El descubrimiento del argón

El descubrimiento del argón (o por qué estuvo bueno que el experimento diera mal)

A veces las cosas en ciencia no son como uno espera. Y en ocasiones, debajo de las anomalías, yacen las oportunidades de nuevos rumbos. Esta es la historia de un físico que supo ver esa oportunidad y mirar en profundidad detrás de los errores, que supo interpretar resultados incomprensibles, imaginar posibilidades, que supo pedir ayuda a sus colegas para desafiar sus límites. Es la historia de una medición que culminó en el descubrimiento de varios nuevos elementos y en la reestructuración de la tabla periódica.

Señoras y señores, con ustedes, Lord Rayleigh y el argón.

La densidad del nitrógeno

Lord Rayleigh

Lord Rayleigh

Como toda historia que se precie de tal, esta comienza con un “había una vez”.

Había una vez, a fines del siglo XIX, un físico llamado John William Strutt, también conocido como Lord Rayleigh (sí, era un Lord, en una época en la que justamente muchos de los que se dedicaban a la ciencia pertenecían a la nobleza). Rayleigh tenía la atención puesta en averiguar la densidad del nitrógeno, el principal componente de la atmósfera. Para eso, lo primero que debía hacer era obtener nitrógeno puro.

En esa época se creía que se conocía perfectamente la composición de la atmósfera. Más allá de algunos compuestos cuya concentración es variable, como la humedad del aire y pequeñísimas cantidades de dióxido de carbono, amoníaco e hidrógeno, se consideraba que la atmósfera estaba compuesta exclusivamente por nitrógeno y oxígeno.

En este contexto, era razonable pensar que para purificar nitrógeno lo que había que hacer era tomar aire de la atmósfera y simplemente quitarle el oxígeno. La estrategia de Rayleigh era que, una vez eliminado el oxígeno del aire, podría tener encerrado en un recipiente el gas resultante que, en principio, debía ser nitrógeno. Luego, pesaría ese gas (para pesarlo, sencillamente podía pesar el recipiente lleno de gas y luego restarle el peso del recipiente vacío), y determinaría la presión y la temperatura. Con los datos del volumen del recipiente, el peso del gas, la temperatura y la presión, podría calcular la densidad.

Un método para lograr eliminar el oxígeno del aire consistía en burbujear aire a través de amoníaco líquido y luego a través de un tubo de cobre extremadamente caliente, de modo que el oxígeno atmosférico se uniera, bajo la influencia del calor, con el hidrógeno del amoníaco, formando agua. Aquí, el cobre servía sólo para aumentar la superficie de contacto y para actuar como un indicador de que la reacción seguía ocurriendo, ya que mientras permaneciera brillante se sabía que el amoníaco seguía funcionando. A continuación, se removía el exceso de amoníaco con ácido sulfúrico, y se eliminaba el agua producida en la reacción desecando el gas. De esta manera, se eliminaba el oxígeno del aire y parecía obvio que el gas resultante debía ser nitrógeno puro. En este caso, el nitrógeno provenía principalmente del aire, pero una parte (aproximadamente de 1/5 a 1/7) también derivaba del amoníaco.

Mediante esta metodología, Rayleigh obtuvo una serie de valores para la densidad del gas así obtenido que eran muy similares entre sí. Con esto, parecía haberse terminado la incógnita de cuál era la densidad del nitrógeno. Sin embargo, Rayleigh no estaba satisfecho. Le parecía que sería mejor, por las dudas, y sólo para estar más tranquilo, probar calcular de otra forma la densidad del nitrógeno obtenido. Y ahí empezaron los problemas…

Medir lo mismo de dos maneras distintas

Los científicos muchas veces usan más de un método para medir algo, para justamente poder confiar más en que lo que están midiendo es realmente lo que creen que están midiendo. Entonces Rayleigh realizó un procedimiento más ortodoxo para extraer el oxígeno de la atmósfera: hizo pasar el aire directamente a través del tubo de cobre caliente, sin burbujearlo primero a través del amoníaco. Esto provocaba la formación de óxido de cobre entre el cobre del tubo y el oxígeno atmosférico:

O2 + Cu → CuO

Luego, el óxido de cobre era removido y se asumía que el gas que quedaba debía ser nitrógeno puro. De este modo obtuvo, para la densidad del gas resultante, una serie de valores similares entre sí.

