Moléculas integrantes

La teoría de Haüy introdujo en la cristalografía un concepto fundamental, el de periodicidad. En los primeros estudios sobre el empaquetamiento de esferas la periodicidad estaba implícita, pero fue Haüy quien hizo énfasis en este punto. De Haüy en adelante los cristales pasaron a considerarse agregados de materia en los que la materia se repite periódicamente. Esta visión se mantuvo inalterada, y sigue siendo correcta para la inmensa mayoría de los casos, hasta el descubrimiento de los cuasicristales en la década de los ochenta del siglo XX.

Más interesante es que, desde un punto de vista puramente químico, afirmar que un cristal es una ordenación periódica tridimensional de unidades poliédricas implica que cada unidad tiene que tener la misma composición química que el conjunto y, si esta unidad es realmente la más pequeña, representa una “molécula” del compuesto. Haüy era plenamente consciente de esto. De hecho en su Essai d’une théorie sur la structure des crystaux (1784) llamaba a las unidades constituyentes fundamentales “molécules intégrantes”. Su empleo de la palabra “molécula” para referirse a un grupo de átomos conectados está en línea con el uso que de la palabra se hacía desde mediados del siglo XVII en que Pierre Gassendi la empleó en su Syntagma Philosophiae Epicuri (1646).

No sólo eso. Si las moléculas en el sentido de Haüy tienen una forma geométrica (poliédrica) definida de aquí se sigue que cada sustancia química tiene una forma cristalina característica. Otro corolario es que dos sustancias de diferente composición química, en general, no tendrán el mismo aspecto externo (hábito) salvo que sus molécules intégrantes sean muy simétricas, cúbicas por ejemplo.

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Hasta la Wikipedia conoce los estados de oxidación del uranio

Uno de los problemas de tener según qué profesores es que hay datos (inútiles la inmensa mayoría del tiempo) que se te quedan grabados a fuego durante décadas. Yo estudié química inorgánica en el curso 85-86, y de ahí, por motivos que no vienen al caso, viene el que los estados de oxidación del uranio estén indeleblemente marcados en mi memoria: del +3 [U(III)] al +6 [U(VI)], lo que quieras. Por eso hay noticias, de medios por lo demás muy solventes, que captan mi atención en milisegundos: decir que se ha descubierto el estado de oxidación +5 [U(V)] en el uranio es como decir que se ha descubierto el Mediterráneo. Salvo, aparentemente, si eres físico.

La noticia titulada Uranium Oxidation State Finally Revealed aparece como un breve (synopsis) en la web de Physics y hace referencia a un paper publicado, ni más ni menos, en Physical Review Letters titulado Chemical State of Complex Uranium Oxides.

En la noticia se cuenta que los investigadores, estudiando los óxidos U4O9 y U3O8 con rayos-X de 3700 eV han descubierto que en estos óxidos hay parte del uranio que está en estado de oxidación +5. Y acaba con la siguiente frase: Los autores dicen que esta observación pide una revisión del pensamiento actual sobre la química del uranio , en línea, por otra parte, con lo que afirman en el abstract del artículo técnico. Si esto fuese así quedaría confirmado que Enrique Gutiérrez Ríos, aparte de supernumerario, era un viajero en el tiempo.

Efectivamente, en mi copia (ex libris 18-11-1985) de la 2ª edición revisada (1984) de Química Inorgánica, aliasel Guti”, este terminator de la química decía en la página 720:

René Just Haüy El cura rompecristales

Durante la década de 1770 el joven cura René Just Haüy solía pasar buena parte de su tiempo en el jardín botánico de París. Hacía tiempo que se interesaba por la ciencia y había decidido que estudiar botánica. Con objeto de avanzar en sus estudios compró un ejemplar de Systema naturae de Linneo. Poco después empezó a descuidar sus asuntos botánicos y a asistir al curso que sobre mineralogía impartía Louis-Jean-Marie Daubenton. Una vez concluido el curso Haüy sólo se dedicaría a los minerales.

