Geoquimica Recreativa Alexander Fersman

Geoqumica Recreativa Prefacio Introduccin PRIMERA PARTE. EL ATOMO 1. De qu se ocupa la Geoqumica? 2. El mundo de lo invisible. El tomo y el elemento qumico 3. Los tomos que nos circundan 4. Nacimiento y comportamiento del tomo en el universo 5. Cmo Mendelev descubri su ley 6. El sistema peridico de los elementos de D. I. Mendelev en nuestros das. 7. Importancia del sistema peridico de los elementos de Mendelev en la Geoqumica 8. El tomo se desintegra. Uranio y radio 9. El tomo y el tiempo SEGUNDA PARTE. LOS ELEMENTOS GEOQUMICOS EN LA NATURALEZA 10. El silicio, fundamento de la corteza terrestre 11. El carbono, base de todo lo vivo 12. El fsforo, elemento de la vida y del pensamiento 13. El azufre, propulsor de la industria qumica 14. El calcio, smbolo de firmeza 15. El potasio, fundamento de la vida de las plantas 16. El hierro y la edad de hierro 17. El estroncio, metal de las luces rojas 18. El estao, metal de los botes de conserva 19. El yodo, elemento que se halla en todas partes 20. El flor, elemento que todo lo corroe 21. El aluminio, metal del siglo XX 22. El berilio, metal del futuro 23. El vanadio, fundamento del automvil 24. El oro, rey de los metales 25. Elementos raros dispersos TERCERA PARTE. HISTORIA DEL ATOMO EN LA NATURALEZA 26. Los meteoritos, emisarios del universo 27. Los tomos en la profundidad de la Tierra 28. Historia de los tomos en la historia de la Tierra 29. Los tomos en el elemento areo 30. Los tomos en el agua 31. Los tomos en la superficie terrestre. Desde el Artico hasta los subtrpicos 32. Los tomos en la clula viva 33. Los tomos en la historia de la humanidad CUARTA PARTE. PASADO Y FUTURO DE LA GEOQUIMICA 34. De la historia de las ideas geoqumicas 35. Cmo fue dada su denominacin a los elementos qumicos y a los minerales? 36. La Qumica y la Geoqumica en nuestros das 37. Viaje fantstico por la Tabla de Mendelev 38. Las conquistas del futuro 39. Final del libro APENDICE 40. El geoqumico en el campo 41. Notas breves sobre los elementos qumicos 42. Aclaraciones a algunos trminos y nombres que aparecen en el texto

Alexandr Fersman

Indice

1

Preparado por Patricio Barros

Geoqumica Recreativa

Alexandr Fersman

PREFACIO En el libro "Geoqumica Recreativa", el acadmico Alexander Fersman expone en forma literaria los resultados de sus trabajos durante muchos aos, dedicados a la creacin de una nueva rama de la ciencia geolgica, la Geoqumica, con objeto de mostrar, a base de su riqusima imaginacin y experiencia cientfica, la vida qumica de nuestro planeta. Con su admirable arte de popularizador explica de forma sencilla y atrayente las ideas ms complicadas. El lector se convence de que la comprensin de la estructura del tomo es absolutamente necesaria para el estudio de los elementos qumicos que forman la corteza terrestre. A. E. Fersman, con la fuerza expresiva propia de un literato y la erudicin de un cientfico consumado, describe en la segunda parte de su libro cmo fueron hallados en la naturaleza los distintos elementos qumicos y da a conocer sus cualidades. Al estudiar la migracin de estos elementos en la corteza terrestre y describir las condiciones de su acumulacin, el autor las relaciona con la prctica, es decir, con lo necesarias que son las distintas clases de materias primas naturales para la construccin socialista. Muestra brillantemente los campos de aplicacin de os elementos qumicos e incluso habla de su futuro. El mismo dice que "... la idea creadora del hombre busca nuevas vas de aprovechamiento de las materias primas naturales". Pero solamente con el socialismo es posible que esta idea dirija las riquezas naturales en beneficio de toda la humanidad y para el bien de todo el mundo". Esta es la tesis que como un hilo rojo transcurre por toda la narracin. En la tercera parte del libro se da a conocer al lector el papel que juegan los tomos en elementos como el agua y el aire, en las clulas vivas y en la historia de nuestro planeta. En esta parte se presta una gran atencin al papel transformador del hombre, que cada vez va introduciendo ms elementos qumicos nuevos en los usos industriales. En los captulos finales del libro, bajo el ttulo general de "Pasado y futuro de la Geoqumica", revela el autor los problemas actuales de la Geoqumica. Al mismo tiempo, A. E. Fersman nos pinta el cuadro seductor de la tcnica del futuro: la conquista de las capas profundas de la tierra, el aprovechamiento del calor interno de la misma, la gasificacin subterrnea, la creacin de las albminas artificiales y la aplicacin de la energa atmica. Desde su primera a su ltima pgina, este libro hace que el lector recapacite sobre los admirables fenmenos que se desarrollan en la corteza terrestre, en la cual todo vive, todo cambia en el espacio y en el tiempo subordinndose a las leyes que rigen los procesos naturales.

Prefacio

1



Alexandr Fersman

De forma viva, comprensible y cautivadora esta obra ofrece al lector un material que abarca conocimientos extraordinariamente amplios, al mismo tiempo que lo infunde verdadera pasin por la investigacin cientfica y fe en la fuerza creadora de la ciencia. La "Geoqumica recreativa" es uno de esos libros que ayudan a cualquier lector, sea joven o adulto, a conocer los secretos de la naturaleza y a comprender la profunda relacin que existe entre la ciencia y la prctica. El acadmico Fersman es conocidsimo como eminente mineralogista, geoqumico y gegrafo, como investigador perseverante de las riquezas minerales de la URSS, viajero infatigable, brillante escritor y divulgador de las ciencias geolgicas. Alexander Fersman naci el 27 de octubre (S de noviembre segn el nuevo calendario) de 1883 en San Petersburgo. La juventud del futuro sabio transcurri en Crimea, donde aprendi a amar la ciencia que se ocupa del estudio de las piedras. "Crimea fue mi primera Universidad", deca Fersman. El joven, cautivado al principio por la belleza exterior de las piedras, poco a poco, comenz a interesarse por las cuestiones relacionadas con su composicin y origen. Terminada la segunda enseanza, continu sus estudios en la Universidad de Mosc, donde asisti a numerosas conferencias sobre Mineraloga y tom parte en varios trabajos dirigidos por Vladimir Vernadski. Hasta la poca de V. Vernadski, la Mineraloga se enseaba en la Universidad de forma pobre, rida. Los mineralogistas de finos del siglo XIX se ocupaban preferentemente de la descripcin de los minerales, del estudio de sus formas cristalogrficas y de su sistematizacin. V. Vernadski aport a esta Mineraloga descriptiva un aliento de vida. Comenz a estudiar los minerales como productos de reacciones qumicas naturales (terrestres) y a interesarse por las condiciones en que se forman: su origen, vida y transformacin en otros minerales. Esta ya no era la Mineraloga antigua que describa con indiferencia las curiosidades de las entraas de la Tierra. Los investigadores jvenes vivan nuevas pasiones, nuevas ideas. No eran simples mineralogistas, sino qumicos-mineralogistas. "Eso nos ense nuestro maestro, recordaba despus A. Fersman, a relacionar la Qumica con la naturaleza, las hiptesis qumicas con los mtodos del naturalista. Era una escuela de Ciencias Naturales de nuevo tipo, basadas en datos cientficos precisos sobre la vida qumica de la Tierra". El trabajo cientfico se realizaba en la Universidad, no slo en los gabinetes y laboratorios, sino principalmente en el seno de la propia naturaleza. Cada paso en el estudio iba acompaado de excursiones y expediciones. Ms de una vez las recordaba despus A. Fersman. Los aos pasaban. Los conocimientos iban adquirindose basndose en trabajo tenaz. Los jvenes investigadores se pasaban da y noche estudiando los resultados obtenidos. A veces, durante varios das no salan del edificio universitario. En 1907 Alexander Fersman termin sus estudios en la Universidad de Mosc. Siendo todava estudiante realiz y public 5 trabajos cientficos sobre cuestiones de Cristalografa, Qumica y Mineraloga, bajo la direccin de V. Vernadski. Por estos trabajos recibi la medalla de oro A. Antipov con la cual la Sociedad Mineralgica condecoraba a los jvenes hombres de ciencia. A los 27 aos Alexander Fersman fue nombrado profesor de Mineraloga y en 1912, por primera vez en la historia de las ciencias, comenz a dar conferencias sobre una nueva asignatura: la Geoqumica. En sus conferencias Fersman remarcaba: "Debemos ser los qumicos de la corteza terrestre. Debemos estudiar no slo la distribucin y formacin de los minerales, esas combinaciones

Prefacio

2



Alexandr Fersman

temporalmente estables de los elementos, debemos estudiar tambin los propios elementos, su dislocacin, sus transformaciones, su vida". A partir de aquel ao comenz la actividad de Fersman en la Academia de Ciencias de la URSS, primero en Petersburgo, despus en Mosc, sin interrumpirla hasta el final de su vida. La Gran Revolucin Socialista de Octubre cre condiciones propicias, completamente nuevas, para los trabajos de investigacin cientfica, hasta entonces inexistentes. Ante Fersman surgieron posibilidades ilimitadas para poner de relieve todo su talento y se entreg totalmente a la resolucin de cuestiones relacionadas con las tareas propuestas por el Partido Comunista y el gobierno, siguiendo las indicaciones histricas expuestas por V. I. Lenin en los artculos Las tareas inmediatas del Poder sovitico1 y Borrador del plan de trabajos tcnico-cientificos2, dedicados al estudio o investigaciones sistemticas de las fuerzas productivas naturales del pas. Como investigador profundo, dotado de gran penetracin, A. Fersman fue en aquel tiempo uno de los ms vehementes y persuadidos partidarios de la actividad aplicada, llamando incansablemente a los hombres de ciencia a ocuparse de los problemas de inters prctico y econmico del pas. En 1919, a los 35 aos de edad, A. Fersman fue elegido miembro de nmero de la Academia de Ciencias de la URSS y simultneamente ocup el cargo de director del Museo Mineralgico anexo a la Academia de Ciencias. Al apreciar la labor creadora de Fersman, asombra la enorme variedad de sus aficiones cientficas y prcticas, as como su capacidad extraordinaria de trabajo. Desarrollando los fundamentos cientficos de la Geoqumica y de la Mineraloga, Fersman colocaba siempre en primer plano las investigaciones efectuadas directamente sobre el terreno. Particip en numerosas expediciones y visit las regiones ms diversas del pas: la tundra de Jibini en la pennsula de Kola, el valle floreciente de Fergan, las arenas trridas de Kara-Kumi y de Kyzyl-Kumi en el Asia Central, la extensa taiga de la regin del Baikal y de la Transbaikalia, las vertientes forestales orientales de los Urales, Alti, Ucrania, Crimea, el Cucaso del Norte, la Transcaucasia y otras. Tiene un inters verdaderamente extraordinario la epopeya heroica de la exploracin y estudio de la pennsula de Kola, que Fersman inici en 1920 en Jibini y en 1930 en la tundra de Monche y que se prolong hasta los ltimos aos de su vida. Su mayor xito fue el descubrimiento de yacimientos de apatito, de importancia mundial, y de mineral de nquel. Como resultado de grandes trabajos, llevados a cabo por Fersman y otros especialistas, la pennsula de Kola proporcion al pas yacimientos riqusimos de numerosos minerales valiosos. En 1929 se inici la explotacin, en escala industrial, de las riquezas naturales de la pennsula de Kola. Ese rincn del Norte lejano, hasta entonces perdido, salvaje, casi sin estudiar, se convirti en una riqusima regin industrial-minera. En la regin desrtica surgieron, como por encanto, nuevas ciudades: primero Jibinogorsk (Krovsk), ms tarde Monchegorsk y otras. He aqu lo que escribe A. Fersman sobre los trabajos en la pennsula de Kola: "Entre todas las impresiones del pasado, entre los diversos cuadros de la naturaleza, del hombre, de la economa, el sentimiento ms vivo que conservo es Jibini: una poesa pica cientfica completa, que durante casi veinte aos embarg toda mi alma, fuerzas, energa, conquist todo mi ser, agudiz mi voluntad, pensamiento cientfico, deseos, esperanzas... Solamente con perseverancia y obstinacin, nicamente a base de un trabajo enorme en Jibini, pudimos conseguir resultados positivos en este pas maravilloso, pas que, como en las fbulas, abri ante nosotros sus riquezas". La brillante epopeya de Jibini no ensombreci otras investigaciones de Fersman. Su energa inagotable le bastaba para todo.