De las dos maneras parecía estar haciendo básicamente lo mismo: le quitaba el oxígeno al aire, y lo que quedaba debía ser, en principio, nitrógeno puro. Y la verdad que esperaba obtener de ambas maneras valores de la densidad del nitrógeno muy parecidos. Pero el problema fue que la densidad obtenida por este método era aproximadamente un 0,1 % más grande que la medida por el método que involucraba amoníaco. Este es uno de los clásicos problemas de las ciencias experimentales: dilucidar si dos mediciones que dan distinto son esencialmente una variación esperable del mismo número, o si se trata de dos valores que realmente difieren entre sí. Una milésima parece una diferencia pequeña, ¿pero cuán pequeña?

El primer impulso de Rayleigh, y el primer impulso de prácticamente cualquiera en una situación similar, fue pensar que ese 0,1 % podía deberse a impurezas presentes. En este punto, muchos habrían pasado por alto esta diferencia, suponiendo que era demasiado pequeña y no representaba nada digno de seguir siendo estudiado. Pero Rayleigh era muy cuidadoso. Buscó entre las impurezas “conocidas” y vio que no podía atribuirles esa diferencia. No se encontraba ninguna impureza que pudiera explicar un peso mayor (que llevara por lo tanto a una mayor densidad) con uno de los métodos, o un peso menor (que llevara a una menor densidad) con el otro. Parecía un callejón sin salida. ¿Cómo seguir?

¡Si no puedes con ellos, úneteles!

Había que tomar una decisión estratégica. En palabras del mismo Rayleigh:

“En el trabajo experimental, es una buena regla intentar aumentar una diferencia cuando aparece, más que seguir el primer instinto de querer eliminarla”.

Cuando vio que no podía eliminar esa diferencia de una milésima echándole la culpa a impurezas o problemas de medición, buscó el modo de aumentarla.

Para aumentar esa diferencia, pensó en qué diferían ambas muestras de nitrógeno. ¿Cuál era entonces la diferencia entre los dos tipos de nitrógeno? Utilizando el amoníaco en el primero de los métodos, el nitrógeno obtenido es una combinación entre el nitrógeno que proviene del aire y el que proviene del amoníaco. En el segundo método, eliminando el paso de burbujear a través de amoníaco líquido, el nitrógeno producido deriva totalmente del aire. Al nitrógeno así obtenido lo llamó nitrógeno “atmosférico”. En base a esto, Rayleigh pensó que el modo de aumentar lo más posible la discrepancia observada podría ser sustituir el aire por oxígeno puro en el método con amoníaco, es decir, burbujear oxígeno puro a través de amoníaco líquido y luego hacerlo pasar a través del tubo caliente. De este modo, todo el nitrógeno derivaría del amoníaco, y no sólo una parte:

O2 + NH3 → H2O + N2

Rayleigh realizó esto, “secó” el gas obtenido para eliminar el agua producida y, de este modo, obtuvo nitrógeno al cual le midió la densidad. Y a este nitrógeno lo llamó nitrógeno “químico”. ¡Esto resultó maravillosamente!: El nitrógeno que provenía totalmente del amoníaco era ahora un 0,5 % más liviano que el que provenía del aire, y esto era una diferencia mucho más grande sobre la que se podría entonces trabajar satisfactoriamente, y que permitía pensar que se trataba de una diferencia real, y no de variaciones experimentales.

Rayleigh, un hombre desconfiado

Tener una posición crítica sobre los propios resultados es una virtud importante en la investigación científica. Rayleigh era un hombre prolijo y cuidadoso en sus mediciones, pero también era muy prudente, y lo que lo hizo probar con dos métodos distintos para purificar el nitrógeno fue lo mismo que lo hizo probar con más métodos.

