Marie Anne Lavoisier - La madre de la química moderna

La ciencia estuvo vetada durante siglos a las mujeres. Las que se empeñaron en romper con los moldes patriarcales, utilizaron a menudo su filiación o su matrimonio para conseguir escudriñar los secretos de la naturaleza. Tal fue el caso de Marie Lavoisier, quien encontró en su marido un esposo fiel pero también, y sobre todo, su compañero en la apasionante tarea de convertir la alquimia en la química moderna.

Marie Anne Pierrette Paulze nació el 20 de enero de 1758 en la localidad francesa de Montbrison. Su padre, Jacques Paulze, era un abogado y financiero que trabajó muchos años en la Ferme Générale, una institución que se encargaba de gestionar algunos impuestos estatales. Jacques había tenido tres hijos con su esposa, Claudine Thoynet, antes de que esta falleciera cuando Marie Anne era una niña de poco más de tres años de edad. Su padre decidió entonces que la pequeña ingresara en un convento donde creció y fue educada como una dama de la alta burguesía francesa.

Cuando tenía trece años, el conde de Amerval, mucho mayor que ella, pidió su mano a un confundido Jacques que buscó la manera de deshacerse del viejo pretendiente, quien le llegó a amenazar con expulsarle de su puesto en la Ferme Générale si no daba su consentimiento para casarse con Marie. Jacques dio un golpe de efecto ofreciendo la mano de su hija a alguno de sus compañeros, más jóvenes que el conde. Antoine Lavoisier, un noble economista y químico de veintiocho años de edad, aceptó la oferta de su colega y se casó con Marie Anne el 16 de diciembre de 1771.

A pesar de ser un matrimonio convenido por su padre, Marie y Antoine congeniaron. Su mutuo interés por la química ayudó a que la pareja se convirtiera, además de en marido y mujer, en un equipo en el laboratorio. Marie no había recibido una formación científica tras los muros del convento en el que había crecido pero su inquietud por aprender fue suficiente para que Antoine buscara maestros que pudieran enseñar los rudimentos de la química a su esposa.

julio 16, 2018

LA MADRE DE LA QUÍMICA MODERNA, MARIE LAVOISIER (1758-1836)

Marie Lavoisier con su esposo. Jacques-Louis David (Metropolitan Museum, Nueva York) Fuente: Wikimedia Commons.

La ciencia estuvo vetada durante siglos a las mujeres. Las que se empeñaron en romper con los moldes patriarcales, utilizaron a menudo su filiación o su matrimonio para conseguir escudriñar los secretos de la naturaleza. Tal fue el caso de Marie Lavoisier, quien encontró en su marido un esposo fiel pero también, y sobre todo, su compañero en la apasionante tarea de convertir la alquimia en la química moderna.

Marie Anne Pierrette Paulze nació el 20 de enero de 1758 en la localidad francesa de Montbrison. Su padre, Jacques Paulze, era un abogado y financiero que trabajó muchos años en la Ferme Générale, una institución que se encargaba de gestionar algunos impuestos estatales. Jacques había tenido tres hijos con su esposa, Claudine Thoynet, antes de que esta falleciera cuando Marie Anne era una niña de poco más de tres años de edad. Su padre decidió entonces que la pequeña ingresara en un convento donde creció y fue educada como una dama de la alta burguesía francesa.

Marie y Antoine Lavoisier se convirtieron en los principales impulsores de la evolución de la alquimia hacia la química moderna. 

Cuando tenía trece años, el conde de Amerval, mucho mayor que ella, pidió su mano a un confundido Jacques que buscó la manera de deshacerse del viejo pretendiente, quien le llegó a amenazar con expulsarle de su puesto en la Ferme Générale si no daba su consentimiento para casarse con Marie. Jacques dio un golpe de efecto ofreciendo la mano de su hija a alguno de sus compañeros, más jóvenes que el conde. Antoine Lavoisier, un noble economista y químico de veintiocho años de edad, aceptó la oferta de su colega y se casó con Marie Anne el 16 de diciembre de 1771.