Calcita

Si hubiésemos de creer a Georges Cuvier, el primer descubrimiento de Haüy se debió a la serendipia. En 1780, mientras observaba un hermoso agregado de grandes cristales prismáticos de calcita, uno de los prismas se rompió, cayó al suelo se rompió en pequeñas piezas. Para su sorpresa todas las piezas eran de la misma forma, no prismática, sino romboédrica como el espato de islandia, otra variedad de calcita. Este hecho habría ocurrido en la historia centenares de veces pero, como diría después Pasteur, “el azar favorece a la mente preparada”. Haüy corrió a su estudio, cogió un escalenoedro grande de calcita y, sin dudarlo, le arreó un martillazo. Para su deleite, los añicos eran todos romboédricos. Haüy llegó a la conclusión de que todos los cristales de calcita, independientemente de su hábito (aspecto geométrico) externo, estan compuestos de “moléculas” romboédricas. No nos resistimos a la tentación del juego de palabras facilón: Haüy, como abad, era buen conocedor del tema: el hábito no hace al monje, en este caso, al cristal.

No hay dos personas que perciban los olores igual

Un equipo de investigadores encabezado por Joel Mainland, de la Universidad de Duke (EE.UU.), publica en Nature Neuroscience los resultados de un estudio según el cual no hay dos personas que perciban los olores igual; la variación entre los receptores de dos personas elegidas al azar es de al menos el 30%. Este resultado podría tener implicaciones filosóficas además de ser de interés para la industria de los perfumes, la de aditivos alimentarios y la alimentaria en general.

Los qualia (plural de quale) son la forma en que yo experimento las cosas, como el color verde o el olor a rosas. Lo que percibo cuando huelo una rosa no es algo que pueda explicar o transmitir a otra persona que, por su parte, pueda estar experimentando algo diferente a mi; así, a mi me puede gustar mucho ese olor pero para ella podría ser un olor nauseabundo, por ejemplo. Los qualia son importantes en filosofía de la mente porque para algunos suponen un vacío explicativo que ha de ser completado por una teoría no materialista de la mente. Lo que estos no tienen en cuenta es que la investigación en genética y neurociencia puede estar reduciendo el tamaño de este presunto vacío.

Existen alrededor de 400 genes que codifican los receptores del olor, y según el Proyecto 1000 genomas, hay más de 900.000 variaciones de esos genes. Un olor determinado activará un conjunto de receptores en tu nariz, creando una señal que será procesada por el encéfalo. Por lo tanto qué receptores y cómo son esos receptores determinarán qué tipo de señal recibirá el encéfalo de una persona cuando percibe un olor.

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Ya hemos tratado anteriormente en el Cuaderno los pies de barro del falsacionismo, notablemente en Las teorías científicas no son falsables, donde intentamos explicar que la falsabilidad es una actitud y no una característica de las teorías, o cuando pretendimos ilustrar los límites de los razonamientos confirmatorio y disconfirmatorio en Desviación de la luz y falsabilidad. Sin embargo, para una comprensión completa de nuestro razonamiento en ambos artículos era quizás necesario un conocimiento previo de la tesis de Duhem-Quine. Por ello en esta entrega final de la serie volvemos a recapitular el por qué la falsación ya no es lo que era, a saber, ese criterio fácil y lógico que nos permite distinguir lo científico de lo que no lo es, la hipótesis “correcta” de la “incorrecta”.

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La UNESCO ha declarado 2014 como el año internacional de la cristalografía. Ninguna disciplina ha producido tantos premios Nobel como la cristalografía (29 concesiones y contando, lo que supone 48 personas de momento) y sin embargo sigue siendo una gran desconocida no sólo para el gran público, sino también para muchos científicos.

En Experientia docet nunca hemos ocultado nuestra debilidad por un campo científico que combina como ningún otro la física, la química, la biología, la geología y las matemáticas; cuyo conocimiento nos permite explorar otros mundos y diseñar materiales portentosos. Estamos intentando plasmar algo de esa multidisciplinariedad y del encanto de la cristalografía en nuestra serie sobre su historia.

En España se desarrollarán muchas actividades a cuenta del IYCr2014, pero en la web probablemente la más relevante sea el Festival de la Cristalografía que, creado por Bernardo Herradón, consta con el reconocimiento de la International Union of Crystallography.

Para ir calentando motores, ¿qué mejor que una estupenda conferencia combinando lo mejor de lo antiguo y lo nuevo?

Wanderer

La historia de la ciencia no es lineal. Ninguna historia lo es. Los científicos desarrollan hipótesis o eligen los problemas que abordan y cómo abordarlos en un contexto cultural. En muchos casos es su religión o sus posiciones filosóficas las que inducen qué ideas se favorecen o cómo se interpretan los datos. A lo largo de los siglos se pueden identificar grandes corrientes filosóficas que han tenido una influencia enorme en el desarrollo de la ciencia y que son muy conocidas: el aristotelismo en la Edad Media, el neoplatonismo en el Renacimiento o el positivismo en la segunda mitad del XIX y buena parte del XX. Sin embargo, hay otras corrientes también muy influyentes que son menos reconocidas, como el hermeticismo, que jugó su papel en el desarrollo de la química, por ejemplo, o la que hoy tratamos a título de ejemplo, la Naturphilosophie.