Para averiguar si la discrepancia se debía a una diferencia real entre el nitrógeno químico y el atmosférico, Rayleigh preparó tanto nitrógeno atmosférico como químico con métodos distintos. Remover el oxígeno haciéndolo reaccionar con cobre caliente (el que ya había hecho), hierro caliente o sulfato ferroso en una solución alcalina, da nitrógeno atmosférico. Rayleigh preparó también muestras de nitrógeno químico (sin nada de aire atmosférico) derivado de otros compuestos nitrogenados que no eran amoníaco (óxido nítrico, óxido nitroso, urea y nitrato de amonio, este último purificado tanto con calor como a temperatura ambiente.

Para dar ejemplos reales, estos son valores del peso del gas (a presión y temperatura fijas) que midió a partir de nitrógeno atmosférico obtenido haciendo pasar aire por un tubo de hierro caliente, de modo de eliminar el oxígeno del aire mediante su reacción con el hierro:

2,31017 g (12 de diciembre de 1893)

2,30986 g (14 de diciembre de 1893)

2,31003 g (19 de diciembre de 1893)

2,31007 g (22 de diciembre de 1893)

Y esto le daba un promedio de 2,31003 g.

Cuando fabricó nitrógeno químico a partir de óxido nítrico, los valores le dieron:

2,30143 g (29 de noviembre de 1893)

2,29890 g (2 de diciembre de 1893)

2,29816 g (5 de diciembre de 1893)

2,30182 g (6 de diciembre de 1893)

Y esto le daba un promedio de 2,30008 g.

La figura muestra la masa de varias muestras de nitrógeno obtenido por diversos métodos. Cada masa es el promedio de varias mediciones individuales, todas realizadas bajos las mismas condiciones de presión y temperatura (en esta figura están también graficados los ejemplos recién mencionados).

2MetodosYa a simple vista se nota que los primeros tres métodos comenzando desde arriba, que corresponden a nitrógeno atmosférico, dan valores de masa similares entre sí. Los otros cinco, que producen nitrógeno químico, varían alrededor de una masa menor. Y entre los dos grupos de datos vemos una clara diferencia.

La diferencia en masa entre el nitrógeno químico y el atmosférico bajo condiciones idénticas es pequeña (ver el eje de las x), ¡pero es real!

Lo importante aquí es que Rayleigh pudo notar la anomalía, esa pequeña diferencia, y pudo demostrar que se trataba de una diferencia real gracias a mediciones hechas muy cuidadosamente y repetidas muchas veces cada una.

Medir con precisión

Las preocupaciones de Rayleigh con el error no eran nada triviales. Cuando uno mide algo es inevitable que exista un error experimental. El instrumento de medición que uno utiliza tiene siempre un error determinado que, en el caso de los instrumentos utilizados en la investigación científica, suele estar explicitado. Por ejemplo, si una balanza dice que tiene un error de 1 g, esto significa que un objeto de 25 g nos puede dar, aleatoriamente, una lectura en la balanza de 24 g a 26 g, y eso no significa que hayamos hecho nada mal con el modo en el que realizamos la medición. Si pesamos una vez y da 24,5 g y pesamos otra vez y da 24 g, podríamos pensar que nuestro objeto pesa 24.25 g. Pero si pesamos muchísimas veces, y promediamos, y hacemos un análisis estadístico, lo más probable es que ese valor promedio se vaya acercando a 25 g. Por eso un científico intenta realizar muchas mediciones de lo mismo, tratando de mantener todas las variables constantes.

Si medimos algo muchas veces y los valores obtenidos se parecen mucho entre sí, entonces nuestra medición es muy precisa. Pero esto está limitado por el instrumento de medición que uno utiliza. Por lo tanto, siempre, absolutamente siempre que uno mide, hay una incerteza en la medición (debida al instrumento de medición pero también a otras cosas), y a esto los científicos lo llaman “error experimental”. Este error no se refiere a una equivocación (aunque claro que al medir podemos también francamente equivocarnos, pero eso es otra cuestión).

