DEL MOVIMIENTO EN ZIG ZAG AL NÚMERO DE AVOGADRO por el Prof. Dr. D. Alberto Requena Rodríguez, académico numerario

En 1820 el naturalista inglés, Robert Brown descubrió un fenómeno consistente en un movimiento imperturbable, de zig zag, que efectuaban unas partículas pequeñísimas, como los granos de polen, suspendidas en un líquido, que en su caso era agua. En torno a 1903 esto formaba parte de lo que dio en denominarse partículas coloidales. Este tipo de movimiento recordaba, en gran medida, un movimiento irregular parecido, que se postulaba en la teoría de los gases en el que las moléculas recorrían un espacio, libremente, entre dos colisiones, y era el tamaño de las partículas y la temperatura las que ralentizaban el movimiento.

 

Cabe recordar que en la época en la que esto afloró, el ambiente científico (al menos el parisino, el de la Sorbona) presionaba con cuestiones filosóficas del tipo de si los científicos podían hacer uso de partículas pequeñas e invisibles como las moléculas o los átomos. Perrin, cuya formación científico-técnica procedía de la Escuela Normal de Paris, en la que recibió una sólida formación matemática de la mano de Marcel Brillouin y que logró doctorarse con tan solo veintiséis años de edad con un trabajo experimental en el que abordó la demostración directa de que la carga de los rayos catódicos era negativa. Con otro trabajo sobre los rayos Roentgen fue distinguido por la Royal Society de Londres, con el premio Joule en 1896. Ante la presión de los filósofos, Perrin respondió con un golpe genial, utilizando como referencia los microbios de Pasteur y Koch y refiriéndose a un estado de la Ciencia cuando el microscopio todavía no se había inventado y tanto Pasteur como Koch podrían haber concluido también que las enfermedades contagiosas habían sido causadas por seres vivos pequeños e invisibles que infectaban a la víctima y se dedicaban a multiplicarse, antes de atacar a la siguiente víctima, etc. Naturalmente que se pudieron, también, desarrollar y tomar medidas, bajo la misma hipótesis, haciendo uso de toda clase de productos químicos conocidos sobre los materiales infectados. Sin embargo, el microscopio fue el que simplificó enormemente el trabajo y simplificó notablemente la investigación. En el caso de las moléculas, la situación fue la inversa, ya que no había todavía un microscopio que las pudiera hacer visibles, pero los físicos y los químicos construyeron un impresionante entramado consistente, tanto física como químicamente, basándose en que las moléculas estaban compuestas por átomos.

 

Kubbinga nos recuerda que Perrin fue el abanderado en la Sorbona de la Química Física, la nueva Ciencia que habían inaugurado Van’t Hoff, Ostwald y Arrhenius. En 1903 publicó un libro bajo el título: “Traité de Chimie Physique. Les principes”. Tuvo mucha relación con Pierre y Marie Curie y con Pierre Langevin. Todos ellos solían reunirse en la casa de los Perrin, donde el anfitrión solía tocar el piano, además de discutir sobre temas científicos, como la naturaleza del átomo, muy de actualidad en la época. Perrin también propugnaba por el sistema solar como modelo, con una carga positiva que le asignaba al sol y los planetas que exhibían carga negativa, pero no insistió demasiado en ello.

 

En esa época apareció una invención que prometía en los ambientes científicos experimentales, el ultramicroscopio de Siedentopf y Zsigmundy que permitía abordar el estudio de las partículas coloidales, entre las que se encontraban los gránulos de oro dispersos en vidrio. Pero el movimiento browniano acaparó la escena, con la teoría cinética de gases de fondo. En 1905 -1906 Einstein y Smoluchowski publicaron su análisis. El itinerario observado en forma de zig-zag de las partículas coloidales se podía deducir de la teoría cinética del calor (así la llamaba Einstein). Uno de los argumentos derivaba de la presión osmótica que cabía esperar de las suspensiones ya que, después de todo, la única diferencia entre las moléculas disueltas y las partículas suspendidas es su tamaño. Por tanto, cuando las moléculas se mueven al azar aquí y allá, es como las partículas que se moverían del mismo modo, solo es cuestión de escala. Algo similar a lo que ocurre en la difusión. La traslación y rotación de las partículas se analiza en términos de la física estadística que inaugurara Maxwell. Cualquier velocidad térmica de una partícula se puede calcular conociendo su masa y el hecho de que esté en estado gaseoso. Una vez que la consideramos suspendida en un líquido viscoso, aparecen fricciones que tienden a ralentizar el movimiento de la partícula. Si aplicamos la ley de Stokes entonces, podemos obtener una evaluación cuantitativa. Marian Smoluchowski emprendió en 1906 un estudio en otra dirección incorporando al análisis la importancia de las colisiones entre las moléculas de líquido y las partículas suspendidas. Aquí es cuando Perrin, decide entrar a investigar experimentalmente el movimiento browniano.

 

Laplace en su magna obra “Traité de Mecanique Celeste” dedujo una fórmula para describir el decrecimiento observado de la presión del aire con la altura. En esencia, era una ley logarítmica: ln (p0/p) = C h, siendo C la constante de Laplace que se obtiene empíricamente efectuando medidas de la presión a alturas conocidas. Con esta fórmula Gay Lussac y Biot lograron medir la altura del Puy de Dome, concluyendo que era de 6977 metros por encima de París. Echando una resina en agua que forma suspensiones y se sedimenta en parte, obtuvo un gradiente vertical de intensidad de color que le recordaba la ley logarítmica de Laplace. Si la analogía entre los granos y las moléculas era cierta el número de gránulos debía descender con la altura según la ley de Laplace. El ultramicroscopio de Siedentopf y Zsigmundy le permitiría comprobar la fórmula. Tomó fotografías, contó el número de gránulos en el campo visual y estableció la variación con la altura. Los gránulos aparecían cada 10 micrómetros. La analogía gránulo – molécula parecía correcta. Si los gránulos existían, la analogía se completaba aceptando la existencia de las moléculas. Fue a través de estos gránulos que Perrin determinó el número de moléculas que hay en una “gran molécula”, como la llamaban en la época al mol. Perrin lo estableció en 6.7 1023. Perfectamente consciente de la importancia de lo que acababa de determinar, fue el promotor de nominar, generosamente, a esta cantidad con el nombre de un especialista italiano en gases: Amadeo Avogadro, que había fallecido en 1836.

 

Perrin recibió el Premio Nobel de Física en 1926. Formó parte del gobierno socialista francés (1936-1938), con la responsabilidad de la Secretaria de Estado de Investigación Científica y fue el creador del Centre National de la Recherche Scientific (CNRS), que tanta gloria ha logrado para Francia y para la Ciencia. Con la guerra mundial emigró a Estados Unidos en 1941, donde murió en 1942. La física y la Química del siglo XIX fue eminentemente molecular, al estilo de Laplace y Maxwell, Van der Waals, Biot y Perrin. Se buscaban argumentos que mantuvieran el interés por las moléculas que se entreveían en la base de todo. No iban desencaminados. Fueron a ciegas durante mucho, imaginando. Al final lograron la luz. Y desentrañaron buena parte de lo que se resistía a la enerosamente, bajo el título comprensión humana. Gran momento científico, ¡sin duda!