En 1823, Leopold Gmelin, profesor en la Universidad de Heidelberg, movió sus contactos para que un sobresaliente alumno suyo, recién licenciado en medicina, fuese admitido como estudiante en el laboratorio de Estocolmo del químico vivo más importante de la época, Jöns Jakob Berzelius. Allí, Friedrich Wöhler, que así se llamaba el joven médico, se encontró, para su sorpresa, con que Berzelius no era partidario de las instrucciones sistemáticas, sino que prefería orientar a sus estudiantes en la investigación de los temas que éstos libremente habían escogido.
Wöhler decidió investigar un tema al que ya había dedicado un tiempo al inicio de sus estudios de medicina en Marburgo: compuestos del ácido ciánico [HOCN] y el cianógeno [(CN)2]. Como parte de sus experimentos Wöhler intentaba sintetizar varios cianatos, entre ellos el de amonio. Intentó conseguir éste [NH4(OCN)] tratando cianato de plomo [Pb(OCN)2] con amoniaco [NH3] en medio acuoso. Tras calentar la disolución para prepararla para la cristalización se dio cuenta de que al enfriar aparecían unos cristales incoloros, que no pudo identificar en ese momento.
Más o menos al mismo tiempo, en 1824, un jovencísimo Justus von Liebig, comenzaba a crear en la Universidad de Giessen, puesto que había obtenido por recomendación de Alexander von Humboldt con 21 años, la que sería primera gran escuela química del mundo. Con todo Liebig seguía fascinado con su pasión de niño, los explosivos. Así, preparó y analizó el fulminato de plata [AgONC]. Aquí el inteligente lector se habrá dado cuenta de que aunque usamos los mismos elementos, C, N, O, que cuando hablábamos del cianato hace un momento lo llamamos ahora de forma diferente, fulminato, y los ordenamos también de distinta manera. Esto es llamativo ahora, y lo fue en su momento para Liebig y Wöhler, que había preparado el cianato de plata [AgOCN] como parte de sus investigaciones.
Wöhler y Liebig tuvieron una discusión monumental, muy correcta, pero monumental. Pero los dos eran muy inteligentes a la par que excelentes químicos, por lo que pronto llegaron a la conclusión de que, a pesar de las apariencias, fulminato [ONC–] y cianato [OCN–] de plata tienen la misma composición elemental. Aquella discusión fue el inicio de una larga colaboración y amistad. Tanto es así que, andando el tiempo, Liebig y Wöhler encontrarían juntos el isocianato [NCO–].
Liebig había estudiado en París con Joseph-Louis Gay-Lussac y mantenía a su maestro al corriente de sus hallazgos. Gay-Lussac meditó sobre el asunto y llegó a la única conclusión posible que dejó por escrito en un editorial de Annales de chimie et de physique. Si tanto el análisis de Wöhler como el de Liebig eran correctos entonces:
[…]sería necesario, con objeto de explicar sus diferencias [en propiedades], admitir una forma diferente de combinación entre sus elementos.
Hoy día podemos escribir fórmulas semidesarrolladas para entender a qué se refería Gay-Lussac. El cianato tiene una estructura de enlaces [-O-C≡N], mientras que el fulminato es [-C=N-O·] y el isocianato [-N=C=O]
Esta es la primera descripción de la isomería, un nombre creado años después por Berzelius para los compuestos con la misma composición química pero diferentes propiedades físicas. Para 1830 se habían descrito ya varios casos de isomería, incluido el de los ácidos racémico y tartárico, que tanta importancia tendrían poco después en el descubrimiento de la estereoquímica.
Wöhler, mientras tanto, seguía dándole vueltas a qué podrían ser esos cristales incoloros de su preparación de cianato de amonio. El concepto de isomería vino en su ayuda: el cianato [NH4(OCN)] reordenado no era otra cosa que urea [(NH2)2CO], que aparecía por isomerización. Como la química analítica instrumental simplemente no existía aún, las sustancias nuevas se caracterizaban por sus propiedades físicas y químicas; entre las propiedades físicas estaba la descripción del hábito cristalino.