Prefacio

3



Alexandr Fersman

En 1924 comenzaron sus trabajos en el Asia Central, y su inters por esta empresa no se aminor hasta el fin de su vida. En 1925 emprendi un viaje audaz a la zona central de Kara-Kumi, entonces casi desconocida, e investig los ricos yacimientos de azufre nativo all existentes, que se convirtieron en una fortuna para la industria sovitica. Con su colaboracin, fue construida en esa regin una fbrica, que funciona hasta la actualidad, para extraer y purificar el azufre utilizando el material nativo. A. E. Fersman trabaj mucho y fructuosamente en la investigacin del proceso pegmattico. Desde los primeros pasos de su actividad cientfica independiente se dedic a estudiar los filones de pegmatita, es decir, los focos derivados de las rocas fundidas y especialmente de las granticas. A este estudio consagr toda su vida. Fersman consider los filones de pegmatita como producto de la cristalizacin producida al enfriarse las ltimas porciones de granito fundido, el cual, impulsado por las fuerzas que sobre l presionaban, se introduca en los intersticios producidos en el propio granito o en la corteza que lo rodeaba y solidificaba formando conglomerados de granulacin gruesa, cuya composicin es muy parecida a la de los granitos. Entre los cuerpos pegmatticos se encuentran grandes cristales de diferentes minerales. En la naturaleza se conocen diversos filones de pegmatita, los cuales se diferencian entre s tanto por su composicin como por el carcter de los minerales que los forman. En su monografa capital "Las Pegmatitas", que se public por primera vez en el ao 1931, A. E. Fersman no slo se ocupa del proceso de formacin de las pegmatitas, sino que describe los diferentes tipos de filones pegmatticos o indica la gran importancia que tienen los mismos como fuente de materia prima de gran valor para el desarrollo de la industria. Desde 1934 a 1939 Fersman escribi su Geoqumica, obra fundamental en cuatro tomos, dedicada a la qumica de los elementos de la corteza terrestre, libro excelente por su fuerza y provisin creadora, en el que presenta, basndose en las leyes fisicoqumicas, un amplio anlisis de las leyes que rigen los movimientos que experimentan los tomos en la corteza del globo terrqueo. Esta obra concedi a Fersman y, en su persona, a la Geoqumica rusa, renombre mundial. En 1940 termina la obra Las riquezas minerales de la pennsula de Kola. En este trabajo muestra un ejemplo brillante del modo de abordar, desde el punto de vista geoqumico, los problemas referentes a la investigacin de las riquezas naturales seala el descubrimiento de varios nuevos yacimientos minerales. El legado escrito de Fersman es enorme. Public cerca de 1.500 artculos, libros, extensas monografas. Adems de sus trabajos sobre Cristalografa, Mineraloga, Geologa, Qumica, Geoqumica, Geografa, Fotografa area, dej tambin otros sobre Astronoma, Filosofa, Arte, Arqueologa, Agrologa, Biologa, etc. Alexander Fersman fue no slo un sabio, era tambin hombre pblico. Hay que remarcar especialmente la actividad de Fersman como escritor de talento, popularizador de las ciencias geolgicas. El "poeta de las piedras", as le llamaba A. Tolsti. En 1928 apareci la primera edicin de la Mineraloga recreativa, ms tarde traducida a muchos idiomas extranjeros, que alcanz 25 ediciones. En 1940 se publicaron SUS Memorias sobre las piedras. Despus de la muerte de A. Fersman fueron impresos Mis viajes, Relatos sobre las gemas preciosas y Geoqumica recreativa. Todos estos libros dieron a Alexander Fersman gran popularidad entre los lectores de todas las edades. Semejantes libros no nacen repentinamente. Son resultado de largos aos de trabajo literario y experimental, en ellos se refleja toda la vida d 1 sabio y sus aficiones cientficas. A su vez sonPrefacio 4 Preparado por Patricio Barros


Alexandr Fersman

libros escritos por un pedagogo experimentado de talento, que tiene en alta estima la educacin de la juventud cientfica, de nuestra futura generacin. Con su palabra ardiente y apasionada de escritor y orador, A. Fersman despert, en toda una legin de jvenes, el cario hacia la Mineraloga y Geologa y arrastr consigo a gran nmero de colaboradores cientficos, orientndolos hacia nuevas investigaciones y bsquedas. Quiero particularmente remarcar su amor inmenso a la Patria, perceptible en cada uno de sus artculos y en todas sus manifestaciones. Sus publicaciones son un himno a la hazaa laboriosa, que llama a dominar, a transformar la naturaleza del pas, a base de conocimientos cientficos precisos. "No queremos, deca Fersman, ser fotgrafos de la naturaleza, de la tierra y de sus riquezas. Queremos ser investigadores, forjadores de nuevas ideas, queremos ser conquistadores de la naturaleza, luchadores por su subordinacin al hombre, a su cultura, a su economa. No queremos ser simples observadores, turistas imparciales que registran sus impresiones en el libro de notas. Queremos vivir profundamente los procesos de la naturaleza. Queremos que del estudio reflexivo de la naturaleza nazca, no slo la idea, sino tambin la accin. No debemos simplemente pasearnos por los grandes espacios de nuestra Patria, debemos participar en su reorganizacin y crear una nueva vida". El 20 de mayo de 1945 falleci despus de una grave enfermedad. "Infinitos o inmortales, dijo el acadmico D. Beliankin, son los mritos de Alexander Fersman ante la ciencia y la Patria. Por la magnitud de sus intereses cientficos, conjugados con su preocupacin constante en provecho y en gloria de nuestra Patria, nos recuerda a nuestros inmortales Lomonsov y Mendelev. No en vano estos nombres eran tan sagrados para l". Acadmico D. Scherbakov.

_________________1 2

V. I. Lenin. Obras escogidas. t. V, pg. l47, Editorial Cartago, Buenos, Aires, 1965 V. I. Lenin. Obras escogidas, t. V. pg. 191, dem

Prefacio

5



Alexandr Fersman

INTRODUCCION Hace varios aos escrib el libro Mineraloga recreativa. Con ese motivo recib decenas, centenares de cartas procedentes de estudiantes, obreros y especialistas diversos. Cunta pasin viva y sincera por las piedras, su estudio e historia de su utilizacin vi en esas cartas! En algunas, escritas por nios, se notaba tanto ardor juvenil, audacia, bro, energa... ! Me entusiasmaron dichas cartas y decid escribir un segundo libro para la juventud, para nuestra futura generacin. En estos ltimos aos mi pensamiento ha ido a otra rama de la ciencia, mucho ms difcil, mucho ms abstracta, a un mundo maravilloso, al mundo de los corpsculos pequesimos, de magnitud nfima, que constituyen toda la naturaleza y el propio hombre. Durante los ltimos veinte aos tom parte en la creacin de una nueva ciencia, que llamamos Geoqumica. La creamos no sobre el papel, sentados en un cmodo gabinete; esta ciencia naci a base de numerosas investigaciones precisas, experimentos, mediciones; naci en la lucha por la comprensin nueva de la vida y de la naturaleza. Qu admirables eran aquellos minutos, cuando terminbamos nuevos captulos de esta ciencia del futuro! Qu puede haber de recreativo en lo que voy a contarles sobre la Geoqumica? De qu trata esta ciencia? Por qu la llamamos Geoqumica y no simplemente Qumica?, Por qu escribe sobre ella, no un qumico, sino un gelogo, mineralogista, cristalgrafo? En realidad, la respuesta a esta pregunta la recibir el lector no en el primer captulo, no; en l se hablar de muchas cosas, pero de forma concisa. Slo despus de leer hasta el final este libro, comprender la profundidad y lo interesante de la Geoqumica. Entonces dir: "He aqu en qu consiste la Geoqumica, qu interesante, pero qu difcil es esta ciencia! Qu poco conozco la Qumica, la Geologa y la Mineraloga para llegar a comprenderla por completo!" Sin embargo, merece la pena comprenderla, puesto que el futuro de la Geoqumica es mucho ms importante de lo que se piensa; es la que, junto con la Fsica y la Qumica, subordinar a la voluntad del hombre las grandiosas reservas de energa y de materia existentes. Antes de terminar esta introduccin, quisiera dirigirme a los lectores con ciertos consejos sobre cmo debe leerse este libro. No basta simplemente con decir qu es necesario leer; con frecuencia es mucho ms importante decir cmo hay que leer, de qu modo hay que estudiar los libros y saber, al mismo tiempo, sacar de ellos el mximo provecho. Unos libros se leen de un tirn, cuando se trata de un relato interesante que le apasiona y que no puede usted abandonar hasta haber ledo las ltimas pginas. As se leen las novelas recreativas de aventuras. Otros libros hay que estudiarlos, cundo en ellos se describe una ciencia completa o cuestiones cientficas aisladas; cuando se exponen sucesivamente datos cientficos, se describen los fenmenos de la naturaleza, se hacen conclusiones cientficas. Semejantes libros hay que leerlos profundizando en cada palabra, sin omitir ningn detalle. Nuestro libro no es una novela seductora, ni tampoco un tratado cientfico. Est escrito segn un plan especial. En las cuatro partes de que consta se pasa paulatinamente desde las nociones fundamentales de Fsica y Qumica a las cuestiones de la Geoqumica y su futuro. El lector poco experimentado en estas ciencias, deber leer el libro con mucha atencin, sin apresuramiento. Es posible que lea por segunda vez aquellas pginas que considere ms interesantes o que su comprensin le haya sido difcil. Pero si el lector posee conocimientos de Fsica y Qumica, puede pasar por alto aquellos apartados que ya conozca. El autor ha procurado hacer de cada apartado un todo nico, independiente en lo posible de las partes restantes. El libro es apto tambin para profundizar en los conocimientos de Qumica o Geologa.