A pesar de ser un matrimonio convenido por su padre, Marie y Antoine congeniaron. Su mutuo interés por la química ayudó a que la pareja se convirtiera, además de en marido y mujer, en un equipo en el laboratorio. Marie no había recibido una formación científica tras los muros del convento en el que había crecido pero su inquietud por aprender fue suficiente para que Antoine buscara maestros que pudieran enseñar los rudimentos de la química a su esposa.

En 1775 Antoine dejó la Ferme Générale para trabajar en el Arsenal de París como administrador de la pólvora. Instalados en la capital de Francia, la pareja empezó a construir un laboratorio que se convertiría en su verdadero hogar. Allí pasaron largas horas trabajando. Marie apuntaba todo lo que observaban en sus experimentos, tomaba notas y realizaba ilustraciones muy realistas. Marie había sido alumna del pintor Jacques-Louis David, amigo de la pareja, a la que inmortalizaría en su laboratorio.

Marie sabía varios idiomas que fueron de gran utilidad para traducir algunos de los principales textos de alquimia, como se conocía a la química. Además de realizar las traducciones que su marido utilizaría para avanzar en sus investigaciones, Marie realizó anotaciones propias. La pareja Lavoisier se convirtieron así en los principales protagonistas de la evolución de la alquimia hacia la química moderna.
La vida tranquila en el laboratorio se vio truncada en la época del Terror, la etapa más dura y sangrienta de la Revolución Francesa. Antoine y su padre Jacques fueron detenidos, acusados de traidores por haber trabajado en la Ferme Générale. Marie no se quedó de brazos cruzados e intentó por todos los medios, poniéndose ella misma en peligro, que su padre y su marido fueran liberados. Pero nada pudo hacer ante una condena firme. El 8 de mayo de 1794, Antoine Lavoisier y Jacques Paulze eran ejecutados.
Marie se encontró sola, en una ciudad sumida en el caos. Sus bienes fueron confiscados, principalmente todo el material del laboratorio, que suponía el trabajo de años de investigación junto a Jacques. Marie consiguió recuperar parte de la obra que habían realizado conjuntamente y publicó en dos tomos las Memorias de Química de Lavoisier.
Años después, Marie Lavoisier volvió a casarse con el conde de Rumford de quien se separó al poco tiempo. Hasta su muerte, el 10 de febrero de 1836, vivió sola en su casa de París.

Marie Curie

Maria Salomea Sklodowska nació el 7 de noviembre de 1867 en Varsovia (Polonia). Sus padres eran ambos maestros y supieron educar y motivar excepcionalmente a su hija. En aquella época Polonia era un estado súbdito de Rusia y las mujeres no tenían acceso a la educación superior, por lo que en 1891 Maria decidió unirse a su hermana Bronia en París, matriculándose en la Universidad de la Sorbona. Marie, ya con su nombre afrancesado, recibió sus títulos en física en 1893 y matemáticas en 1894 con calificaciones extraordinarias. La historia de cómo Marie llegó a titularse con 27 años en un país que no era el suyo, en un idioma que no era el suyo y teniendo que trabajar para sobrevivir nos habla ya de la extraordinaria mujer que era.

El 10 de diciembre de 1911, Marie Curie recibía el premio Nobel de química por “los servicios para el desarrollo de la química mediante el descubrimiento de los elementos radio y polonio”. Fue la primera mujer en recibir un premio Nobel y la primera persona en recibir dos (ella, Pierre Curie y Henri Becquerel habían compartido el premio de física de 1903 por su trabajo sobre la radiación). El impacto de Marie en el mundo científico, y en el papel de las mujeres en él, fue de tal magnitud que uno de los cuatro objetivos del Año Internacional de la Química 2011 (IYC2011) fue celebrar el centenario de su premio. Con esta entrada Experientia docet le rendía homenaje e inauguraba la serie Químicos Modernos que con motivo del IYC2011 dedicó a los grandes personajes, muchos desconocidos, de la química del último siglo y medio.