Los cristales problemáticos los describió Wöhler como “prismas de cuatro lados en ángulo recto, bellamente cristalinos”. Un cristalógrafo reconoce rápidamente un intento de descripción de un cristal del sistema tetragonal. La urea cristaliza en el sistema tetragonal. Era 1828 y éste descubrimiento viene en los libros como el inicio de la química orgánica, puesto que, según dicen, era la primera vez que un compuesto orgánico (la urea está presente en la orina, entre otros lugares) era sintetizado en un laboratorio. Como Wöhler muy gráficamente le comunicaba a Berzelius:
[…]debo decirle que puedo fabricar urea sin necesitar tener riñones, o en cualquier caso, un animal, sea éste humano o perro
Sin embargo, la química orgánica tiene el mismo padre, Wöhler, pero una fecha de nacimiento y un hijo diferentes: Wöhler ya había obtenido en 1824 ácido oxálico durante sus experimentos con el cianógeno.
El polimorfismo de los cristales moleculares también fue documentado por primera vez por Wöhler y Liebig en 1832, en este caso en la benzamida. Cuando la disolución se dejaba enfriar, la benzamida cristaliza inicialmente en forma de agujas plateadas; tras un lapso de tiempo las agujas desaparecen para dar lugar a cristales ortorrómbicos. En los siguientes años aparecieron muchos más ejemplos y para 1897 Wilhelm Friedrich Ostwald ya podía dar reglas generales, entre ellas que, en general, no es la forma más estable sino el polimorfo menos estable el que cristaliza primero, esto es, la velocidad de cristalización viene determinada por la energía de activación y no por la energía reticular (la estabilidad).
Quizás convenga recordar que el polimorfismo de las sustancias orgánicas no es un asunto que esté resuelto en absoluto, de hecho es un tema de investigación candente. Los mecanismos no están bien explicados, en términos generales, satisfactoriamente. Sin ir más lejos la cristalización de la benzamida, descrita por Wöhler y Liebig, no obtuvo una descripción robusta de su mecanismo hasta 2007, 175 años después.
No nos podemos sustraer a la tentación de mencionar finalmente a uno de los más grandes genios científicos que han existido y uno de los más desconocidos fuera de su Rusia natal, Mijaíl Vasilíevich Lomonósov. Y es que Lomonósov predijo la isomería un siglo antes que Wöhler y Liebig hiciesen su descubrimiento. Efectivamente, en sus Elementos de química matemática (1741)escribía:
[…]diferentes moléculas deben resultar del mismo número de los mismos átomos, si éstos se combinasen de forma diferente; deberían formarse cuerpos que poseerían distintas propiedades aunque tuviesen la misma composición.
Esta afirmación se enmarca en la visión de la materia que Lomonósov había plenamente desarrollado para mediados del siglo XVIII, a saber, que la materia está formada por átomos, que se combinan para formar moléculas. ¡Lomonósov usa “átomo” y “molécula” en los sentidos actuales de los términos! Por otra parte la materia se conserva (enunció este principio medio siglo antes que Lavoisier) y el calor no es otra cosa que movimiento atómico. Lomonósov hizo otros muchos descubrimientos, pero sus ideas iban más de un siglo por delante de su tiempo y solía escribir en ruso, por lo que su trabajo pasó desapercibido y fue rápidamente olvidado, sólo para ser redescubierto a principios del siglo XX.
Referencias generales sobre historia de la cristalografía:
[1] Wikipedia (enlazada en el texto)
[3] Molčanov K. & Stilinović V. (2013). Chemical Crystallography before X-ray Diffraction., Angewandte Chemie (International ed. in English), PMID: 24065378
[4] Lalena J.N. (2006). From quartz to quasicrystals: probing nature’s geometric patterns in crystalline substances, Crystallography Reviews, 12 (2) 125-180. DOI:10.1080/08893110600838528
[5] Kubbinga H. (2012). Crystallography from Haüy to Laue: controversies on the molecular and atomistic nature of solids, Zeitschrift für Kristallographie, 227 (1) 1-26. DOI: 10.1524/zkri.2012.1459
[6] Schwarzenbach D. (2012). The success story of crystallography, Zeitschrift für Kristallographie, 227 (1) 52-62. DOI: 10.1524/zkri.2012.1453
Este texto es una revisión del publicado en Experientia docet el 26 de diciembre de 2013
Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance
