ENSEÑANZA DE LA FÍSICA Y LA QUÍMICA
LOS METALES ESPECTROSCÓPICOS I :
El origen de los nombres del cesio y del rubidio
La segunda mitad del siglo XIX
se va a caracterizar por la aparición de un nuevo procedimiento para analizar
los elementos químicos: el método espectroscópico.
Siglo y medio antes, Isaac Newton
había empleado el término SPECTRUM, para referirse a la banda de
luces de colores que se producía cuando la luz del sol se dispersaba en
un cristal prismático. Ya antes del siglo XIX se sabía que los cuerpos incandescentes
daban lugar a un espectro característico cuando la luz que emitían se dispersaba;
así lo publica Mervil, en 1752.
Marggrafe en
1758, aplica el procedimiento a la sal marina y a la salpeter, diferenciándolas
por el color
[1]
. Con este sistema, Herschel, el famoso astrónomo,
consiguió distinguir en 1822, los cloruros de estroncio, calcio, bario y
cobre, investigaciones que mejora en 1833, Talbot al
incorporar el prisma al instrumental. Así, aplicándolo al del estroncio
observa una línea roja, otra naranja y una más azul, mientras que con el
de litio que sólo producía una simple línea roja. Dos años después Wheatstone,
estudia los espectros de cuerpos metálicos producidos a partir de las chispas
eléctricas (arcos eléctricos). Así identifica al mercurio, cinc, cadmio,
estaño, bismuto y plomo.
Los espectros de llamas son estudiados
en profundidad por Draper, que en 1847, indica que todas las llamas producen
un espectro continuo. Quiere decir esto que aunque se le atribuya a Bunsen
el origen del método espectroscópico para la identificación de elementos
químicos, realmente antes que él, ya estaba bastante desarrollado.
Bunsen, el químico alemán retirado
de la investigación orgánica que lo había dejado maltrecho
[2]
desarrolla el sistema para estudiar los espectros
de los cuerpos incandescentes, y juntamente con Kirchhoff
[3]
introduce la espectroscopia como método de investigación.
Primero la aplican al sodio y al potasio, observando una característica
raya amarilla en el primero y roja en el segundo. Después buscan otros elementos
similares, en los residuos de las aguas minerales.
El 10 de mayo de 1860 Bunsen
anuncia el descubrimiento de un nuevo metal, en la Academia de Ciencias
de Berlín. Lo describe así:
"Si se pone en la llama del
espectroscopio una gota del líquido madre del agua mineral de Durkheim,
sólo se reconocen las rayas características del sodio, potasio, litio, calcio
y estroncio. Si luego de haber precipitado por métodos ya conocidos la cal,
estronciana y magnesia, se toma el residuo con alcohol previamente tratado
con ácido nítrico para fijar las bases, se obtiene, una vez separada la
litina por medio de carbonato amónico, un segundo líquido madre que da en
el espectroscopio las rayas del sodio, potasio y litio, además de dos notables
rayas azules muy juntas, una de las cuales coincide con la línea delta del
estroncio. Ahora bien, no se conoce sustancia simple alguna que dé tales
dos rayas azules, solamente debidas a una cierta sustancia simple desconocida
perteneciente al grupo de los metales alcalinos. Proponemos dar a este nuevo
metal el nombre de CESIUM procedente del latín CAESIUS nombre con el que los antiguos solían designar
la parte más alta del firmamento
[4]
. Este nombre nos parece justificado por la facilidad
con que el bello color azul
[5]
del vapor
incandescente del nuevo elemento, permite reconocer la presencia de unas
pocas millonésimas de miligramo de esta sustancia simple en mezcla con la
sosa, litina y estronciana".