Conoció a Pierre Curie en la primavera de 1894, y se casaron en 1895 en una ceremonia civil en Sceaux (cerca de París). Ambos eran muy tímidos y nada mundanos, no preocupándoles gran cosa las ambiciones económicas y sociales. Su principal afición era el ciclismo, pero ambos compartían también un profundo amor por la ciencia y una dedicación obsesiva a ella. Su primera hija, Irène, nacería en 1897.

Los resultados que obtuvo Pierre sobre la piezoelectricidad, la simetría de cristales y el magnetismo mientras era profesor en la Escuela Superior de Física y Química Industriales (ESPCI, por sus siglas en francés) de la ciudad de París siguen teniendo hoy día una importancia fundamental, especialmente los conceptos de temperatura de Curie (por encima de la cual los imanes pierden su magnetismo) y la ley de Curie que relaciona magnetismo y temperatura. Marie publicó su primer artículo en 1897 sobre la magnetización de los aceros pero buscaba un tema de investigación propio, que encontraría en la radioactividad. Un año después de la observación por parte de Wilhelm Röntgen de los rayos X en 1895, Henri Becquerel descubrió la radioactividad del uranio al comprobar cómo unas placas fotográficas envueltas en papel negro y guardadas cerca de unas sales de uranio se habían velado sin que les llegase luz.

A Marie se le concedió una habitación húmeda de la ESPCI para su investigación de doctorado. Allí pudo analizar toda una variedad de materiales inorgánicos, de entre los que el uranio y el torio eran los únicos elementos conocidos entonces que presentaban radioactividad. Sus muestras las colocó en una placa de condensador cargada hasta 100 V y unida a uno de los electrómetros de Pierre, pudiendo de esta forma medir cuantitativamente su radioactividad. Encontró que los minerales pechblenda (UO2) y torbernita (Cu(UO2)2(PO4)2·12H2O) eran más radioactivos que el uranio puro, de lo que dedujo que debían contener otros constituyentes aún más radioactivos. El 12 de abril de 1898 Marie presentó sus primeros resultados: “estos minerales podrían contener un elemento que sea mucho más activo que el uranio”. Pierre y ella decidieron que ella se concentraría en los aspectos químicos del aislamiento del elemento, mientras que el estudiaría sus “propiedades radiativas”.

En abril de 1898 Marie disolvió pechblenda en ácido clorhídrico (HCl) y trató la disolución con ácido sulfhídrico (H2S): el uranio y el torio se mantenían en disolución, pero los sulfuros del precipitado seguían siendo muy radioactivos. Después de varias manipulaciones más encontró que este material radioactivo coprecipitaba con bismuto (Bi). En julio ella y Pierre publicaron un artículo (creando el nombre “radio-activo” en su título) presentado por Becquerel a la Academia de Ciencias. En él sugerían por primera vez que la radiactividad era un fenómeno asociado con el átomo y proponían que el nuevo elemento, una vez confirmada su existencia, debería llamarse polonio.

El análisis de las distintas fracciones del tratamiento de la pechblenda hizo que la pareja se diese cuenta de que debería haber otro elemento radioactivo, que no lo precipitaba ni el (H2S), ni el sulfuro de amonio ((NH4)2S), ni el amoniaco (NH3) y que formaba un carbonato insoluble en agua parecido al de bario BaCO3 y un cloruro algo menos soluble que el de bario (BaCl2) que actuaba de portador. A este elemento lo llamaron radio, publicando sus resultados el 26 de diciembre de 1898; el espectroscopista Eugène-Anatole Demarçay encontró una nueva línea espectral atómica del nuevo elemento, lo que ayudó a confirmar su existencia.

