Historias de la ciencia

Algunos de los momentos más bonitos en la historia de la ciencia son aquellos en que un famoso científico o técnico ha tenido un profesor, a su vez, también importante. Pero si además de haber continuado con la tarea de su maestro tiene como alumno otro personaje famoso se encadenan tres generaciones y eso es el no va más.

El personaje central de nuestra historia de hoy es Joseph Black, quien entró en la Universidad de Glasgow en 1746. Al principio, estudió idiomas y filosofía pero su padre le pidió que optara por una profesión y cambió a medicina y anatomía durante 3 años. Su profesor era William Cullen (1710-1790), que era catedrático de medicina y un excelente maestro con un conocimiento muy actualizado de la ciencia en aquel momento.

Las grandes capacidades, entusiasmo y energía de Cullen le hicieron un profesor muy popular. Aparte de practicar diligentemente la medicina (fue quien acuñó la palabra neurosis), la química era el tema que en aquel momento centraba su atención. Animó a mucha gente a investigar, entre ellos, a Joseph Black.

Cullen había demostrado que era posible conseguir temperaturas muy bajas cuando el agua u otros fluidos se evaporan. Ayudado por Dobson utilizó una bomba de aire para conseguir bajas presiones y hacer que los líquidos se evaporaran (a grandes rasgos: a menor presión, menor temperatura hace falta para que un líquido evapore). Así, este hombre, medio médico medio químico, había hecho en 1748 un frigorífico. Lo malo es que no le vio ninguna aplicación práctica. Hubo que esperar 57 años para que Oliver Evans diseñara en 1805 la primera máquina refrigeradora de circuito cerrado como hoy las conocemos, aunque ¡nunca construyó una!. Fue Jakob Perkins en 1834 quien patentó una máquina productora de hielo.

En aquella época, había una gran preocupación por las piedras en el riñón (cálculos urinarios) y se les trataba con remedios hoy considerados asombrosamente fuertes como la potasa cáustica. Cuando Black era estudiante utilizó un álcali suave conocido como magnesia blanca para utilizarla como tema para su tesis doctoral con la esperanza de ser un tratamiento aceptable para las piedras en el riñón.

Eran los tiempos en que los químicos reconocían dos tipos de álcali: suave y cáustico. Uno podía transformarse en otro mediante un sencillo proceso. De hecho, la tesis de Black explicaba cómo un compuesto que hoy llamamos carbonato cálcico se convierte en óxido cálcico por acción del calor produciendo un gas. Esta reacción es reversible, o sea que el gas desprendido puede recombinarse con el óxido cálcico para dar el producto original. A ese gas lo llamó “aire fijado” porque se podía fijar en forma sólida de nuevo. Pues bien, ese “aire fijado” que había descubierto no era otra cosa que anhídrido carbónico (o dióxido de carbono).

Aunque ese gas ya había sido estudiado 125 años antes por Helmont (quien acuñó la palabra “gas” del griego caos), Black fue el primero que demostró que podía obtenerse a través de la descomposición de un mineral o a partir de combustiones o fermentaciones. Además, como del óxido cálcico se podía obtener carbonato cálcico con sólo exponerlo al aire, dedujo inmediatamente que el dióxido de carbono estaba también presente en la atmósfera. También comprobó su existencia en el aire expirado por los pulmones.

Pudo detectar su peso experimentando, incluso lo utilizó para apagar una vela encendida. Y fijaos: por un lado, una vela puede arder en la atmósfera pero se apaga con ese gas; por otro lado, ese mismo gas también estaba disperso en la atmósfera, ya que lo había detectado en muchos sitios. ¿Qué implicaba todo esto? Pues que la atmósfera era una mezcla de gases. Fue un descubrimiento sensacional para aquella época.

Al acabar sus estudios de medicina, Cullen fue nombrado para una plaza en Edimburgo y recomendó a Black para reemplazarle en Glasgow. Así, este último, se convirtió en catedrático de medicina y profesor de química en 1756 además de atender una consulta privada. Todo ello a los 28 años de edad. Fue médico de famosos personajes como David Hume y James Hutton (el pionero de la geología).