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Veíamos en la entrega anterior de esta serie que Kepler había mantenido una correspondencia muy interesante con Thomas Harriot y que, en el transcurso de ésta, Harriot le había mencionado a Kepler el problema del empaquetamiento de esferas. También mencionamos que Kepler llegó pronto a la conjetura de su nombre.

Como parte de este proceso, Kepler se dio cuenta que el empaquetamiento compacto de esferas en una sola capa da lugar a estructuras hexagonales que recuerdan a un panal de abeja. Esto le llevó a cuestionarse (y a buscar una respuesta satisfactoria) sobre la forma hexagonal de los copos de nieve en su tratado de 1611 Strena seu de nive sexangula (Un regalo de Año Nuevo de nieve hexagonal). Esto ya de por sí era bastante excepcional, ya que en aquella época no era común el conocimiento sobre la forma de los copos de nieve.

Olaus Magnus Historia om de nordiska folken

A título de ejemplo del conocimiento de la época tomemos el Historia de gentibus septentrionalibus (Historia de los pueblos del Norte) de Olof Månsson (latinizado Olaus Magnus), publicado en 1555. En él aparece una ilustración de los copos de nieve en la que es evidente que el autor, sueco por más señas, no es consciente de la forma hexagonal de los copos de nieve. Vemos que hay copos de nieve con forma de mano o de ojo o de media luna, por ejemplo.

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Experientia docet se une al Manifiesto #NoSinEvidencia que reproducimos a continuación:

La evidencia científica es uno de los pilares sobre los que se asienta la medicina moderna. Esto no siempre ha sido así: durante años, se aplicaron tratamientos médicos sin comprobar previamente su eficacia y seguridad. Algunos fueron efectivos, aunque muchos tuvieron resultados desastrosos.

Sin embargo, en la época en la que más conocimientos científicos se acumulan de la historia de la humanidad, existen todavía pseudo-ciencias que pretenden, sin demostrar ninguna efectividad ni seguridad, pasar por disciplinas cercanas a la medicina y llegar a los pacientes.

Anillo de Einstein de PKS 1830-211 | Imagen: MERLIN
Anillo de Einstein de PKS 1830-211 | Imagen: MERLIN

¿Varía con el tiempo la masa del protón? No me refiero a lo que refleja Wikipedia en la que, por ejemplo, el valor que aparece en la versión española es de 1,672621637(83)×10−27 kg, en la francesa 1,672623×10-27, en la italiana 1,67262171(29)×10−27, mientras que en la versiones japonesa, alemana o inglesa es 1.672621777(74)×10−27 .Por cierto, este último valor es el que corresponde con el último oficial en el momento de escribir esta anotación.

Como decía, no me refiero a la precisión con la que podemos medir la masa del protón o al ritmo con el que se actualizan o dejan de hacerlo las distintas versiones de una enciclopedia. Sino a si la masa del protón que medimos hoy es la misma que hace cinco mil millones de años o más. ¿Y la masa del electrón? Porque si las interacciones entre las fuerzas fundamentales cambiaron radicalmente al comienzo del universo, en concreto el acoplamiento entre la nuclear fuerte y la electromagnética, nada impide que al menos en teoría, estén cambiando con el tiempo, lo que afectaría a las masas de estas partículas, ya que buena parte de la masa del protón viene dada por las interacciones de los quarks en forma de gluones de la interacción fuerte.

Son preguntas interesantes pero la respuesta no es precisamente obvia. Habría que medir de alguna manera cómo eran las masas de estas partículas hace miles de millones de años. ¿Se le ocurre al amable lector como podría hacerse?

Viajar al pasado remoto es posible con sólo mirar al cielo. La existencia de un límite a la velocidad con la que la luz puede viajar en el vacío hace que cuando observamos una estrella o una galaxia veamos la luz que emitió hace minutos, años o miles de años. Por ejemplo, la luz que vemos de la galaxia PKS 1830–211 formando un anillo de Einstein salió de ella hace 7.500 millones de años. ¿Pero cómo determinar la masa del protón o del electrón en una galaxia que está a 7.500 millones de años luz de la Tierra? Dicho así, es difícil, pero no lo es tanto (relativamente hablando) determinar la relación entre las masas de ambos.