Introduccin

1



Alexandr Fersman

A los estudiantes les ser muy til leer algunos captulos sueltos de este libro, simultneamente con sus estudios del curso general de Qumica, puesto que cada uno de estos captulos puede servirle de suplemento, ilustrando en muchos casos aquellas pginas ridas del texto de Qumica. Al estudiar los metaloides, paralelamente puede leer los captulos que hablan del fsforo y del azufre. Al estudiar los metales ferrosos conviene ver los captulos que se ocupan del hierro y el vanadio. Al estudiar la Geologa, deben emplearse asimismo los captulos correspondientes de esta obra que tratan de importantes cuestiones qumicas acerca de la distribucin y difusin de los elementos en la corteza terrestre. Inters especial a este respecto presentan los captulos que describen la corteza terrestre y principalmente la tercera parte: Historia del tomo en la naturaleza. Los que estudian Qumica observarn que en la exposicin que hago me ocupo nicamente de unos cuantos elementos qumicos, slo describo con algn detalle quince elementos. No he tratado de dar la caracterstica qumica completa y la historia de todos los elementos del universo, de los existentes en las profundidades de la corteza terrestre, en la superficie de la Tierra y de los que ordinariamente utiliza el hombre. He querido slo aclarar ciertos rasgos aislados, los ms significativos, sobre el comportamiento de los elementos ms corrientes y tiles cuyas complicadas transformaciones qumicas se desarrollan en el seno de los procesos qumicos imperceptibles y continuos que se verifican en la Tierra. Sobre cada elemento pueden escribirse muchas y largas pginas. Es posible que al lector le surja el deseo de probar a escribir la historia de algn otro elemento que no menciono. Si alguien, al ver un trozo de cromo, se interesara por conocer su origen, posibles transformaciones y el papel que desempea en la industria, y pudiera escribir varias pginas interesantes sobre la historia de este elemento y aclarar el comportamiento de este tomo perteneciente a la familia del hierro, esto sera a mi parecer una tarea prctica utilsima. Puedo aconsejar al lector, que al estudiar este libro, se interese por las cuestiones relacionadas con el anlisis amplio de la naturaleza, que pruebe a cumplir esta tarea y contine estas pginas que he escrito sobre los elementos ms importantes que constituyen la Tierra.

Introduccin

2



Alexander Fersman

Captulo I DE QUE SE OCUPA LA GEOQUIMICA? De qu se ocupa la Geoqumica? Esta es la primera pregunta a la que hay que contestar para llegar a comprender todo lo que vamos a exponer en nuestro libro. Sabemos de qu trata la Geologa; esta ciencia estudia la Tierra, la corteza terrestre, su historia, sus transformaciones, cmo se forman las montaas, ros y mares, cmo surgen los volcanes y lavas y cmo crecen lentamente los sedimentos de limo y arena en el fondo de los ocanos. Para todos est claro que la Mineraloga estudia los diferentes minerales. En mi libro Mineraloga recreativa escriba: "El mineral es una combinacin de elementos qumicos que se origina por va natural, sin la intervencin del hombre. Es una especie de edificio construido de ladrillitos determinados en cantidades variables, pero no se trata de un montn desordenado de esos ladrillitos, sino que constituye precisamente una obra edificada segn leyes definidas de la naturaleza. Se comprende perfectamente que con ladrillitos idnticos, tomados en igual cantidad, pueden construirse distintos edificios. Exactamente igual, un mismo mineral puede existir en la naturaleza en las formas ms diversas, a pesar de que su composicin qumica sea la misma. Contamos con cerca de cien especies de estos ladrillitos, de los cuales est constituida toda la naturaleza que nos rodea. Estos elementos qumicos pueden ser gases: oxgeno, nitrgeno, hidrgeno; metales: sodio, magnesio, hierro, mercurio, oro y otras substancias, como silicio, cloro, bromo, etc. Las combinaciones de los elementos, en proporciones diferentes, constituyen lo que llamamos minerales. Por ejemplo, el cloro y el sodio forman la sal comn; la unin del oxgeno, en doble cantidad, con el silicio origina la slice o cuarzo, y as sucesivamente. ... As, de las diversas combinaciones de elementos qumicos estn formados tres mil minerales distintos existentes en la tierra (cuarzo, sal, feldespato, etc.). La agregacin de partculas minerales forma lo que llamamos rocas (por ejemplo: granito, caliza, basalto, arena, etc.). La ciencia que estudia los minerales se denomina Mineraloga; la que describe las rocas, Petrografa, y la que estudia los propios ladrillitos y sus "peregrinaciones" por la naturaleza, Geoqumica..." La Geoqumica es una ciencia todava joven, que se ha destacado durante los ltimos decenios. Su misin consiste en seguir y aclarar el destino y el comportamiento en la Tierra de los elementos qumicos constituyentes de la naturaleza que nos rodea. Si se distribuyen estos elementos en un orden determinado forman la admirable tabla de Mendelev. En Geoqumica, la unidad fundamental de investigacin es el elemento qumico y su tomo. En cada casilla del sistema de Mendelev, por lo general, se halla un elemento qumico, un tomo, y cada casilla tiene su nmero de orden correspondiente. El nmero primero corresponde al elemento ms ligero, el hidrgeno. El elemento qumico de mayor peso, con nmero de orden 92, se denomina uranio y es 238 veces ms pesado que el hidrgeno. (Aqu no se mencionan aquellos elementos transurnicos que fueron obtenidos por va artificial y ms tarde hallados en la naturaleza, si bien es verdad, en cantidades nfimas (Red.). Las dimensiones de los tomos son extraordinariamente pequeas Si los imaginamos en forma de bolitas, el dimetro del tomo ser una diezmillonsima de milmetro. Pero los tomos no se parecen en absoluto a bolitas macizas, sino que constituyen sistemas complejos, compuestos de un ncleo a cuyo alrededor gira un nmero determinado, distinto para los diferentes tipos de tomos, de partculas elctricas, llamadas electrones.Captulo 1 1 Preparado por Patricio Barros


Alexander Fersman

Figura 1.1 Cristales de cuarzo ahumado en el feldespato En los diversos tipos de tomos, de elementos qumicos, el nmero de electrones es distinto. Debido a esto, los tomos se diferencian por sus propiedades qumicas. Cuando los tomos intercambian sus electrones forman combinaciones, las molculas. En la tabla de Mendelev se definen varias familias naturales de elementos, que se encuentran juntos, no slo en la tabla, sino tambin en la propia naturaleza. La grandeza del sistema de Mendelev consiste precisamente en que no se trata de un esquema terico, sino que representa a expresin de las relaciones mutuas naturales existentes entre elementos aislados, que son las que definen su semejanza, diferencia, dislocacin y formas de migracin en la tierra. En una palabra, la tabla de Mendelev es, al mismo tiempo, una tabla geoqumica, que, como brjula precisa y segura, ayuda a los geoqumicos en sus trabajos de exploracin. Nuevas ideas se engendran donde el pensamiento del hombre de ciencia trata de aplicar la ley de Mendelev al anlisis de los fenmenos naturales. Pero, en qu consiste la Geoqumica? Qu representa esta nueva ciencia que durante los ltimos aos ha apasionado a tan gran nmero de jvenes investigadores? Como su denominacin indica, la Geoqumica estudia los procesos qumicos que se desarrollan en la Tierra. Los elementos qumicos, a modo de unidades naturales independientes, se trasladan, "viajan", se combinan; en una palabra, migran por la corteza terrestre ' El estudio de las leyes que rigen las combinaciones de los elementos y de los minerales, verificadas a diferentes presiones y temperaturas en las diversas zonas de la corteza terrestre, constituye los problemas de que se ocupa de investigar la Geoqumica moderna. Algunos elementos qumicos (por ejemplo: el escandio, el hafnio) no son capaces de formar acumulaciones y, a veces, se hallan tan dispersos en la naturaleza, que su porcentaje en la composicin de las rocas no pasa de una cienmillonsima. Tales elementos podramos denominarlos ultradispersos y procedemos a su extraccin de los minerales que los contienen nicamente en el caso de que posean un valor especial para los trabajos prcticos. Actualmente, suponemos que en cada metro cbico de cualquier roca podramos encontrar todos los elementos de la tabla de Mendelev, si los mtodos analticos de que disponemos fueran lo suficiente precisos para descubrir su presencia. No hay que olvidar que, en la historia de la ciencia, los mtodos nuevos tienen todava ms importancia que las nuevas teoras.

Captulo 1

2



Alexander Fersman

Figura 1.2 Estructuras cristalinas de los elementos qumicos dispuestos en las casillas correspondientes de la tabla de Mendelev. La colocacin de las bolitas, muestra cmo se distribuyen los tomos en el cuerpo slido simple. En primer plano, a la izquierda, se ve el esquema de la distribucin de los tomos de silicio y da oxgeno en el cuarzo. (Exposicin en el Museo del Instituto de Minas de Leningrado.) Otros elementos (por ejemplo: el plomo, el hierro), por el contrario, durante su proceso constante de desplazamiento, experimentan una especie de paros y forman combinaciones capaces de acumularse con facilidad, de conservarse largo tiempo y originan, independientemente de los cambios complejos que se verifican en la corteza terrestre en el transcurso de su transformacin geolgica, grandes concentraciones y son perfectamente accesibles para su utilizacin industrial.