Así que, si repetimos una medición de lo mismo, en las condiciones menos variables que se pueda, siempre obtendremos mediciones ligeramente distintas entre sí. Pero la pregunta clave para nosotros y para Rayleigh era: ¿cuándo una diferencia entre dos mediciones es suficientemente grande como para que la consideremos realmente distinta y cuándo no? Es decir, ¿por qué Rayleigh consideró que el valor de densidad del nitrógeno que obtenía para el nitrógeno atmosférico y para el químico daban un valor realmente distinto y no que se trataba de variaciones del mismo número? O, lo que es lo mismo, ¿cuándo una diferencia entre dos mediciones es más grande que el error experimental de la medición?

Esto puede resolverse con herramientas estadísticas. Rayleigh fue extremadamente cuidadoso en medir del modo más preciso que se podía, y de fabricar nitrógeno químico y atmosférico por diversos métodos. Esto le permitió notar que los valores realmente diferían según el método utilizado para purificar el nitrógeno. Estadística o no, Rayleigh estaba convencido de que sus números podían mostrar algo real y que había allí algo para investigar.

¿Y a qué se debía la diferencia entre el nitrógeno químico y el atmosférico?

¿nitrógeno atmosférico o nitrógeno químico?

¿nitrógeno atmosférico o nitrógeno químico?

Una vez establecido claramente que esa diferencia entre las densidades del nitrógeno obtenido por diversos métodos era real y no un problema de medición, había que atacar la pregunta de por qué había diferencias entre los distintos métodos, si se suponía que se estaba midiendo la densidad del mismo gas. Esto sólo podía implicar una cosa: el nitrógeno químico y el nitrógeno atmosférico no eran exactamente lo mismo.

Para esta pregunta había dos hipótesis posibles.

  1. Podía ser que hubiera en el aire un gas más pesado que el nitrógeno.
  2. Podía ser que existiera, en el gas preparado con amoníaco, nitrógeno en un estado disociado. Esta era la hipótesis favorita de algunos amigos químicos de Rayleigh.

¿Cómo distinguir entre estas dos hipótesis? Este supuesto nitrógeno disociado, si existía, tenía que ser inestable, es decir que con el tiempo esa forma de nitrógeno tenía que tender a desaparecer. Y esto nos sugiere un experimento para distinguir entre las dos hipótesis: podemos dejar las muestras quietas por un tiempo largo, para ver si se modifica la densidad. Si la hipótesis del nitrógeno disociado es cierta, la densidad debería cambiar con el tiempo y la diferencia entre el nitrógeno atmosférico y el químico debería desaparecer. Si la hipótesis del nitrógeno disociado no fuera cierta, no esperaríamos este cambio de densidad con el tiempo.

Rayleigh dejó entonces sus muestras sin tocar por… ¡8 meses! (eso es paciencia…). Cuando volvió a medir la densidad luego de transcurrido este tiempo, ¡vio que no se había modificado! Este resultado claramente apoyaba la primera hipótesis, la de que hubiera otro gas más pesado que el nitrógeno presente en el aire, y descartaba la hipótesis del nitrógeno disociado.

En este punto, había entonces evidencias que apoyaban la idea de que en la muestra de nitrógeno atmosférico hubiera un gas que no era nitrógeno, y que por eso la densidad fuera distinta a la obtenida para el nitrógeno químico. Esto podía explicar perfectamente la diferencia entre las densidades medidas: si la atmósfera contiene efectivamente este gas desconocido, además del nitrógeno y el oxígeno, el agregado de nitrógeno proveniente del amoníaco a la muestra atmosférica alteraba las proporciones relativas de nitrógeno y de este gas desconocido. Y, como resultado de esta pequeñísima diferencia en la composición, muestras de igual volumen preparadas por los dos métodos distintos a idéntica temperatura y presión, tenían pequeñas diferencias en la masa y, por lo tanto, en la densidad.