Al igual que su maestro predecesor, Black fue un profesor sensacional que atrajo a estudiantes no sólo de Gran Bretaña, sino de toda Europa e incluso América. Benjamin Rush fue uno de ellos, quien se convirtió en el primer catedrático de química de EEUU en el Philadelphia College en 1769. Otro de sus alumnos tomó apuntes detallados de sus clases magistrales que sirvieron como guía a muchos estudiantes durante el siglo XIX. Pero aunque siguió investigando, apenas publicó resultados. Lo que hacía era mostrarlos en sus clases o sociedades culturales, con lo que todos los que le escucharon tuvieron una butaca de primera fila donde presenciaban las novedades científicas.

Pero hizo más cosas. Uno de los problemas de la época era que los fabricantes de whisky necesitaban enormes cantidades de combustible para transformar el agua en vapor y luego se tenía que retirar una cantidad de calor igualmente grande para condensarlos y volver a obtener líquido. Estos problemas los investigó a fondo Black, quien conocía el fenómeno de que al fundirse el hielo se mantiene a la misma temperatura mientras el sólido se transforma en líquido. Black realizó mediciones meticulosas y se dio cuenta que para fundir una cierta cantidad de hielo era necesario aportar la misma energía que se necesitaba para elevar el recién condensado líquido hasta los 60ºC. A esta energía la llamó “calor latente“. Análogamente, existía un calor latente asociado al paso del agua líquida a vapor, fenómeno al que también investigó cuantitativamente.

Dicen que una pregunta de examen de Termodinámica en la escuela de ingenieros industriales de la UPC fue por qué una fuente en medio de un recinto refresca el ambiente. No sé si es verdad, pero la respuesta sería porque el agua que se evapora debe absorber ese calor latente que toma del ambiente que, a su vez, queda más fresquito. Así que cuando tengáis calor sofocante, os acerquéis a una fuente y notéis alivio, dad las gracias a Joseph Black y al calor latente.

También observó que la cantidad de calor que desprendía el agua al transformarse en hielo era exactamente la misma que había que aportar al hielo para transformarlo en agua. Este paso ayudó a comprender la “conservación de la energía“, aunque faltaban 75 años para ser totalmente entendida.

Fue él también quien dio el nombre de “calor específico” a la cantidad de calor necesaria para aumentar una cantidad de una sustancia un determinado valor de temperatura. Por ejemplo, hoy día llamamos calor específico del agua al necesario para aumentar 1 gramo de agua en un grado centígrado (por supuesto, sin cambio de estado).

Veamos, si mezclamos medio kg de agua a 0ºC con otro medio kg a 100ºC tendremos al final un kg de agua a 50ºC. Pero si mezclamos medio kg de agua a 100ºC con medio kg de hierro a 0ºC, la temperatura final no llegará a 50ºC, pues éste último tiene un calor específico mayor que el del agua. Con todos estos avances Black fue el primero en distinguir entre calor y temperatura, cosa que hasta entonces se había confundido.

Por su fuera poco, también tuvo tiempo para demostrar que el magnesio es un elemento químico en 1755.

Más tarde, Black fue nombrado catedrático de química de Edimburgo, sustituyendo a Cullen.

Y aquí es donde entra la tercera generación de personajes. ¿Imagináis quién pudo ser un joven ayudante de Joseph Black en todos estos experimentos de termodinámica? Pues un fabricante de instrumentos que trabajaba en esa universidad llamado James Watt, quien utilizó estos imprescindibles conocimientos en la invención de la máquina de vapor. Llegaron a ser grandes amigos y nadie se sintió más contento que Black cuando los trabajos de Watt en estas máquinas le trajeron fama y riqueza.

De Cullen a Black y a James Watt. Tres grandes hombres seguidos en tres generaciones.

No voy a contar como otra generación a un tal Robert Watson-Watt (1892-1973), inventor del radar, pero sí es curioso saber que es descendiente del mismo James Watt del que hablábamos. Parece que ser inventor se lleva en los genes.

El radar lo dejaremos, mejor, para otras historias.

Fuentes:
“Historia de la ciencia”, John Gribbin
“Enciclopedia Biográfica de Ciencia y Tecnología (Tomo I)” “Isaac Asimov
http://us.geocities.com/alepeces/biografias/vanhelmont.htm
http://www.refrinorte.com/16803.html?*session*id*key*=*session*id*val*