Dado que el nuevo elemento era mucho más radioactivo que el polonio, los Curie sus esfuerzos en él. Estaba claro que haría falta mucha más pechblenda para obtener cantidades significativas de radio. Terminarían procesando 8.000 kg de pechblenda austriaca. Durante los cuatro años siguientes trabajaron en unas condiciones y con unos medios que sólo pueden ser calificados como heroicos: en un cobertizo sin ventilación y sin calefacción, con un frío terrible en invierno y un calor abrasador en verano. Marie escribió: “Tuve que pasar todo el día mezclando una masa hirviente con una pesada barra de hierro casi tan grande como yo. Estaba rota de fatiga al acabar el día”. Sin embargo ella describió la vida en “este cobertizo miserable” como “los mejores y más felices años de nuestra vida”, y se sentía muy honrada cuando famosos científicos, entre ellos Lord Kelvin, de paso por París se acercaban a saludarles allí.

Trabajaron con lotes de 20 kg de pechblenda: moliendo, disolviendo y refinándola hasta conseguir pequeñas disoluciones. En 1902 consiguieron aislar 0,1 g de RaCl2 después de miles de recristalizaciones a partir del más soluble BaCl2 en HCl, determinando que el peso atómico del radio era 225. Marie completó su tesis doctoral, una de las más impresionantes que se recuerdan, en junio de 1903.

En noviembre de 1903 los Curie y Becquerel recibían la noticia de que les había sido concedido el premio Nobel de física por su trabajo sobre la radioactividad. Becquerel acudió a Estocolmo, pero no así los Curie: Pierre estaba enfermo y desbordado con sus obligaciones y Marie se estaba recuperando de un aborto. El premio tuvo aspectos positivos y negativos: por una parte fue una ayuda financiera pero, por otro, les expuso a la alabanza y al escrutinio públicos. Marie escribiría más tarde “la pérdida de nuestro aislamiento voluntario fue causa de verdadero sufrimiento para nosotros”.

Se creó una cátedra para Pierre en la Sorbona con un puesto para Marie en 1904; en junio Pierre daba la conferencia Nobel en Estocolmo y al año siguiente Pierre fue elegido miembro de la Academia de Ciencias. En diciembre de 1905 nacía la segunda hija del matrimonio, Eve Denise. El lluvioso 16 de abril de 1906 Pierre resbalaba en el empedrado de la Rue Dauphine y moría en el acto al ser atropellado por un carro.

Marie pasó a ocupar la cátedra de la Sorbona de Pierre, convirtiéndose así en la primera catedrática de Francia. Ese mismo año Lord Kelvin escribió en el periódico The Times un artículo en el que especulaba con la posibilidad de que el radio podía ser un compuesto de plomo que contuviese cinco átomos de helio. Marie decidió probar más allá de toda duda razonable que el radio era un elemento. En 1907 consiguió 0,4 g de RaCl2 y volvió a determinar el peso atómico, obteniendo 226,45. No satisfecha, en 1910 aisló el radio elemental por electrolisis de RaCl2 en mercurio y destilándolo de la amalgama. Ya no había duda posible.

El 8 de noviembre de 1911 la Academia Sueca anunciaba que se había concedido el premio Nobel de Química a Marie Curie por el descubrimiento del polonio y el radio.

Lise Meitner

Hasta 1938 se creía que los elementos con números atómicos superiores a 92 (los elementos transuránidos) podían aparecer cuando se bombardeaban los átomos de uranio con neutrones. Fue la química Ida Noddack la que propuso en 1934 que probablemente ocurriría lo contrario. En 1938, Otto Hahn, Lise Meitner, Fritz Strassmann y Otto Frisch fueron los primeros en demostrar experimentalmente que el átomo de uranio, al ser bombardeado con neutrones, en realidad se fisiona.

Con el doctorado por la Universidad de Marburg (Alemania) en la mano y con la ilusión puesta en ser un químico industrial en una empresa internacional, Otto Hahn viajó a Inglaterra para mejorar su conocimiento del inglés. Para mantenerse mientras estudiaba encontró un trabajo de ayudante en el laboratorio de William Ramsay en el University College (Londres). Hahn sobresalió pronto por su enorme capacidad como científico experimental: su primer gran resultado fue el aislamiento de torio radiactivo. Con el gusto por la investigación básica bien arraigado, Hahn continuó su formación con Ernest Rutherford en Montreal. Finalmente volvió a su Alemania natal para unirse al instituto Emil Fischer de la Universidad de Berlín.