Pero no alcanzaba con tener evidencias de la existencia de este gas: Rayleigh quería comprobarlo fehacientemente y, para eso, necesitaba obtenerlo.

Trabajo en equipo

¿Cómo se podía comprobar la existencia de este gas? La respuesta era bastante clara: encontrándolo y aislándolo. El paso siguiente, entonces, era purificar este ingrediente desconocido siguiendo la idea de restarle gases al aire atmosférico: había que remover el nitrógeno de la muestra de nitrógeno atmosférico.

Claro que una cosa es decir esto, y otra muy distinta, en las ciencias experimentales, es poder hacerlo. Metodológicamente esto tenía sus bemoles. Rayleigh había trabajado básicamente solo hasta esta altura, pero en 1892 publicó una nota en la revista Nature diciendo que estaba muy sorprendido por las anomalías encontradas al medir la densidad del nitrógeno:

“Estoy muy desconcertado por algunos resultados recientes relacionados con la densidad del nitrógeno, y si alguno de sus lectores químicos tiene alguna sugerencia, será muy bienvenida”.

Rayleigh era físico, y pidió ayuda a los químicos, es decir, a científicos cuyo campo de conocimiento era distinto del de él y que, por lo tanto, podrían tener ideas que a él no se le habían ocurrido.

Sir William Ransay

Sir William Ransay

Y había un químico que estaba intentando resolver este mismo problema. Se llamaba Sir William Ramsay. Lo interesante es que tanto Rayleigh como Ramsay trabajaban por separado y, cuando decidieron ayudarse mutuamente, esto les permitió finalmente, tras una tarea larga y laboriosa, poder purificar este gas desconocido.

Una vez que obtuvieron este gas misterioso, comenzaron a caracterizarlo, es decir, a ver qué propiedades tenía. Para empezar, vieron que se encontraba en la atmósfera en una concentración de 1% y, al medir su densidad, resultó ser de una vez y media la del nitrógeno, lo que explicaba el mayor peso específico del nitrógeno atmosférico. Tenían entonces un gas que parecía ser algo nuevo no descripto hasta el momento. Y a las cosas nuevas se les pone un nombre. Había que elegir un bonito nombre para esta sustancia. Por el modo en el que habían logrado preparar este gas, resultaba evidente que no reaccionaba con oxígeno, magnesio, calcio, nitrógeno ni hidrógeno. Tampoco lograron que le sucediera algo con calor ni con descargas eléctricas. Se intentaron muchos otros modos de inducir la combinación de este gas con alguna otra sustancia, y ninguno funcionó. De hecho, ¡no parecía sucederle nunca nada de nada! Esto era algo extremadamente raro. Tan raro que en realidad no se conocía ninguna otra sustancia, salvo esa, que realmente resultara así de inerte a todo. Por todo esto se lo decidió llamar argón (argos, en griego, significa inactivo).

Cuando en 1894 Rayleygh y Ramsay anunciaron que habían descubierto un nuevo gas en la atmósfera, fueron recibidos con escepticismo. Algunos desconfiaban del descubrimiento del gas y otros negaban que estuviera presente en la atmósfera. Pero las evidencias experimentales eran muy fuertes. La evidencia de la existencia del argón y la descripción de varias de sus propiedades fueron comunicadas a la Royal Society por los descubridores en 1895.

Un tiempo para cada cosa

Rayleigh no sólo consultó a otros científicos, sino que revisó los trabajos anteriores relacionados con su tema de investigación. Henry Cavendish, un siglo antes, había pasado electricidad a través del aire, y absorbió luego los productos de reacción, que eran óxidos de nitrógeno con carbonato de potasio. Y luego de esto vio que le quedaba un residuo de menos del 1 % de su muestra original. Pero Cavendish no podía de ninguna manera continuar caracterizando este residuo, por varias razones. Él tenía el foco puesto en otra cosa: quería caracterizar los componentes principales de la atmósfera, así que ese 1 % le resultaba bastante irrelevante. La pregunta que Cavendish buscaba responder era muy distinta a la de Rayleigh. Además, en su época era muy difícil técnicamente aislar suficiente cantidad de este residuo para poder caracterizarlo, ya que la fuente de electricidad era una máquina de fricción y su aparato para manipular gases era muy precario.