Figura 1.3 Desfiladero "Levi Talgar" en Zailiski Alatau, RSS de Kazajia La Geoqumica estudia las leyes de la distribucin y migracin de los elementos qumicos no slo en el conjunto de la Tierra y del Universo; los estudia en condiciones geolgicas definidas en regiones determinadas del pas, como, por ejemplo, en el Cucaso, en los Urales, marcando al mismo tiempo el camino a seguir para la bsqueda y exploracin de yacimientos minerales. De esta forma, las directrices tericas fundamentales de la Geoqumica moderna se enlazan cada vez ms con los problemas de carcter prctico. Basndose en ciertas leyes generales, la Geoqumica trata de mostrar dnde puede existir cualquier elemento qumico, dnde y en qu condiciones pueden esperarse acumulaciones de los mismos, por ejemplo, de vanadio o de wolframio; qu metales pueden "de buen grado" encontrarse juntos, por ejemplo, el bario y el potasio; cules "huyen uno del otro, como el telurio y el tantalio.Captulo 1 3 Preparado por Patricio Barros


Alexander Fersman

Figura 1.4 Un joven geoqumico investiga los afloramientos de la cuenca de Kar-Shor, RSS de Turkmenia

La Geoqumica estudia el comportamiento de cada elemento, pero, para poder juzgar este comportamiento, esta ciencia debe conocer a la perfeccin las propiedades de los elementos, sus particularidades especficas, sus tendencias a combinarse con otros elementos o, por el contrario, a separarse de ellos. El geoqumico se convierte, por consiguiente, en un buscador-explorador, indica aquellos lugares de la corteza terrestre donde puede haber minerales de hierro y de manganeso, explica cmo entre las serpentinas pueden hallarse Nacimientos de platino y aclara el por qu; orienta a los gelogos en la bsqueda de arsnico y antimonio en las formaciones rocosas recientes y en las cordilleras montaosas y predice el fracaso, si se intenta buscar estos metales en aquellos lugares donde no existen condiciones propicias para su concentracin. Pero todo esto es posible cuando se ha estudiado a fondo el "comportamiento" del elemento en cuestin, de la misma forma que, cuando se conoce detalladamente el comportamiento de una persona determinada en la vida, pueden considerarse todas sus acciones, as como tambin puede predecirse su conducta en diferentes circunstancias. He aqu en qu consiste la significacin prctica importantsima que posee esta nueva ciencia! Por consiguiente, la Geoqumica marcha ntimamente ligada a las ciencias geolgicas y qumicas. **** No quiero sobrecargarles a Uds. con multitud de hechos, clculos, ejemplos... ni tampoco trato de ensearles toda la sabidura de la Geoqumica. No, deseo nicamente que se interesen, se apasionen por esta nueva ciencia, nacida hace relativamente pocos aos, con objeto de que Uds. mismos se convenzan al leer estos captulos y conozcan las peregrinaciones" que efectan los elementos por el mundo, y vean que ante la Geoqumica, a pesar de ser una ciencia nueva, se abren amplsimas perspectivas en el futuro y que este futuro debe ser conquistado.Captulo 1 4 Preparado por Patricio Barros


Alexander Fersman

En el mundo de las ideas cientficas, como siempre en la vida, el progreso y la verdad no triunfan de repente; hay que luchar para conseguirlos, movilizar todas las fuerzas, se requiere poseer aspiraciones concretas claramente orientadas, energa, gran confianza en la justeza de su causa y firme conviccin en la victoria. Triunfa no la idea abstracta, infructuosa, inactiva, sino la idea combativo, ardiente por nuevas bsquedas, la idea que vaya ntimamente ligada a la propia vida y a sus problemas. Los qumicos que se ocupan del estudio de la corteza terrestre disponen en nuestro pas de un campo de accin inmenso para la investigacin. Necesitamos todava una cantidad enorme de hechos; los necesitamos, segn palabras del sabio ruso Ivn Pvlov, lo mismo que el aire hace falta para sostener las alas de los pjaros. Pero el pjaro, como el aeroplano, se sostiene en el aire, no slo debido a las masas areas, sino, y principalmente, gracias a su movimiento de avance y de ascensin. Precisamente estos movimientos de avance y de ascensin son los que mantienen a toda ciencia: sta se apoya en el trabajo tenaz y creador, en el ardor de las bsquedas audaces, ligados simultneamente con un anlisis fro y sensato de los xitos obtenidos. En la industria an no se utilizan todos los elementos qumicos, hay que trabajar todava mucho y con perseverancia para conseguir que todos los elementos de la tabla de Mendelev lleguen a emplearse eficazmente en provecho de la humanidad laboriosa.

Captulo 1

5



Alexandr Fersman

Captulo II EL MUNDO DE LO INVISIBLE. EL TOMO Y EL ELEMENTO QUIMICO Deme la mano, lector. Voy a conducirle al mundo de las magnitudes pequesimas que en la vida ordinaria no percibimos. He aqu un laboratorio para efectuar aumentos y disminuciones. Entremos en l. Nos estn ya esperando. Esta persona, vestida con traje de trabajo, aunque todava no es anciana y su aspecto es de lo ms corriente, es, sin embargo, un inventor eminente. Escuchmosle. "Entren en la cabina, el material de que est construida es transparente para los rayos de cualquier longitud de onda, incluso para los rayos csmicos de mnima longitud de onda. Si se gira la palanca a la derecha, nuestro tamao comienza a disminuir. El proceso de empequeecimiento no es muy agradable, se verifica proporcionalmente siguiendo las indicaciones del cronmetro, cada cuatro minutos nuestro tamao disminuye mil veces. Al cabo de cuatro minutos nos detenemos, salimos de la Cabina y vemos el mundo que nos circunda como si lo observramos a travs del mejor microscopio. Despus volvemos a la cabina y probamos a disminuir nuestras dimensiones en mil veces ms". Giramos la palanca y nuestra estatura decrece, adquiriendo el tamao de una hormiga... Ahora percibimos los sonidos de modo distinto, debido a que nuestro rgano del odo ya no reacciona ante las ondas areas... Slo ciertos ruidos, zumbidos, chasquidos y el murmullo suave llegan hasta nuestro sentido. Pero nuestra capacidad de visin se conserva, puesto que en la naturaleza existen los rayos X con longitud de onda mil veces menores que los luminosos. El aspecto externo de los objetos ha cambiado de forma inesperada: la mayora de los cuerpos son ahora transparentes e incluso los metales se han convertido en cuerpos con colores vivos, semejantes a cristales coloreados. . . Por el contrario, el cristal, la resina, el mbar han oscurecido y se parecen a los metales. Vemos las clulas de las plantas, repletas de jugo pulsatorio y de granitos de almidn. Si deseamos podemos introducir la mano en los estomas de las hojas. En la sangre observamos cmo nadan los glbulos sanguneos del tamao de un kopek, las bacterias de la tuberculosis tienen la forma de clavos doblados sin cabeza... Las bacterias del clera son como habas diminutas con un rabito que se agita rpidamente... Las molculas no se ven todava, solamente una vibracin continua de las paredes y ligeras punzadas en el rostro debidas al aire, como si soplara viento polvoriento de frente, nos anuncian que estamos ya prximos al lmite de divisibilidad de la materia... Regresamos de nuevo a la cabina y desplazamos la palanca una divisin ms. Todo se oscurece, nuestra cabina comienza a trepidar como si ocurriera un terremoto. Cuando volvimos en s, la cabina segua trepidando, daba la sensacin como si a nuestro alrededor se hubiera desencadenado una tormenta de granizo. Notbamos que algo as como guisantes nos golpeaba constantemente. Podra pensarse que disparaban contra nosotros mil ametralladoras... Inesperadamente nuestro gua comenz a decir: "De la cabina no se puede salir. Nuestras dimensiones han disminuido un milln de veces y nuestra estatura se mide ahora en milsimas de milmetro, mide nada ms que un micrn y medio. El espesor de nuestros cabellos ahora es igual a una cienmillonsima de centmetro. Esta magnitud se llama angstrom y se emplea para medir las molculas y los tomos. El dimetro deCaptulo 2 1 Preparado por Patricio Barros


Alexandr Fersman

las molculas de los gases componentes del aire es aproximadamente de un angstrom. Estas molculas se mueven con enorme velocidad y bombardean nuestra cabina. Al salir la primera vez de la cabina notamos ya que el aire nos azotaba la cara como si fuera arena: se deba a la influencia de molculas aisladas. Ahora somos mucho ms pequeos y el movimiento de las molculas es peligrossimo para nosotros, lo mismo que si a una persona le dispararan con arena. Miren a travs de la ventana y vern partculas de polvo de un micrn de dimetro, o sea, casi tan grandes como nosotros mismos. Cmo danzan en todas direcciones al golpear contra ellas, de modo desigual, los torbellinos moleculares! Desgraciadamente, no podemos observarlos. Se mueven a velocidad rapidsima... Pero, ya es hora de regresar. Las ondas ultracortas, gracias a las cuales vemos las molculas, son perniciosas para nuestra vista". Dichas estas palabras, nuestro gua gir la palanca en sentido contrario... Nuestro viaje, naturalmente, es slo fruto de nuestra imaginacin. Pero el cuadro que acabamos de exponer se aproxima mucho a la realidad. La experiencia muestra que cualquiera que sea el mtodo analtico que empleamos, llegamos siempre, como resultado del anlisis de cuerpos complejos, hasta ciertas substancias simples que, por va qumica, no pueden ser divididas en otras partes componentes ms sencillas. A estos cuerpos simples indivisibles, que constituyen todos los cuerpos existentes en la naturaleza, los llamamos elementos qumicos. El hombre, en contacto continuo con los cuerpos circundantes de la naturaleza, vivos y muertos, lquidos, slidos y gaseosos, lleg a una de sus generalizaciones ms importantes: a la concepcin de la sustancia, de la materia. Qu propiedades posee esta materia? Cul es su estructura? He aqu la cuestin que debe plantearse todo el que se dedica al estudio de la naturaleza.

Figura 2.2 Microscopio electrnico, que amplifica hasta 500.000 veces. El objeto que se observa es iluminado por un chorro de electrones. Las lentes consisten en potentes electroimanes.

Captulo 2

2



Alexandr Fersman

La primera impresin que recibimos, como resultado de la observacin directa, es la continuidad aparente de la substancia. Pero esta impresin es simplemente la ilusin de nuestros sentidos. Con ayuda del microscopio, con frecuencia descubrimos la existencia de poros en la substancia, o sea, la existencia de huecos diminutos, imperceptibles a simple vista. Incluso para sustancias como el agua, el alcohol y otros lquidos, as como los gases, que en principio no deben tener poros, tenemos que reconocer la existencia de intersticios entre sus partculas constituyentes, pues, en caso contrario, sera incomprensible por qu estas substancias se comprimen al presionarlas y se dilatan al calentarlas. La materia tiene siempre estructura granulada. Los granitos ms pequeos de sustancia fueron denominados tomos y molculas. En el agua lquida, por ejemplo, se ha demostrado que las molculas ocupan aproximadamente slo la tercera o cuarta parte del volumen total. El resto lo constituyen los poros. Sabemos que al aproximarse los tomos surgen entre ellos fuerzas de repulsin y los tomos no pueden unirse ntimamente unos con otros. Alrededor de cada tomo puede describirse una "esfera de impenetrabilidad" en cuyo interior, en condiciones ordinarias, no puede infiltrarse otra materia. Por tanto, los tomos, junto con esta esfera, pueden ser considerados como bolitas elsticas impenetrables. Cada elemento posee una esfera impenetrable determinada, cuyo radio se expresa en unidades angstrom. Por ejemplo, dicho radio en el carbono es de 0,16 angstrom, en el silicio, de 0,42, esto es, de magnitud pequea; en el hierro es de 0,74, en el calcio, de 0,99, es decir, de magnitud media. En el oxgeno su magnitud es de 1,32, o sea, grande. (Vase la Figura 7.2, en el que estn representados los elementos en forma de circulitos de tamao proporcional a las dimensiones de los radios de sus esferas.) Si colocamos las bolitas en un espacio cualquiera, por ejemplo, en un cajn, la distribucin desordenada de las mismas ocupar un volumen mayor que en el caso de que esta distribucin se haga ordenadamente. La distribucin que ocupa el volumen mnimo se llama el empaquetamiento ms compacto. Este empaquetamiento es fcil de conseguir, por ejemplo, haciendo el experimento siguiente. Tomemos varias decenas de bolitas de acero (de cojinete), coloqumoslas en un plato y golpeemos ste ligeramente. En virtud de que todas las bolitas tendern a dirigirse hacia el centro del plato, se apretarn unas contra otras y quedarn rpidamente dispuestas en filas, formando entro s ngulos de 60. Por el contorno exterior se distribuirn segn los lados de un hexgono regular. Este ser, considerado en el plano, el empaquetamiento ms compacto para bolitas de idntica dimensin.