Sin embargo, Bunsen y Kirchhoff
no fueron los primeros en descubrir este elemento; 14 años antes lo había
detectado Plattner, profesor de metalurgia de la Escuela de Minas en Friburgo
confundiendo su sulfato con una mezcla de sulfatos de sodio y potasio, en
el análisis de un raro mineral encontrado en la isla de Elba, conocido como
polucita. En su composición había un 7,25% de masa de sustancias no detectadas,
y el mineral presentaba mayor contenido de elementos alcalinos que ningún
otro silicato. No había utilizado el método espectroscópico. En 1864, Pisani
lo identificará, como sulfato de cesium, pero el elemento ya estaba "homologado y bautizado" por Bunsen.
Se tardarán 32 años hasta poder aislar el metal puro. Ese era el inconveniente
del método espectroscópico; servía para identificar, pero nunca aislar.
Lo consigue el alemán Satterbe por electrólisis de cianuro de cesio y de
bario, casi al mismo tiempo que el ruso Bekëtov que empleó la reducción
del aluminato de cesio con magnesio, en presencia de hidrógeno.
De ahí el CESIUM inglés,
CESIO español, así como su símbolo Cs. Sus acentuadas características
atómicas le van a proporcionar unas aplicaciones peculiares, que descubrirá
Lennard (efecto fotoeléctrico).
El 23 de febrero de 1861, Bunsen
y Kirchhoff
[6]
, descubren otro metal alcalino.
Aplican la misma técnica a los residuos de un mineral escamoso de
color rosáceos que por este motivo se llamaba LEPIDOLITA del griego
LEPIS (ληπις) escama y LITHOS piedra,
parecido a una mica, y encuentran en él un elemento que produce unas rayas
espectroscópicas rojo brillantes y que por ello llaman RUBIDIUM de
rubidus, rojo en latín
[7]
. Lo explican así:
"Si se trata la lepidolita
de Sajonia por uno de los métodos en uso para la obtención de una solución
de los álcalis sin ninguno de los demás elementos, y si se vierte en el
líquido un poco de cloruro platínico, se obtiene un abundante precipitado
que ensayando al espectroscopio sólo muestra las rayas del potasio. Si se
lava varias veces el precipitado con agua hirviente y se le va ensayando
en el aparato, se descubren dos nuevas rayas de un violeta magnífico, situadas
entre las rayas delta del estroncio y la Ka beta del potasio.
Si se sigue lavando estas rayas
destacan más y más al contrario al espectro remanente del potasio, que se
va debilitando. Pronto aparecen cierto número de nuevas rayas en el rojo,
amarillo y verde. Ninguna de estas rayas pertenece a elementos descubiertos
hasta ahora. Entre ellas podemos mencionar especialmente dos notables rayas
rojas casi a continuación de la raya brillante A de Fraunhofer, o si se
prefiere de la raya brillante K alfa que le corresponde y que está al final
del extremo rojo del espectro solar. El magnífico color rojo oscuro de estas
rayas del nuevo metal alcalino nos indujo a dar a este elemento el nombre
de RUBIDIUM, y el símbolo Rb, derivado de rubidus que entre los antiguos
sirvió para designar el rojo más intenso".
También el rubidio, pudo haber
sido detectado mucho antes, porque el primer análisis de la lepidolita,
fue realizado por Klaproth en 1797. Tenía un 54,5% de sílice, un 38,25%
de alúmina, un 4% de potasa, y un
0,75% de magnesia. Faltaba un 2,5%, cosa no especialmente anormal en aquella
época, y que por lo tanto no llamó la atención a Klaproth, supuso simplemente
que se había producido una pérdida de agua. No había llegado el momento
del rubidium
[8]
.
)Cuál es el origen de las características
rayas espectroscópicas que dan nombre a estos elementos?
El espectroscopio diseñado por
Bunsen, estaba preparado para analizar el espectro de emisión de esos metales.
Esto es los elementos incandescentes, excitaban sus electrones hasta niveles
energéticos superiores, y al regresar a su situación de origen emiten la
energía sobrante en forma de radiación electromagnética, cada salto de nivel
da lugar a una raya, o a un multiplete de rayas. Si la frecuencia caía dentro
del espectro visible, se podían apreciar dichas rayas que serían la característica
definitoria (ver tabla 1)