Un siglo después, Rayleigh usó el método de Cavendish pero ya existían, por ejemplo, las redes eléctricas. Esto muestra cómo a veces los descubrimientos científicos dependen, al menos en parte, del contexto de la ciencia y tecnología en ese momento.

Una pregunta genera nuevas preguntas

Entonces, ahora que se había demostrado la existencia del argón, había que completar su caracterización. Para empezar, era inerte, lo cual era algo rarísimo. Pero para poder estudiarlo bien en detalle, había que comenzar por disponer de mucha cantidad. En este punto, Rayleigh claramente redefinió el rumbo de su investigación: dejó la densidad del nitrógeno de lado y, ahora que había comprendido cuál era la causa de la anomalía, quiso entenderla mejor.

Como pasa casi siempre en ciencia, responder una pregunta lleva a muchas preguntas nuevas. Al comparar el argón con gases conocidos pudieron comprobar que se trataba de un gas nuevo. En esa época se conocía ya una forma experimental de determinar si un gas está compuesto de átomos sueltos, de moléculas de dos átomos, de tres átomos, etcétera. Recordemos que las moléculas del nitrógeno, oxígeno e hidrógeno tienen todas dos átomos (son diatómicas: N2, O2 y H2). La molécula de dióxido de carbono es triatómica. La del metano tiene cinco átomos. Cuando Rayleigh y Ramsay hicieron sus cálculos para el argón, les dio que eran moléculas monoatómicas.

¿Es o no es un nuevo elemento?

Rayleigh reconoció que no estaba claro si este nuevo gas era un elemento nuevo o no, y las opiniones de los físicos al respecto estaban muy divididas. ¿Por qué pasaba esto? Después de todo, Ramsay y Rayleigh tenían evidencias que apuntaban a que se trataba de un nuevo elemento, y aproximadamente 40 nuevos elementos habían sido descubiertos en el siglo XIX. ¿Por qué tanto problema en reconocer que el argón era un elemento más?

Una razón era la tabla periódica que se tenía en el momento y que había sido establecida durante el cuarto de siglo anterior. Allí no había “lugar” para el argón, porque no había elementos similares hasta ese momento. Y había otra dificultad: su peso atómico estaba entre el peso del potasio y del calcio, elementos con los que no compartía ninguna característica (por supuesto, en número atómico precede al potasio, pero en ese momento no se había descubierto aún una razón física para explicar el número atómico).

Y comenzó entonces a colarse una idea en la comunidad científica: suponiendo que lo periódico de la tabla es una “ley” que se cumple, y suponiendo que este gas inerte era un nuevo elemento, entonces sería esperable que existiera toda una familia de elementos con estas características! Esta es la conclusión a la que llegó Ramsay al descubrir un gas asociado a ciertos minerales que contienen uranio, que no era argón, pero que como el argón era químicamente inerte. Este gas fue bautizado helio. Así que, en 1896, Ramsay agregó una nueva columna a la tabla periódica, después de los halógenos. Y se dispuso a buscar sistemáticamente otros miembros de la familia de los gases inertes. En 1897, predijo públicamente (en la seción de Química de la British Association for the Advancement of Science) el descubrimiento de un gas inerte monoatómico de un peso atómico de 20. Al año siguiente, Ramsay, junto a Morris Travers, descubrieron efectivamente este nuevo gas, y lo llamaron neón.

Conclusiones

Aquello que empezó como una anomalía en una medición, desembocó en el descubrimiento de toda una nueva familia de elementos químicos y en la reformulación de la Tabla Periódica.