Figura 2.3 Modelo de estructura de la sal gema NaCl

Figura 2.4 Modelo de estructura de la pirita FeS

De este modo, se distribuyen, por ejemplo, los tomos de muchos metales: cobre, oro, etc.Captulo 2 3 Preparado por Patricio Barros


Alexandr Fersman

Si las bolitas no son iguales, por ejemplo, de dos tamaos distintos, por lo general sucede que las bolitas ms grandes (por ejemplo, el cloro en los cristales de sal comn) forman el empaquetamiento ms compacto y los tomos pequeos se distribuyen ocupando los intervalos que quedan entre las bolitas grandes. De este modo, en la sal comn o en el mineral halita (NaCl), cada tomo de sodio est rodeado de seis tomos de cloro y cada tomo de cloro de seis de sodio. En estas condiciones, la magnitud de las fuerzas de atraccin entre los iones de sodio y de cloro tiene el valor mximo. En resumen, los cuerpos que nos rodean, independientemente del grado de complejidad o simplicidad que posean, estn formados por la combinacin de partculas nfimas o tomos, imperceptibles a simple vista, de la misma manera que un edificio grande y bonito est construido de ladrillitos pequeos aislados. Esta hiptesis data de tiempos remotos y el concepto de "tomo" (del griego "indivisible") lo empleaban ya los filsofos materialistas griegos Leucipo y Demcrito, 600-400 aos antes de nuestra era. Segn la concepcin moderna, cuyos fundamentos fueron establecidos en el siglo XIX, el elemento qumico en estado libre, en forma de cuerpo simple, est integrado por el conjunto de tomos homogneos, ulteriormente indivisibles, por lo menos sin llegar a perder las particularidades propias que caracterizan a la substancia dada. Los tomos de un mismo elemento qumico tienen idntica estructura y poseen una masa, o peso atmico, caracterstico para cada uno. A comienzos de nuestro siglo, los hombres de ciencia consideraban que en la Tierra deban existir 92 elementos distintos, lo que significa, 92 tipos diferentes de tomos. En la actualidad, de estos 92 elementos qumicos se han conseguido encontrar, a partir de los recursos naturales, 90 elementos y ' consecuentemente, 90 tipos de tomos. Sin embargo, no dudamos que los elementos todava no descubiertos existen tambin. Todos los cuerpos que conocemos en la naturaleza, estn constituidos por combinaciones de estos 92 tipos de tomos.

Figura 2.5 Estructura de los tomos de hidrgeno, helio y berilio. Los crculos representan las rbitas de los electrones. Los ncleos de los tomos se hallan en el centro El ms pesado de todos los elementos conocidos hasta los ltimos tiempos es el uranio, al que corresponde el nmero 92. En los ltimos aos, al estudiar la desintegracin de los elementos urnicos, se han descubierto elementos todava ms pesados, llamados transurnicos: N93, neptunio; N94, plutonio; N95, americio; N96, curio; N97, berkelio; N98, californio;4 Preparado por Patricio Barros

Captulo 2


Alexandr Fersman

N99, einstenio; N100, fermio; N101, mendelevio; N102, nobelio; N103, laurencio y N104, curchatovio.

No sera extrao que existieran tomos todava ms pesados. Pero todos ellos son muy inestables, se encuentran en la naturaleza en cantidades pequesimas, por tanto, al investigar la composicin de los cuerpos naturales de la tierra, podemos considerar, sin gran error, que todos ellos estn formados por 92 elementos. Los tomos de un mismo elemento, as como los tomos de elementos diferentes, al unirse unos con otros en distintas proporciones, pueden formar molculas de substancias diversas. Al combinarse entre s los tomos y las molculas constituyen toda la diversidad de cuerpos existentes en la naturaleza. El nmero de tomos y molculas debe ser muy grande. Por ejemplo, si tomamos 18 gramos de agua, lo que se llama molcula-gramo, el nmero de molculas que la integran es de 6,06 x 1023. Este nmero es enorme, miles de veces mayor que el nmero de granos de centeno y de trigo cosechados en el globo terrqueo durante todo el perodo de existencia de la vida vegetal. Para hacerse una idea aproximada de las dimensiones de las molculas, comparmoslas con los organismos vivos ms pequeos, las bacterias, visibles slo a travs de un microscopio que amplifique alrededor de mil veces. La dimensin de las bacterias ms pequeas es de dos diezmilsimas de milmetro. Son mil veces mayores que las molculas de agua, lo que significa que en la bacteria ms minscula hay ms de dos mil millones de tomos. La cadena formada por las molculas de agua, contenidas en tres gotas de este lquido, puede extenderse desde la Tierra hasta el Sol y en sentido contrario, casi seis veces, puesto que esta distancia tiene una longitud total de 9.400.000.000 de kilmetros! Al principio se consideraba al tomo como partcula pequesima e indivisible. Sin embargo, al estudiarlo con ms atencin, y a medida que se perfeccionaban y precisaban nuestros mtodos de investigacin, el tomo result poseer una estructura muy compleja. La naturaleza del tomo se manifest, por primera vez, de forma evidente, cuando el hombre conoci los fenmenos de la radiactividad y comenz a investigarlos.

Figura 2.6 Estructura de los tomos de sodio y de criptn En el centro de cada tomo se halla el ncleo, cuyo dimetro es unas cien mil veces ms pequeo que el dimetro del tomo. El ncleo del tomo contiene prcticamente toda la masa del mismo. El ncleo posee carga elctrica positiva, cuya magnitud va creciendo al pasar de los elementos qumicos ligeros a los pesados. Alrededor de este ncleo cargado positivamente,Captulo 2 5 Preparado por Patricio Barros


Alexandr Fersman

giran los electrones, en nmero igual al de cargas positivas del ncleo, debido a lo cual, en conjunto, el tomo es neutro desde el punto de vista elctrico. Los ncleos de los tomos de todos los elementos qumicos estn constituidos por la agregacin de dos clases de partculas elementales: el protn, o ncleo del tomo de hidrgeno, y el neutrn, partcula de masa casi exactamente igual a la del protn, pero privada de carga elctrica. Los protones y neutrones estn fuertemente ligados entre s, en virtud de lo cual los ncleos atmicos resisten cualquier reaccin qumica y accin fsica, mantenindose invariables y estables. Estabilidad extraordinaria presenta la combinacin formada por dos protones y dos neutrones, lo que constituye el tomo de helio. Los ncleos de este elemento son tan estables que se conservan invariables en los tomos de los elementos pesados y son despedidos, en forma de partculas alfa, durante la desintegracin radiactiva de los ncleos de dichos elementos. Las propiedades qumicas de los elementos dependen de la estructura y propiedades de la capa electrnica externa de los tomos, de su capacidad de ceder o aceptar electrones. La estructura del ncleo atmico casi no influye en las propiedades qumicas del tomo. Por consiguiente, los tomos que poseen un mismo nmero de electrones en su capa cortical, incluso si son diferentes las estructuras de sus ncleos, sus masas y pesos atmicos, presentan idnticas propiedades qumicas y forman grupos afines de tomos, como por ejemplo, el grupo del cloro, bromo, yodo y otros. En las figuras se muestran los modelos esquemticos de estructuras de varios tomos, en los que puede verse cmo van complicndose las rbitas electrnicas a medida que crece el peso atmico.

Captulo 2

6



Alexandr Fersman

Captulo III LOS ATOMOS QUE NOS CIRCUNDAN Examine las tres fotos que insertamos en este captulo. La vista del lago entre montaas, rodeado de rocas calizas, la superficie azul plana y tranquila del agua, las manchas verdes oscura de rboles solitarios... y todo el paisaje iluminado por el sol meridional. La fbrica metalrgica, envuelta en humo y vapor, enrojecida por el fuego; trenes cargados con mineral, carbn, fundente y ladrillos se dirigen a ella, llevndose despus cientos de toneladas de carriles, techos, lingotes y laminados con destino a los nuevos centros industriales. El automvil brilla el barniz de sus guardabarros, ronca el motor, suenan dulcemente las canciones del receptor de radio. Este coche est construido de miles de piezas montadas en la larga cadena de la fbrica y recorrer cientos de miles de kilmetros no supone para 61 gran esfuerzo. Observo estos tres cuadros y dgame sinceramente qu piensa usted al contemplarlos, qu le parece en ellos ms interesante, qu deseara usted preguntar. Adivino su pensamiento y sus preguntas. Usted vive en el siglo de la tcnica y la industria, su inters se concentra donde la mquina produce la fuerza y la fuerza crea la mquina. Pero yo quiero referirme a otras cosas, para que contemplen estos cuadros con otros ojos, en otros aspectos. Escuchen. **** "Cuntos admirables problemas cientficos de carcter geolgico oculta este lago! me dira el gelogo. Cmo se form esta enorme y profunda depresin del terreno, quin encerr estas aguas azules entre esas peas abruptas de las cordilleras tadzhikas? Desde la cima de las montaras hasta el fondo del lago hay de dos a tres mil metros; qu fuerzas poderosas fueron capaces de elevar y aplastar los estratos rocosos?" Qu calizas maravillosas forman las rocas y las montaas! exclamara el mineralogista. Qu cantidad de decenas y cientos de miles de aos deben haber transcurrido para llegar a acumularse en el fondo de los ocanos sedimentos tan grandes de fango, conchas, cscaras, caparazones y para que se comprimieran convirtindose en rocas calizas compactas, casi en mrmol! Tome usted una lupa corriente, que ampla 10 veces, y, an as, distinguir con dificultad los cristales aislados y brillantes del espato calizo constituyentes de la roca".