Hahn buscaba un colaborador con el que proseguir sus estudios sobre radioactividad experimental y terminó encontrando a Lise Meitner. Ella había ido a Berlín para asistir a las conferencias sobre física teórica de Max Planck, tras haber terminado su doctorado en la Universidad de Viena en 1905 (dirigido por Ludwig Boltzmann). En el primer año de la asociación Hahn-Meitner los investigadores tuvieron que trabajar en una carpintería en Dahlem dado que la universidad no aceptaba mujeres. En los años siguientes las cosas cambiaron bastante. Para 1912 el grupo de investigación trabajaba en el Sociedad Kaiser Wilhelm, en la que Fritz Haber era director del instituto de química física, Hahn lo era del de radioactividad y, desde 1918, Meitner era jefa del departamento de física de éste. Durante la I Guerra Mundial (1914-1918), Hahn trabajó en el servicio de armas químicas (gases) que dirigía Haber y Meitner fue enfermera voluntaria especializada en rayos X en el ejército austriaco.

El descubrimiento del neutrón en 1932 por James Chadwick dio un nuevo impulso a los estudios sobre la radioactividad porque esta partícula atómica sin carga podía usarse con éxito para bombardear el núcleo atómico. Meitner, Hahn y un alumno de doctorado de éste, Fritz Strassmann, que trabajaba con los socios desde 1929, estaban enfocados en la identificación de los productos del bombardeo con neutrones y lo patrones de desintegración del uranio, siguiendo el trabajo que Enrico Fermi y su equipo había iniciado en 1934.

En 1938 Meitner tuvo que huir de Berlín ya que la persecución de los judíos era ya abierta. Encontró acogida en el Instituto Nobel de Estocolmo (Suecia). Su sobrino, Otto Frisch, trabajaba cerca, en el instituto de Niels Bohr en Copenhague (Dinamarca). Mientras tanto, Hahn y Strassmann se encontraban con que habían obtenido bario de forma inesperada en sus experimentos, un elemento mucho más ligero que el uranio, e informaron de ello a Meitner. En el número 47 de Angewandte Chemie (1934), Ida Tacke-Noddack (codescubridora del renio y varias veces candidata al Nobel) había escrito en contra de la opinión general: “Es concebible que cuando los núcleos pesados son bombardeados con neutrones estos núcleos puedan descomponerse en varios fragmentos bastante grandes, que son ciertamente isótopos de elementos conocidos, pero no vecinos [en la tabla periódica] de los elementos irradiados”. Meitner y Frisch hicieron cálculos teóricos usando el modelo de Bohr de “gota líquida” (1935) para el núcleo atómico y pudieron confirmar que lo que se había producido era una fisión del núcleo. Pronto quedó claro que el bario estaba entre los isótopos estables producto de la desintegración radioactiva de los elementos transuránidos que se habrían formado tras el bombardeo con neutrones del uranio. Las noticias de la fisión del átomo y sus increíbles posibilidades corrieron como la pólvora y el 2 de agosto de 1930 Albert Einstein escribía su famosa carta al presidente Roosevelt que terminaría dando origen al Proyecto Manhattan.

Hahn, Meitner y Strassmann no intervinieron en la investigación de armas nucleares durante la II Guerra Mundial. Al final de la guerra Hahn se enteraría de tres cosas que lo dejaron pasmado: que le habían concedido el premio Nobel de química de 1944, que no se lo habían concedido a Meitner y que fue el hallazgo de su equipo de 1938 el que había dado comienzo a la creación de la bomba atómica. Hahn llegó a ser director de la Sociedad Max Planck (sucesora de la Kaiser Wilhelm) y un destacado opositor al uso armamentístico de la energía atómica. Meitner se quedó en Suecia investigando. Strassmann dio origen a toda una escuela de químicos nucleares en Maguncia (Alemania). Los tres recibieron el premio Enrico Fermi en 1966.