El argón fue el primer gas noble aislado, así que no existía un lugar para él en la tabla periódica de esa época. Es muy interesante pensar que un nuevo descubrimiento debe ser evaluado en el contexto de los conocimientos que se tienen hasta el momento. Ramsay siguió investigando y logró aislar e identificar en pocos años más otros gases nobles, a los que llamó helio, neón, criptón y xenón. Fue necesaria una gran dosis de confianza e imaginación para integrar estos gases inertes en el núcleo de conocimiento que ya se tenía. De hecho, aquello que Ramsay y Rayleigh habían bautizado como argón originalmente era en realidad una mezcla de varios gases nobles, de la cual el argón era el principal componente. Mendeleyev, el padre de la Tabla, estuvo muy preocupado por los gases nobles hasta que Ramsay propuso incluirlos todos en una nueva columna.

El descubrimiento del argón estuvo lleno de obstáculos. Con este tipo de descubrimientos puede haber aparentes contradicciones al principio, y por esto muchas veces son recibidos con escepticismo. Pero se van sumando evidencias, y van cambiando los modos de interpretarlas, y se llega en algún momento a un consenso de que ese descubrimiento es efectivamente un conocimiento nuevo sobre algo del mundo que nos rodea.

En el aula11Enelaula

La historia de la ciencia es un excelente recurso para enseñar cómo los científicos piensan e investigan los problemas, además de enseñar un contenido en particular. De este modo, estamos enseñando a nuestros alumnos cómo se “hace ciencia”. Estamos enseñándoles que la ciencia es también un modo de saber cosas además de un cuerpo de conocimiento. Este modo de abordar un tema disciplinar permite además motivar a los alumnos más inclinados a áreas sociales como historia o filosofía.

La historia del descubrimiento del argón puede formar parte de temas enseñados generalmente en química o física tales como: átomos y moléculas, elementos, tabla periódica, gases nobles, reacciones, propiedades físicas y químicas del nitrógeno y otros elementos, etc. Todo esto muestra la ciencia como un producto, como un cuerpo de conocimiento obtenido a lo largo de muchos siglos de investigación. Este caso nos permite además relacionar estos temas con otros más fundamentales. Por ejemplo, es una buena oportunidad para repasar qué es la densidad, cómo se mide, en qué unidades se presenta.

Y también esta historia muestra varias puntas que permiten enseñar la ciencia como un proceso en el que el foco está en cómo sabemos lo que sabemos. Algunas propuestas al respecto son las siguientes:

  • La observación de fenómenos: Existe muchas veces la idea de que uno va por la vida mirando la naturaleza y notando fenómenos llamativos que luego se convertirán en conocimientos. La realidad es que observar requiere un gran nivel de atención. Sin esa atención, muchas veces se puede pasar por delante de algo sin notarlo. Por ejemplo, lo que le sucedió a Cavendish un siglo antes que llegara Rayleigh. Este “estado de atención” no depende solamente del científico sino del contexto en el que se encuentra la ciencia en ese momento. Un ejemplo concreto podría ser el hecho de que se asumía que la atmósfera estaba compuesta sólo de nitrógeno y oxígeno. Por eso Rayleigh, al purificar el nitrógeno atmosférico ni dudó en considerar que si al aire le eliminaba el oxígeno, lo que debía quedar debía ser nitrógeno puro. Y la realidad es que nadie había intentado siquiera confirmar si esa idea era cierta o no, a pesar de que existía la tecnología para hacerlo. Pero esta capacidad de observación atenta se evidenció en Rayleigh al analizar tan cuidadosamente los valores de densidad que obtenía por dos métodos distintos.
  • El aspecto metodológico de la ciencia: En esta historia, el aspecto metodológico de la ciencia es evidente. Para dar un ejemplo, una investigación que comenzó con intentar dilucidar la densidad del nitrógeno fue cambiando de a poco a otro tema de investigación relacionado con identificar un nuevo componente de la atmósfera.
  • Mediciones: De esta historia se puede desprender una gran discusión acerca de qué y cómo medir, qué es un error experimental y qué diferencia hay entre precisión y exactitud. Medir y poder interpretar lo que se mide es una competencia científica fundamental para enseñar a nuestros alumnos.
  • Preguntas e hipótesis: Existen preguntas que pueden ser respondidas mediante experimentos. Esas preguntas, que llamamos investigables, nos hacen pensar posibles respuestas. Esas posibles respuestas son nuestras hipótesis. Para ver si una hipótesis es cierta o no, y de este modo poder responder nuestra pregunta, necesitamos pensar en un diseño experimental adecuado y tener en claro, sobre todo, qué resultado esperaríamos ver si nuestra hipótesis fuera cierta y qué resultado si no lo fuera. En nuestra historia, hay varias preguntas investigables, hipótesis, experimentos, resultados y conclusiones, que podrían ser trabajados en clase.

