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La creatividad, o cómo soñar un anillo para el carbono

octubre 26, 2011

Publicado también en el blog de Dixit_ciencia

La creatividad, o cómo soñar un anillo para el carbono

 

No es lo mismo, claro que no.

Supongamos que escribimos C2H6O dos veces, tal que así: C2H6O y C2H6O. Aunque ambas fórmulas nos parezcan iguales, en realidad pueden resultar de lo más diferentes. De hecho, una de ellas puede corresponder a lo que se conoce como dimetiléter, mientras que la otra puede referirse al alcohol etílico. A temperatura ambiente, el primero es un gas que puede servir como combustible o como refrigerante; el segundo es un líquido que ya todos conocemos. Lo que cambia, por tanto, no es la composición, sino la estructura. Y conocer esta diferencia se lo debemos, en parte – sólo en parte -, a los sueños de un químico alemán del siglo diecinueve y de apellido particularmente sonoro: August Kekulé. La historia, a continuación.

El alcohol y el dimetiléter tienen la misma composición, pero diferente estructura

En 1825, Michael Faraday había aislado un compuesto puro a partir de una mezcla aceitosa que condensaba del gas que se usaba para mantener el alumbrado. Tras muchos estudios se determinó que este compuesto, al que llamaron benceno, tenía la misma proporción de átomos de hidrógeno y carbono y que estaba formado por 6 átomos de cada uno de esos dos elementos. Es decir, que su fórmula sería C6H6. Y esto suponía a la vez una sorpresa y un desafío. La sorpresa venía de que, hasta ese momento, casi la totalidad de compuestos orgánicos estudiados tenían aproximadamente el doble de átomos de hidrógeno que de carbono. El desafío podría explicarse con las mismas palabras, añadiendo la pregunta: ¿por qué éste no?

Por aquel entonces apenas se conocía nada sobre la arquitectura o la estructura de las moléculas. Podía deducirse su composición, sus propiedades, pero no la forma íntima en que los átomos se relacionaban, los hilos que los unían. Nada diferenciaba, en esencia, el alcohol del dimetiléter. Kekulé fue uno de los que más contribuyó a cubrir el hueco, a distinguir la forma del fondo.

Friedrich August Kekulé nació en 1829, en Darmstadt, una región ahora perteneciente a Alemania. De ascendencia checa, al parecer destacaba especialmente en su niñez en los idiomas y en el dibujo. Esto último fue lo que le hizo comenzar sus estudios universitarios en la carrera de arquitectura, lo que veremos que no es un dato baladí. Sin embargo, tras asistir a unas conferencias de Justus Von Liebig, decidió dedicarse a la química, cuya carrera completó. En 1864 ya era un conocido científico, había colaborado junto con otros en desarrollar la teoría de las valencias, o la capacidad que tienen los átomos para unirse entre ellos, y que constituye la base de la Teoría Estructural. Además, había determinado la valencia del carbono, fijándola en un valor de 4. Es decir, que cada átomo de carbono es capaz de establecer cuatro enlaces, incluyendo que puede unirse a otros átomos de carbono formando cadenas. Sin embargo, la fórmula del benceno seguía desconcertando a toda la comunidad científica. No sólo era que hubiera muchos menos hidrógenos de los que cabía esperar, es que el benceno no se comportaba como sugería ningún modelo de los que se manejaban por entonces. Desafiaba todas las reacciones de comprobación. Pero una noche de 1862 sucedió esto, contado por el propio Kekulé:

Durante mi estancia en Gante, vivía en uno de los barrios elegantes de la vía principal. Mi estudio, sin embargo, estaba en un callejón estrecho donde no entraba la luz del día… Me encontraba sentado escribiendo en mi libro de texto, pero las investigaciones no prosperaban, mis pensamientos estaban en otra parte. Volví la silla de frente al hogar y me dormí. Una vez más los átomos comenzaron a brincar ante mis ojos. Pero esta vez los grupos más pequeños se mantenían discretamente en el fondo. Mi ojo mental, entrenado por las repetidas visiones de este tipo, ahora podía distinguir estructuras más grandes; largas filas se entrelazaban y mezclaban en un movimiento como de serpientes. ¡Pero mira! ¿Qué fue eso? Una de las serpientes había mordido su propia cola, y la forma giró burlonamente ante mis ojos. Como iluminado por un relámpago, me desperté…” 

Y cuando se despertó no vio al dinosaurio, como diría Monterroso, lo que vio fue que esa serpiente mordiéndose la cola era también el benceno, con una cadena de carbonos que se curvaba hasta unirse en sí misma en una estructura circular, la primera descrita hasta entonces. Con una secuencia alterna de enlaces dobles y sencillos que explicaba aquella proporción “extraña”, que cuadraba las 4 valencias, que explicaba las propiedades fundamentales del benceno y que, en suma, aclaraba la oscuridad.

Estructura original del benceno propuesta por Kekulé

La creatividad

Aquí es donde se aprovecha para resaltar la importancia del inconsciente, de la inspiración en la creatividad, de las musas y las “ideas reveladas”. Y algo de eso hay, siempre pasado por el tamiz, claro está. Por ejemplo, se ha visto que el sueño contribuye, y de hecho es esencial, a reforzar la memoria y el aprendizaje, pero también es, en ocasiones, el impulsor final en la última fase de la creatividad (véase este artículo en PNAS). También se ha visto que mientras “soñamos despiertos”, la actividad global del cerebro es mayor que mientras fijamos la atención. La explicación es que no sólo tiene lugar una activación de la llamada “red neural por defecto”, sino también de la red ejecutiva, lo que permite poner en contacto áreas cerebrales que comúnmente actúan de forma más independiente, estimulando así la creatividad. En particular, saltos cualitativos como la tabla periódica de Mendeleiev, la demostración de la transmisión nerviosa de Loewy o la misma canción Yesterday, de los Beatles, parecen hacer sido consecuencia directa de un buen sueño REM. Pero, claro está, es sólo la última fase. Es preciso todo el bagaje, toda la batalla anterior. A cuántos no se les habrá caído una manzana antes que a Newton. Al fin y al cabo, como dijo Edison, “el genio es un 99% de transpiración y un 1% de inspiración”. Y el propio Kekulé, que además no debemos olvidar que tendía a la arquitectura, nos lo dice: su ojo mental estaba entrenado, los átomos le brincaban ante sí. ¿A cuántos les brincan átomos con los ojos cerrados?