Captulo 3

1



Alexandr Fersman

Figura 3.1 Lago en las montaas de Tadzhikistn Qu blancura y pureza la de esta caliza! dira el qumico tcnico. Esta es una materia prima esplndida para la industria del cemento y para su conversin en cal, esto es carbonato clcico casi puro, o sea, la combinacin de tomos de calcio, oxgeno y molculas de anhdrido carbnico. Observe usted cmo lo disuelvo en un cido dbil; el calcio se disuelve y el anhdrido carbnico se desprende con efervescencia". "Pero se pueden hacer experimentos ms precisos todava, dira el geoqumico. Utilizando un espectroscopio, puede demostrarse que en esta caliza hay, adems, otros tomos: estroncio y bario, aluminio y silicio. Si efectuamos un anlisis ultrapreciso y probamos a determinar los elementos ms escasos, cuyo porcentaje en la roca es menor de una millonsima, podremos descubrir la presencia de zinc y plomo. Pero no crea que se trata de una propiedad especial de nuestra caliza: incluso en el mrmol ms puro que puede haber en el mundo, los qumicos experimentados calculan la existencia de 35 tomos diferentes. Actualmente nos inclinamos incluso a pensar que en cada metro cbico de piedra - granito o basalto, caliza o arcilla - pueden hallarse todos los elementos de la tabla de Mendelev, nicamente que algunos de ellos se encuentran en cantidad pequesima: un billn de veces menor que la de calcio y oxgeno". El gelogo, mineralogista, qumico y geoqumico nos seducirn de tal forma con sus palabras que, en lugar de la simple caliza griscea, llegaremos a creer que nos encontramos ante una piedra misteriosa. Quisiera ahondar ms profundamente en su naturaleza y descifrar el enigma de su existencia, de su origen. **** Ocupmonos ahora de la fbrica. Qu edificios tan raros, extraordinarios por su tamao y forma! Torres-columnas gigantes, llenas de mineral, de carbn y de piedra. A estas torres llegan tubos de enormes dimensiones, que suministran aire comprimido y caliente. Con qu objeto? Para qu se funde el metal en el interior, arde el carbn y se inflaman las nubes densas de gases incandescentes al salir a la atmsfera? Seguramente se sorprender si le digo que esto es un laboratorio de tomos. Los tomos de hierro, en el mineral, estn fuertemente unidos con otras bolitas de mayor tamao, con los tomos

Captulo 3

2



Alexandr Fersman

de oxgeno, que impiden a los tomos de hierro agruparse y formar el metal pesado forjado, el hierro... El mineral no posee, en absoluto, las propiedades de este metal, a pesar de que contiene el 70% del mismo. Por tanto, es necesario expulsar al oxgeno. Pero, eso no es tan fcil de conseguir! Recuerde, lector, el cuento ruso, cmo la hermanita Alinushka tuvo necesidad de elegir y extraer de un montn de granos todas las partculas de arena; cmo llam a sus amigas, las hormigas, para que le ayudaran en esta labor, y cmo las hormigas cumplieron con xito la complicada tarea. Pero, entonces, se trataba de granos de arena, cuyo dimetro es un milln de veces mayor que el de los tomos de oxgeno! "Tarea difcil, s, y poco probable de cumplir", dira usted. Efectivamente, mucho trabajo y energa humanos se han requerido para resolver este rompecabezas. Sin embargo, est resuelto! Para ello, el genio humano llam en su auxilio, no a las hormigas, sino a los tomos de otros cuerpos qumicos y, en alianza con los elementos de la naturaleza, el fuego y el viento, oblig a dichos tomos a desembarazar al hierro del oxgeno y elevar a este ltimo, junto con el aire caliente, hasta la superficie de la masa fundida que hierve en el interior del horno. Qu tomos-amigos son los que vencen al oxgeno? Son dos, el silicio y el carbono. Ambos se apoderan del oxgeno con ms fuerza que el hierro y forman con l edificios estables. Ambos se ayudan mutuamente. El carbono, cuando arde, se combina con el oxgeno y en este proceso se desarrolla una temperatura enorme. Pero l slo no es suficiente, pues el mineral slido de hierro es muy refractario, pesado, y los tomos de carbono no pueden penetrar en el interior de los trozos compactos de mineral. En su ayuda viene el silicio, elemento activo, pequeo de tamao y origina escorias fusibles, disuelve al mineral, le quita el oxgeno y se lo entrega al carbono. Parte de este ltimo se disuelve en el hierro y le transmite movilidad y facilidad de fusin.

Figura 3.2 Fbrica metalrgica

Captulo 3

3



Alexandr Fersman

En este momento intervienen los elementos de la naturaleza: el fuego increment la movilidad de la masa fundida; todas las sustancias ligeras, junto con los gases, suben a la superficie; las pesadas descienden y... se verifica el milagro. Los tomos se han separado, el hierro, con cierta cantidad de carbono disuelto, se acumula en la parte baja del horno, las escorias, livianas, que se han llevado todo el oxgeno contenido en el mineral, nadan en la superficie del metal fundido y pueden ser extradas y vertidas all donde indique la mano del maestro- operador...

Figura 3.3 En el taller de montaje de la fbrica de automviles de Gorki Cuntos conocimientos es necesario acumular!; qu sutilmente es preciso comprender el carcter y los caprichos de cada tomo, para poder, en escalas colosales, seleccionarlos correctamente, de acuerdo con nuestros deseos. **** Examinemos ahora la tercera fotografa, un automvil moderno. Constituye tambin una combinacin de tomos, elegidos convenientemente para un fin nico: obtener un coche incansable, potente, silencioso y rpido. Miles de piezas, de 65 tipos diferentes de tomos, y no menos de 100 clases de metal: he aqu, lo que es el automvil moderno! En l hay mucho hierro, pero hierro, cuyas propiedades han sido modificadas de numerosos modos distintos: aleacin de hierro con 4% de carbono, fundicin de hierro, de la cual est hecho el bloque del motor. Si se reduce el contenido de carbono obtenemos acero duro y elstico.

Captulo 3

4



Alexandr Fersman

Figura 3.4 Porcentaje, en peso, de los elementos constituyentes de la corteza terrestre (hasta 16 kilmetros de profundidad) Si se adicionan otros tomos, parecidos a los de hierro, por ejemplo, manganeso, nquel, cobalto, molibdeno, el acero adquiere mayor elasticidad, resistencia al desgaste, tenacidad. Si aadimos vanadio, el acero se hace flexible como una vara y se emplea para fabricar los dispositivos de suspensin. El segundo lugar en el coche lo ocupa, no el cobre como antes, sino el aluminio. De este elemento se construyen los mbolos y manivelas, distintas piezas con formas decorativas, revestimientos diversos, pletinas de perfil vario, etc. Lo que puede hacerse ligero, todo es de aluminio o de sus aleaciones con cobre, silicio, zinc, magnesio... Porcelana de alta calidad para las bujas, barnices que no temen las lluvias y el fro, tejido y cobre para los cables, plomo y azufre en los acumuladores... Y basta, pues si no, no quedar un solo elemento que no vaya en el coche... Estos elementos, combinndose entre s, forman unas 250 substancias y materiales distintos, que, de forma directa o indirecta, se utilizan en la industria del automvil. Hay que remarcar, que aqu el hombre acta en contra de los procesos naturales, los deshace, los subordina a su voluntad. Es que el aluminio se halla en la naturaleza en estado libre? Esto no ocurre y no ocurrira jams, aunque la Tierra existiese todava miles de millones de aos. El hombre, al conocer y comprender las propiedades de los elementos, utiliz estos conocimientos para desplazar los elementos segn su conveniencia. Se hallan muy difundidos en la tierra, en primer lugar, los elementos ligeros: cinco de ellos, oxgeno, silicio, aluminio, hierro y calcio, constituyen el 90,03% de la corteza terrestre. Si agregamos siete ms, sodio, potasio, magnesio, hidrgeno, titanio, carbono y cloro, estos 12 elementos forman el 99,29%. A todos los dems elementos les corresponde apenas el 0,7% en peso1. Pero al hombre no le conviene tal distribucin y busca tenazmente los elementos poco difundidos, extrayndolos de la tierra, a veces con dificultades increbles, estudia sus propiedades por todos los medios posibles y los emplea all donde su aplicacin es ms necesaria y racional. He aqu por qu en la construccin del automvil se utiliza el nquel, del cual hay en la naturaleza 0,02%; cobalto, 0,001%; molibdeno, menos de una milsima por ciento e, incluso, platino, doce milmillonsimas por ciento! Los tomos se hallan en todas partes y su dueo es el hombre! El los toma con mano imperiosa, los mezcla, los que no le interesan, los desecha, los que le sirven, los combina, aunque se trate deCaptulo 3 5 Preparado por Patricio Barros


Alexandr Fersman

elementos que jams se encuentran juntos en la naturaleza. Si el lago de las montaas de Tadzhikistn es la glorificacin de las grandes fuerzas, capaces de elevar las rocas y de originar profundas depresiones del terreno, en cambio, la fbrica y el automvil, son la sinfona industrial acerca del podero del genio humano, acerca de sus trabajos y conocimiento. _________________1

Durante los ltimos aos, gracias al empleo de mtodos de investigacin ms modernos, estas cifras han sufrido cierta variacin, aunque insignificante. (Red.)

Captulo 3

6



Alexandr Fersman

Captulo IV NACIMIENTO Y COMPORTAMIENTO DEL TOMO EN EL UNIVERSO Me acude a la memoria una tarde serena, admirable de Crimea. Parece como si toda la naturaleza se hubiera dormido y nada turbase la superficie del mar en calma. Incluso las estrellas no parpadeaban en el negro cielo meridional y brillaban con rayos resplandecientes. Se apag la vida a nuestro alrededor y semejaba que el mundo hubiese cesado en su movimiento y se encerrase en el eterno silencio de las noches del sur. Pero cun lejos est todo esto de la realidad y qu engaosos son el silencio y la quietud de la naturaleza que nos circunda! Basta con aproximarse al radiorreceptor y comenzar a girar lentamente la manecilla para ver que todo el mundo est penetrado de miradas de ondas electromagnticas portadoras de sonidos. Mensurables bien en algunos metros, bien en miles de kilmetros, las ondas impetuosas del mundo etreo se alzan hasta la altura de las capas oznicas y s precipitan nuevamente hacia la tierra. Superponindose unas a otras, estas ondas llenan el mundo entero con vibraciones imperceptibles par nuestro odo. Y las estrellas, que parecen tan inmutables en la bveda celeste se mueven en el espacio sideral con velocidades vertiginosas de ciento y miles de kilmetros por segundo. Una estrella-sol se precipita a u lado de la galaxia, arrastrando consigo torrentes enteros de cuerpo que no alcanza nuestra vista; otras dan vueltas a un ritmo todava ms rpido, originando enormes nebulosas; otras se alejan a las zonas desconocidas del Universo. A velocidades de miles de kilmetros por segundo se mueven los vapores de sustancias incandescentes en la atmsfera de las estrellas y en unos cuantos minutos crecen inmensas columnas de gases de miles de kilmetros de altura, formando en el disco solar flgidas protuberancias. Hierve la sustancia fundida en las desmesuradas profundidades de las estrellas lejanas. La temperatura alcanza en ellas decenas de millones de grados; partculas sueltas se desprenden unas de otras, se fisionan los ncleos atmicos, torbellinos de electrones se precipitan hacia las capas superiores de las atmsferas estelares y potentes tempestades electromagnticas, atravesando millares y miles de millones de kilmetros, llegan hasta la Tierra, turbando la tranquilidad de la atmsfera. Todo el Cosmos est saturado de vibraciones. Este concepto lo expuso de manera admirable un gran sabio de su tiempo Lucrecio Caro cerca de cien aos antes de nuestra era: A los cuerpos primarios, desde luego, Ninguna quietud se otorga en el vaco inabarcable. Por el contrario: atosigados por movimientos sin descanso En parte saltan a lo lejos, chocando unos con otros, En parte se dispersan slo a pequea distancia. La Tierra vive tambin su vida. Su superficie tranquila, silenciosa al parecer, est en realidad llena de actividad. Millones de diminutas bacterias pueblan cada centmetro cbico de terreno. El microscopio, ampliando los lmites de la investigacin, descubre nuevos mundos con ms diminutos seres vivos, los virus en movimiento constante, y se discute si considerarlos como seres vivos o como molculas raras de la naturaleza muerta.