Cuestionario guía para trabajar el texto en el aula:

  1. ¿Por qué Rayleigh utilizó más de un método para medir la densidad del nitrógeno?
  2. Buscá en el texto las preguntas investigables que están escondidas. Una vez que las identifiques, analizá cuáles eran las hipótesis propuestas, los experimentos, las predicciones de los resultados posibles, los resultados obtenidos y las conclusiones.
  3. Explicá qué creés que habría pasado con esta historia si Rayleigh hubiera utilizado una balanza de muy poca precisión para medir la masa de nitrógeno. ¿Habría cambiado el resultado si hubiera repetido más veces cada medición?
  4. Averiguá quiénes eran Rayleigh y Ramsay. ¿Cómo eran sus vidas? ¿Vivían de su trabajo como científicos o tenían otros medios de subsistencia?
  5. ¿Tienen usos los gases nobles? ¿Cuáles?
  6. ¿Es cierto que los gases nobles son totalmente inertes y no reaccionan con absolutamente nada?
  7. Balanceá las dos ecuaciones que se muestran en el texto.

A modo de epílogo

Ramsay y Rayleigh recibieron Premios Nobel en 1904. Hoy estamos acostumbrados a que haya un Premio Nobel compartido entre dos o más personas, y quizás pensamos que éste fue el caso. Pero no: Rayleigh recibió el Premio Nobel de física por el descubrimiento del argón, y Ramsay el de química por el descubrimiento del argón y de los demás miembros de la familia de los gases nobles, y por la ubicación de los gases nobles en la tabla periódica. Lo interesante de esto es que reflejó el hecho de que a veces un descubrimiento en un área provoca un avance importante en otra disciplina. En este caso, las investigaciones de Rayleigh acerca de las propiedades físicas de ciertos gases generó una enorme serie de descubrimientos sorprendentes e importantes en el área de la química pura.

Una versión preliminar de este artículo fue publicada online en el año 2010, como Expedición Ciencia, en La Punta del Ovillo, que formaba parte del espacio Enseñanza en Foco del portal Educared, de Fundación Telefónica Argentina.

Las dos increíbles ilustraciones son de Juan Amitrano

 

Referencias

– Giunta, Carmen J, “Using History To Teach Scientific Method: The Case of Argon” J. Chem. Educ., 1998, 75 (10), pp. 1322-1325 http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ed075p1322

– Conferencia Nobel de Rayleigh (Premio Nobel de Física, 1904): http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1904/strutt-lecture.html

– Conferencia Nobel de Ramsay (Premio Nobel de Química, 1904): http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1904/ramsay-lecture.html

– Rayleigh, “The densities of the principal gases” Nature 47, 567-570 (13 April 1893) http://www.nature.com/nature/journal/v47/n1224/pdf/047567a0.pdf

– Rayleigh, “The density of nitrogen gas” Nature 50, 157-159 (14 June 1894) http://www.nature.com/nature/journal/v50/n1285/pdf/050157b0.pdf

– Gellon, Gabriel, “Había una vez el átomo: O cómo los científicos imaginan lo invisible”. Siglo XXI Editores Argentina, 2007 http://www.sigloxxieditores.com.ar/fichaLibro.php?libro=978-987-1220-93-9

 

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