De hecho, aunque se trata de un pasaje menos conocido, la tetravalencia del carbono también le vino al parecer a Kekulé “a través” de un sueño:

Una tarde de verano estaba regresando en el último bus a través de las calles desiertas de la ciudad. Iba sentado en el exterior como era mi costumbre…. cuando caí en una especie de ensueño, y he aquí que los átomos comenzaron a brincar ante mis ojos. Hasta ese momento, cada vez que estos seres diminutos habían aparecido ante mí, lo habían hecho en movimiento. Ahora, sin embargo, veía cómo, con frecuencia, dos átomos más pequeños se unían para formar una pareja, cómo uno más grande los abrazaba, cómo otros aún más grandes agarraban tres o incluso cuatro de los más pequeños, mientras que el conjunto se mantenía girando en un baile vertiginoso. Vi cómo los átomos más grandes formaban una cadena, arrastrando a los más pequeños, pero sólo en los extremos de las cadenas …. El grito del conductor: “Clapham Road”, me despertó de mi sueño, pero pasé parte de esa noche volcando en papel bocetos de ese sueño. Éste fue el origen de la Teoría Estructural” 

Ajá, otra vez los átomos brincando.

La época de Kekulé coincidió además con el inicio de la imprenta móvil, con lo que la comunicación de información aumentó considerablemente. Seguramente fueron los inicios de una ciencia colaborativa, en la que las ideas comenzaban a viajar y a testarse a tiempo más o menos real. Tras su teoría sobre el benceno aparecieron diversas propuestas, pero todas ellas fueron cayendo ante las pruebas experimentales.

Otras propuestas en la época de Kekulé para la estructura del benceno

Sin embargo, su tesis tampoco era perfecta. El mérito no deja de ser mayúsculo: hay que tener en cuenta que todavía no se conocían ni los rayos X de Röntgen, que no había manera de “visualizar” las estructuras, pero en cualquier caso contenía una imperfección. Cuando se hacía reaccionar el benceno con bromo, la teoría de Kekulé predecía que debían formarse dos moléculas diferentes, pero sólo pudo hallarse una. Kekulé entonces sugirió que estos dos derivados se hallaban en equilibrio, y que eso impedía ver las dos formas por separado. Pero no era cierto: hubo que esperar al desarrollo de la mecánica cuántica y de la teoría de orbitales y de resonancia para comprobar que en realidad los enlaces dobles y sencillos alternos no son tales, sino que son todos iguales e intermedios, como si equivalieran a un enlace y medio. Pero esto no niega la “visión”, no la trastoca, sino que la desarrolla. El sueño, correctamente interpretado, seguía plenamente vigente.

Representación actual de la estructura del benceno (figura inferior)

Sello conmemorativo de Kekulé y "su" estructura del benceno

Y cuatro breves detalles para terminar, si se permiten:

1)       Kekulé no explicó de dónde obtuvo la idea de la estructura circular para el benceno hasta 25 años después su publicación. Fue en una conferencia de la Sociedad Química Alemana, en 1890. Años después de esa charla, el escritor Arthur Koestler diría que fue “probablemente el más importante sueño de la historia desde que José soñó con siete vacas gordas y siete vacas flacas”. Se da por hecho que se trata de “la más brillante predicción que se ha hecho en la historia de la química orgánica” y se estima que tres cuartas partes de ésta vienen de dicha predicción.

2)       De los cinco primeros premios Nobel de Química, 3 habían sido alumnos de Kekulé.

3)       El sueño de las serpientes tuvo lugar en 1862, pero sus ideas no se publicaron hasta 1865. Todo lo que ocurrió durante esos 3 años apenas se recoge en la literatura. Pero quizás responda la frase final de su conferencia en la Sociedad Química Alemana: “Si aprendiéramos a soñar, señores, entonces quizá encontraríamos la verdad… Pero debemos tener cuidado de no publicar nuestros sueños antes de someterlos a prueba con la mente despierta.”

4)       Por último, se dice que, antes del sueño de Kekulé, la estructura circular del benceno ya había sido propuesta por Josef Loschmidt, un químico austriaco que también había participado en la teoría de las valencias. Pero no publicó su idea salvo en un tratado de muy escasa repercusión. Hoy todo el mundo cita a Kekulé como el responsable de la estructura, seguramente porque él sí la dio a conocer. Pero quizá un poco también por la atracción que nos genera su sueño, por las connotaciones que conlleva. Al fin y al cabo por algo este artículo eligió este tema: la forma y el fondo, el alcohol y el éter, ya saben. 

Referencias principales además de los enlaces incluidos

1) Evolución histórica de la estructura molecular del benceno. Lorena Tobares.

2) Sueño con serpientes, artículo de Raúl O. Barrachina en el blog cienci-arte.blogspot.com

3) Estructura del benceno, en textoscientificos.com

Jesús Méndez

Esta entrada participa en el VIII Carnaval de Química, que tiene lugar en el blog Caja de Ciencia

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