Captulo 4

1



Alexandr Fersman

Figura 4.1 Una tarde en Crimea. La costa de Alupka Eternamente se desplazan las molculas en los movimientos trmicos del mar, y el anlisis cientfico demuestra que en el agua del mar cada oscilacin efecta largos y complejos recorridos a velocidades que se miden en kilmetros por minuto. Eternamente se verifica el intercambio de tomos entre el aire y la tierra. Desde lo profundo de la Tierra se evaporan al aire los tomos de helio, la velocidad de su movimiento es tan grande que contrarrestan la fuerza de la gravedad y marchan al espacio interplanetario. Los tomos activos del oxgeno del aire penetran en el organismo. Las molculas de anhdrido carbnico son captadas por las plantas, creando el cielo permanente del carbono, y en las entraas de la Tierra, tratando de escapar a la superficie, hierven an masas fundidas en ignicin de rocas pesadas. Ante nosotros tenemos un cristal duro, tranquilo, transparente y puro. Podra pensarse que los tomos sueltos de la sustancia se distribuyen en los nudos de una retcula estable de forma invariable. Pero esto slo parece: en realidad los tomos se hallan en constante movimiento, girando alrededor de sus puntos de equilibrio, intercambiando constantemente sus electrones, bien los libres, como en los tomos de metal, bien los que estn unidos, y se mueven repetidamente por rbitas de configuracin compleja. Todo vive alrededor de nosotros. El cuadro de la tarde serena de Crimea es falso. Cuanto ms la ciencia va dominando la naturaleza, tanto ms amplio se 'descubre ante ella el panorama real de todos los movimientos de la substancia del mundo que nos rodea. Y cuando a la ciencia le fue posible medir los movimientos en millonsimas de segundo, cuando con sus "manos" roentgenolgicas ella mide millonsimas de centmetro con tal precisin como no puede medir nuestra vista, cuando aprendi a ampliar las imgenes de la naturaleza en 200 y 300 mil veces e hizo asequibles al ojo humano, no slo los virus microscpicos, sino tambin las molculas aisladas de substancia, se comprendi que en el mundo no hay nada en reposo, hay solamente un caos de movimientos constantes que buscan su equilibrio temporal. En tiempos remotos, antes del florecimiento de la antigua Grecia, en las islas del Asia Menor vivi el admirable filsofo Herclito. l supo penetrar en las profundidades del Universo con su inteligencia perspicaz y fueron dichas por l unas palabras que Herzen calific como las palabras ms geniales en la historia de la humanidad. Herclito dijo: "Panta rey", "Todo fluye", y coloc en la base de su sistema universal la idea del movimiento perpetuo. Con esta idea pas el hombre todas las pocas de su historia. Basndose en ella, Lucrecio Caro cre su filosofa en el famoso poema sobre la naturaleza de las cosas y la historia del mundo. Basndose en ella, con extraordinaria clarividencia edific su fsica el genial sabio ruso M. Lomonsov, diciendo que cada punto en la naturaleza tiene tres movimientos: deCaptulo 4 2 Preparado por Patricio Barros


Alexandr Fersman

avance, de rotacin y de oscilacin. Y en la actualidad, cuando los nuevos xitos de la ciencia corroboran esta vieja concepcin filosfica, debemos mirar con nuevos ojos al mundo que nos circunda y a las leyes de la substancia. Las leyes de la distribucin de los tomos son para nosotros leyes sobre los movimientos infinitamente complejos a diferentes velocidades, en distintas direcciones y escalas diversas, que determinan la variedad del mundo que nos rodea, toda la diversidad de tomos sueltos que se agitan en l. Comenzamos ahora a comprender de una manera nueva el espacio universal que nos circunda. Las dimensiones del Universo estelar, accesibles para nuestra observacin, son colosales. No se pueden medir en kilmetros, sta es una unidad excesivamente pequea. Incluso la distancia entre el Sol y la Tierra, que es de 150 millones de kilmetros y la recorre la luz en ocho minutos y un tercio, a pesar de que cada segundo puede dar la vuelta alrededor de nuestro globo siete veces y media, resulta tambin una unidad pequea. Los hombres de ciencia han inventado una unidad especial, el "ao de luz", o sea, la distancia que recorre la luz en un ao. Los mejores telescopios pueden distinguir estrellas cuya luz llega hasta nosotros al cabo de millones de aos...

Figura 4.2 Protuberancias en el Sol durante el eclipse del 28 de mayo de 1900. El crculo blanco muestra las dimensiones de la Tierra en la misma escala. Su dimetro es de 12.750 kilmetros. Verdaderamente el Cosmos no tiene lmites! Para nosotros sus lmites se determinan slo por el grado de perfeccin de nuestros telescopios... El cmulo de materia estelar en el espacio universal forma en algunos lugares condensaciones, se origina lo que denominamos mundo visible. Mundos semejantes hay aproximadamente cien mil millones. En cada uno de ellos hay cerca de cien mil millones de estrellas y en cada estrella un uno seguido de 57 ceros de protones y neutrones (del orden de 10-56), es decir, de las partculas pequesimas que constituyen todo el mundo, sin contar las partculas menores an de electricidad, los electrones cargados negativamente. En el espacio universal el elemento ms abundante es el hidrgeno. Conocemos un gran nmero de nebulosas csmicas en cuya composicin entra casi exclusivamente el hidrgeno. Los tomos de hidrgeno se renen influidos por la gravitacin universal, empujados por fuerzas especiales interatmicas, cuyo estudio slo se inicia an. Se originan enormes ovilles, en los que la cantidad de tomos integrantes constituye un nmero del orden de 56 cifras: aparece la estrella. Pero las dimensiones del universo son infinitamente grandes comparadas con el volumen de los tomos formados. Sabemos que en mayor parte del espacio universal se encuentra realmente vaco, correspondiendo a cada metro cbico slo de 10 a 100 partculas, tomos de substancia, lo que supone un enrarecimiento que es 10" veces menor que la presin normal de la atmsfera sobre la tierra. De estos espacios enrarecidos del universo podemos llegar hasta condensaciones nunca vistas, provocadas por las presionesCaptulo 4 3 Preparado por Patricio Barros


Alexandr Fersman

existentes en las profundidades de las estrellas, donde miles de millones de atmsferas se conjugan con temperaturas de decenas o cientos de millones de grados. Precisamente all se encuentra el laboratorio natural, donde surgen a partir del hidrgeno tomos nuevos, ms pesados, y en primer lugar de helio. En las estrellas que iluminan con deslumbradora luz blanca como, por ejemplo, el clebre satlite de Sirius, la substancia es tan compacta que su peso es mil veces mayor que el del oro y platino. Para nosotros es difcil hasta imaginar qu clase de sustancia es sta y cules son sus propiedades. Por una parte, tenemos espacios interplanetarios infinitos surcados por tomos aislados que se desplazan libremente. Aqu, dialcticamente se conjuga el reposo universal con el movimiento impetuoso, aqu reinan temperaturas prximas al cero absoluto. Por otra parte, tenemos las zonas nucleares de las estrellas en las que millones de grados se acompaan por presiones de miles de millones de atmsferas, donde los tomos, venciendo la repulsin de los electrones, se congregan en una masa compacta de substancias nunca vistas en la Tierra. En estas condiciones se verifica la evolucin de los elementos qumicos, tanto ms pesados y compactos, cuanto mayor sea la masa de la estrella y ms elevadas la presin y temperatura de sus regiones internas.

Figura 4.3 Nebulosa M-101 en la constelacin de la Osa Mayor El elemento qumico originado, es el primer eslabn de la lucha contra el caos. A partir de protones y electrones libres, sometidos a presiones y temperaturas fantsticas, pueden formarse ncleos ms pesados. De esta forma van apareciendo por distintos lugares edificios diversos, a los que llamamos elementos qumicos. Unos de ellos ms pesados, ms saturados de energa, otros ligeros, que constan slo de varios protones y neutrones. Estos elementos ms ligeros son arrastrados en corrientes a la periferia de las estrellas, a su atmsfera, o se unen formando enormes nebulosas. Otros, dotados de menor movilidad, quedan en la superficie de los cuerpos incandescentes o fundidos. Radiaciones intenssimas destruyen ciertos edificios y erigen otros. Unos elementos se desintegran, otros se crean de nuevo hasta que los tomos ya formados caigan all, donde no existan fuerzas potentes, capaces de destruir sus tomos estables. Y entonces comienza la historia de la "peregrinacin" de tomos aislados en el universo. Unos llenan los espacios interplanetarios, como, por ejemplo, los tomos de calcio y de sodio, que volando libremente surcan todo el espacio universal. Otros, ms pesados, ms estables, se acumulan en ciertas partes

Captulo 4

4



Alexandr Fersman

de las nebulosas. Las temperaturas descienden, los campos elctricos de los tomos se conjugan unos con otros, se forman molculas de combinaciones qumicas simples: carburos, hidrocarburos, partculas de acetileno, ciertas formas de cuerpos desconocidos en la Tierra que descubren los astrofsicos durante sus observaciones de las superficies incandescentes de las estrellas lejanas como producto primario de las combinaciones de tomos. De ellas, de estas molculas simples libres, se van originando paulatinamente sistemas ms y ms complicados. En condiciones de bajas temperaturas, fuera de los campos de destruccin y las profundidades csmicas, se origina el segundo eslabn de la estructuracin mundial, el cristal. El cristal es un edificio admirable, donde los tomos se distribuyen en un orden determinado como los cubitos en una caja. El nacimiento del cristal es la etapa siguiente en la salida de la materia del caos. Para la formacin de un centmetro cbico de sustancia cristalina se unen entre s un nmero de tomos expresado por la unidad seguida de 22 ceros. Aparecen nuevas propiedades, las propiedades del cristal. Reinan ya no las leyes que seguan aquellos ovilles electromagnticos de los cuales se formaron, no las leyes enigmticas an de la energa de los ncleos, sino las nuevas leyes de la substancia, las leyes qumicas. No llevar ms adelante la descripcin de este cuadro. He querido nicamente mostrar que conocemos poco el mundo que nos rodea y que ste es extraordinariamente complejo, que su quietud es slo aparente, que todo l se encuentra lleno de movimiento; en el torbellino de los movimientos nace en el mundo la sustancia, tal como nosotros la conocemos aqu, en la tierra, tal como la vemos en las rocas duras de la naturaleza que nos circunda. Mucho de lo que he relatado ha sido ya demostrado por la ciencia actual, pero todava queda mucho enigmtico en nuestra figuracin de cmo nacen del caos universal, primero el tomo y despus el cristal. De qu manera admirable fue descrito este panorama por Lucrecio Caro, hace dos mil aos! Recordemos algunas lneas de su poema: Fue slo el caos y una tempestad furiosa, El comienzo de todo, de cuyo desorden deslavazado Todos los intervalos, caminos, conjunciones, peso, golpes, Choques y movimientos enervaron, provocando una batalla, Ya que por fuerza de la diversidad en sus formas y figuras... No todos pudieron coexistir tranquilos Ni construir un movimiento armonizado, Por lo que diversas partes se pusieron en diversin, Los semejantes se unieron a sus semejantes determinando el mundo, Cuyos miembros se separaron y dividieron en grandes partes.

