad y el magnetismo.

En Alemania, entre tanto, se desarrollaba el estudio de la �ptica y de la luz que emiten los elementos qu�micos. Usando un simple aparato, Kirchhoff y Bunsen descubrieron que cada elemento qu�mico produce luz con un conjunto caracter�stico de frecuencias, que es como la huella digital de cada �tomo. Lo misterioso del fen�meno llev� a los cient�ficos a llamar al conjunto de frecuencias luminosas el espectro del �tomo y, en consecuencia, al simple aparato se le dio el nombre de espectroscopio. Aun sin entender su origen, los qu�micos del XIX usaban los espectros como base del an�lisis qu�mico cualitativo, pues la luz emitida por un compuesto cualquiera les permit�a distinguir los elementos que lo forman. Fue as� como la qu�mica pudo desarrollarse y avanzar en forma acelerada. Lo anterior es de hacerse notar, pues es un ejemplo m�s de algo nunca comprendido por los organismos que supuestamente apoyan hoy en d�a a la ciencia en los pa�ses del llamado Tercer Mundo: un conocimiento cient�fico, por embrionario que sea, puede usarse en el avance tecnol�gico.

Adem�s de la mec�nica newtoniana, del electromagnetismo de Maxwell y de los �tomos de los qu�micos, con todo y sus espectros y mol�culas, la ciencia del siglo XIX desarroll� otra arma poderosa para el estudio de la materia y su estructura: la termodin�mica. En ella desempe�an un papel fundamental conceptos como el de temperatura, el de energ�a interna de un cuerpo macrosc�pico y el de entrop�a, variable que en alguna forma mide el desorden que tienen estos cuerpos en sus diversos estados. Los sistemas macrosc�picos pueden sufrir transformaciones, siempre sujetas a la primera ley de la termodin�mica que nos dice que la energ�a ni se crea ni se destruye, y a la segunda ley de esta ciencia que indica que la entrop�a siempre aumenta cuando un sistema aislado experimenta alg�n cambio.

Un elemento m�s de la ciencia decimon�nica es interesante para nuestra historia de la fusi�n fr�a: el que estudia las relaciones entre electricidad y qu�mica. Las primeras observaciones datan de 1711, cuando el profesor de la Universidad de Bolonia, Luigi Galvani, descubri� que al tocar con el extremo de su bistur� una terminaci�n nerviosa de la pata de una rana, �sta se contra�a, siempre y cuando mantuviera el otro extremo del bistur� en contacto con un m�sculo. Pronto se percat� Galvani de que este efecto era m�s notable y prolongado si en vez del bistur� usaba un alambre hecho de cobre y hierro, y tocaba con un metal al nervio y con el otro al m�sculo. Poco despu�s, otro cient�fico italiano continu� el experimento y descubri� que el hallazgo de Galvani se deb�a a que la uni�n de algunos metales produce electricidad. Intrigado, Alessandro Volta sustituy� las ancas de rana por otros materiales. Apil�, por ejemplo, peque�os discos de piel sobre otros de cart�n empapados en agua salada y los intercal� con pares de monedas de plata y de zinc. Cre� as� lo que ahora denominamos pila voltaica. Con ella logr� poner al rojo vivo un alambre delgado que un�a los dos extremos de la pila. Galvani y Volta pusieron de manifiesto las estrechas relaciones entre la f�sica, la qu�mica y la biolog�a. As� se fundan los principios de investigaci�n de una interdisciplina, la electroqu�mica, especialidad profesional de Fleischmann y Pons.

El mismo a�o en que Volta invent� la bater�a, los cient�ficos ingleses William Nicholson y Anthony Carlisle encontraron por accidente que con la electricidad se puede disociar compuestos qu�micos. En otros t�rminos, se descubre por azar la electr�lisis, t�cnica que luego fue analizada m�s a fondo, tambi�n en Inglaterra, por Humphry Davy y su ayudante Michael Faraday, el mismo que descubriera la inducci�n electromagn�tica y quien tal vez haya sido el m�s grande experimentador cient�fico hasta la fecha. Faraday descubri� las leyes de la electr�lisis, que establecen la cantidad de electricidad necesaria para producir tal o cual elemento qu�mico por este medio. Ya entonces se utilizaba como instrumento b�sico la celda galv�nica o celda electroqu�mica, actor importante en nuestra historia, y que, seg�n se ve en la figura 2, consiste de un recipiente, en general de vidrio, lleno de alguna soluci�n l�quida, el electrolito, dentro del cual se introducen dos electrodos met�licos conectados externamente a una bater�a. Al electrodo positivo: Faraday le denomin� �nodo, y al negativo c�todo; por ello, el mismo Faraday nombr� aniones y cationes, o m�s simplemente iones, a los productos de la disociaci�n del electrolito en cada uno de los electrodos.

Figura 2. La celda electrol�tica usada por Faraday.

As� las cosas, llegamos al nuevo siglo, al nuestro. En sus albores habr�an de sucederse una a otra grandes revoluciones en los conceptos de la ciencia, hasta culminar con la m�s grande de ellas: la revoluci�n cu�ntica. Relataremos ahora, a grandes pincelazos, esa historia en la que aparece por primera vez nuestro actor principal, el n�cleo at�mico.