Por consiguiente, no hay reposo en la naturaleza: todo cambia, aunque con velocidad distinta. Cambia la piedra, smbolo de solidez, pues los tomos que la constituyen estn en movimiento perpetuo. A nosotros nos parece estable e inmvil solamente porque no percibimos este movimiento, cuyo resultado se hace sensible despus de largo tiempo en tanto que nosotros mismos cambiamos incomparablemente ms rpido.

Captulo 4

5



Alexandr Fersman

Durante mucho tiempo se consider que slo el tomo es inalterable, indivisible e indiferente a los cambios constantes de la naturaleza. Pero no, los tomos tambin obedecen al tiempo. Parte de ellos, que llamamos radiactivos, se transforman rpidamente; otros lo hacen con ms lentitud... Adems, sabemos ahora que los tomos tambin evolucionan, se crean en el trrido calor de las estrellas, se desarrollan, mueren... Y en la imaginacin humana tenemos el reflejo de ese mismo eterno movimiento y desarrollo: al principio incomprensin, caos, desorden. Empero comienzan a aclararse los tipos de enlace de todas las partes del mundo, los movimientos resultan verificarse de acuerdo a leyes definidas; aparece el cuadro constructivo del universo nico... As es el mundo, as nos lo descubre la ciencia actual.

Captulo 4

6



Alexandr Fersman

Captulo V COMO MENDELEV DESCUBRIO SU LEY En el antiguo edificio del laboratorio qumico de la Universidad de Petersburgo, sentado a su mesa de trabajo, se encontraba el joven, pero ya renombrado profesor Dmitri Ivnovich Mendelev. Acababa de obtener la ctedra de Qumica general de la Universidad y preparaba las conferencias para los alumnos. El objetivo que persegua era hallar la forma ms cmoda y clara para explicar las leyes qumicas, para describir la historia de los elementos y meditaba con obstinacin sobre el modo de desarrollar mejor su exposicin. Cmo relacionar entre s las narraciones sobre el potasio, sodio y litio, sobre el hierro, manganeso y nquel? Mendelev ya presenta la existencia de ciertos, pero todava no claros, enlaces entre los diferentes elementos qumicos. Con objeto de hallar el orden ms adecuado, tom varias tarjetas y escribi en ellas con caracteres grandes la denominacin de los elementos, su peso atmico y algunas de sus propiedades ms importantes. Seguidamente, las fue colocando sobre la mesa, agrupando los elementos segn sus propiedades, de la misma forma que nuestras abuelas distribuan las cartas de la baraja cuando hacan solitarios por las noches. Y hete aqu, que el profesor observ una regularidad interesantsima. Al colocar todos los elementos, ordenndolos segn su peso atmico creciente, result que, a excepcin de poqusimos casos, las propiedades semejantes de los elementos se repetan despus de perodos determinados. Entonces dispuso las tarjetas siguientes debajo de la primera fila, fue formando una segunda lnea y, despus de colocar siete elementos ms, comenz con la tercera fila. En esta fila tuvo que incluir diecisiete elementos, para conseguir que los tomos de propiedades anlogas quedaran unos debajo de otros. Pero no todos coincidan bien. Hubo necesidad de dejar vacos algunos lugares. Despus, coloc nuevamente diecisiete tarjetas y obtuvo la fila siguiente. Luego la tarea se complic, pues varios tomos "no estaban conformes" en ningn sitio; sin embargo, la repeticin peridica de las propiedades se marcaba claramente. De este modo, todos los elementos conocidos por Mendelev quedaron distribuidos en forma de tabla especial. Todos ellos, con raras excepciones, se sucedan uno al otro en lneas horizontales, siguiendo el orden creciente de sus pesos atmicos. Los elementos semejantes quedaban encuadrados en varias columnas verticales. En marzo de 1869, Mendelev envi a la Sociedad Fsicoqumica de San Petersburgo el primer informe sobre su ley. Despus, previendo la importancia trascendental de su descubrimiento, comenz a trabajar tenazmente sobre este problema, precisando y corrigiendo su tabla. Rpidamente se convenci de que en la tabla existan lugares vacos. "Para estos lugares vacos, situados a continuacin del silicio, boro y aluminio, sern descubiertas nuevas substancias", dijo. Esta prediccin enseguida se confirm y las casillas vacas de la tabla fueron ocupadas por elementos recin descubiertos, que recibieron las denominaciones de galio, germanio y escandio. De esta forma, el qumico ruso D. Mendelev realiz uno de los ms importantes descubrimientos en la historia de la Qumica. En aquel tiempo se conocan nada ms que 62 elementos. Los pesos atmicos eran determinados sin gran precisin, algunas veces con bastante inexactitud. Sus propiedades estaban insuficientemente estudiadas. Fue necesario saber compenetrarse con la naturaleza de cada elemento, profundizar en su estudio, comprender las

Captulo 5

1



Alexandr Fersman

analogas existentes entre unos y otros elementos, adivinar la ruta de sus "peregrinaciones", su "amistad" o "enemistad" en la propia tierra. Mendelev consigui recopilar todos los materiales existentes hasta l sobre la Qumica de la Tierra y los estudi conjuntamente. El enlace entre los elementos, aunque en forma todava algo oscura e incompleta, fue sealado antes de l por otros sabios. Pero la mayora de los sabios de aquel tiempo consideraba absurda la hiptesis sobre la afinidad o parentesco entre los elementos. As, por ejemplo, cuando el qumico ingls J. A. Newlands, uno de los combatientes por la libertad de Italia en las tropas de Garibaldi, present para su publicacin un trabajo relativo a la repeticin de las propiedades de algunos elementos al crecer el peso atmico, dicho trabajo fue rechazado por la Sociedad Qumica y uno de sus miembros dijo en tono de burla que Newlands podra haber hecho una conclusin, todava ms interesante, si hubiera distribuido todos los elementos en orden alfabtico de sus denominaciones. Pero todo esto eran simples detalles. Haca falta trabajar todava mucho. Se requera trazar un plan nico, establecer una ley fundamental de carcter universal y demostrar con hechos que dicha ley acta en todos los casos, que las propiedades de cada elemento dependen de esta ley, se subordinan a ella, se deducen de ella. Para ello era necesario poseer una intuicin genial y habilidad para poner de relieve lo comn en las contradicciones, dedicarse con perseverancia a la investigacin de hechos concretos. Esta enorme tarea la realiz D. Mendelev. Mendelev present de forma tan evidente, precisa y sencilla el enlace mutuo existente entre todos los tomos de la naturaleza, que nadie fue capaz de rebatir su sistema. Se hall la ordenacin debida. Verdad es que todava seguan siendo enigmticos los enlaces que ligaban los elementos entre s, pero su ordenacin era tan evidente, que permiti a Mendelev anunciar una nueva ley de la naturaleza, la ley peridica de los elementos qumicos. Han transcurrido ms de cien aos. Mendelev dedic casi cuarenta aos al estudio de esta ley, indagando en su laboratorio los misterios ms profundos de la Qumica.

D. I. Mendelev en el ao 1869 En la Cmara de Pesas y Medidas, que l diriga, investig y comprob, utilizando los mtodos ms precisos, las diferentes propiedades de los metales, encontrando cada vez ms y ms confirmaciones de su descubrimiento.Captulo 5 2 Preparado por Patricio Barros


Alexandr Fersman

Viaj por los Urales, estudiando sus riquezas; consagr muchos aos a las cuestiones referentes al petrleo y su origen. En todas partes, en el laboratorio y en la naturaleza, vio a cada paso la confirmacin de su ley peridica. Tanto en los estudios tericos e investigaciones, como en la industria, dicha ley se convirti en 'la brjula dirigente que, lo mismo que gua a los navegantes en el mar, orientaba a los sabios y a los investigadores prcticos en sus bsquedas. Hasta la misma muerte, Mendelev, sin cesar, perfeccion, corrigi y profundiz su pequea tabla del ao 1869. Centenares de qumicos, siguiendo su ruta genial, descubrieron nuevos elementos, nuevas combinaciones, descifrando paulatinamente el profundo sentido interno de la Tabla de Mendelev. En la actualidad esta Tabla tiene un aspecto completamente distinto. Resulta que la Tabla de Mendelev constituye un manual excelente para el estudio de las leyes que rigen la estructura de los espectros atmicos. Al estudiar los espectros de los elementos y distribuirlos en el orden de la Tabla de Mendelev, el joven fsico ingls Enrique Moseley descubri inesperadamente, en 1913, una nueva ley y estableci la importancia que tiene el nmero de orden en la Tabla. Demostr que lo ms importante en el elemento es la carga del ncleo central, que coincide exactamente con el nmero de orden del elemento. En el hidrgeno es igual a la unidad, en el helio, dos, y, por ejemplo, en el zinc es igual a 30, en el uranio, a 92. Adems, este nmero expresa la cantidad de electrones ligados al ncleo por la influencia de estas cargas y que giran a su alrededor por distintas rbitas, En todos los tomos, el nmero de electrones que rodean al ncleo es igual al nmero de orden del elemento en cuestin. Los electrones estn dispuestos de forma determinada alrededor del ncleo, formando capas aisladas. La primera, la ms prxima al ncleo, llamada capa K, tiene 1 electrn en el hidrgeno y 2 electrones en los dems elementos. La segunda, denominada capa L, tiene en la mayora de los tomos 8 electrones. La capa M puede contener hasta 18 electrones, la capa N, hasta 32. Las propiedades qumicas de los tomos, las define, principalmente, la constitucin de la capa electrnica ms externa o cortical. Esta capa adquiere gran estabilidad, cuando la cantidad de electrones que la integra es igual a 8. Los tomos que poseen en la capa cortical uno o dos electrones, pueden cederlos con facilidad, convirtindose en iones. Por ejemplo, el sodio, potasio, rubidio tienen en su capa externa un electrn. Estos tomos pueden ceder dicho electrn fcilmente y se transforman en iones monovalentes, cargados positivamente. En este caso, la capa electrnica siguiente se convierte en cortical. Ella contiene precisamente 8 electrones, lo que garantiza la estabilidad del tomo-ion formado. Los tomos de calcio, bario y dems metales alcalino-trreos tienen dos electrones externos y cuando los pierden se convierten en iones bivalentes positivos estables. Los tomos de bromo, cloro y dems elementos halgenos tienen siete electrones en la capa cortical. Estos tomos, por el contrario, aceptan vidamente los electrones de las capas corticales de ot

Geoquimica Recreativa Alexander Fersman

Documents

Transcript of Geoquimica Recreativa Alexander Fersman