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Sábado, 25 de junio de 2011

QUIMICA A TRAVES DEL ESPEJO

Moléculas en el país de las maravillas

Los libros de Alicia (Alicia en el país de las maravillas y Alicia a través del espejo) incluyen muchas observaciones interesantes acerca de la matemática, la física y las ciencias en general. Su autor, Lewis Carroll, era matemático y aficionado a la ciencia y, tal vez inconscientemente, incluía esas cuestiones en sus obras.

 Por Claudio H. Sánchez

Una de las cuestiones científicas más curiosas e interesantes aparece en Alicia a través del espejo. Casi al comienzo del relato, mientras piensa en pasar al otro lado del espejo, Alicia duda en llevar o no a su gata porque, dice, “tal vez la leche del espejo no es buena para beber”.

No sabemos si esta observación tenía algún significado especial para Carroll. Pero, efectivamente, la leche del espejo no es buena para beber. La leche, como muchas sustancias orgánicas, está formada por moléculas asimétricas que no son iguales a su imagen en el espejo. Cuando se las refleja, se invierten las posiciones relativas de los átomos que las forman y cambian sus propiedades.

LETRAS Y PALABRAS

Esto se puede entender mejor si se lo compara con las palabras y las letras. Por ejemplo, hace algunos años, los paquetes de cigarrillos Camel tenían en un costado las palabras choice quality (“calidad escogida”). Escritas en la tipografía adecuada, estas palabras tienen un comportamiento curioso: si las damos vuelta y las reflejamos en un espejo la palabra choice queda igual, pero quality, no.

¿Qué magia tiene la palabra choice, que permanece invariable al reflejarse en un espejo, mientras que quality cambia totalmente? Lo que ocurre es que todas las letras de choice son simétricas, y simétricas de la misma forma: su mitad inferior es igual a su mitad superior. En la palabra QUALITY eso sólo pasa con la letra i.

Algo parecido pasa con las sustancias y las moléculas que las forman. Las moléculas de agua, por ejemplo, son simétricas, como la palabra choice. Por eso, el agua del espejo sí es buena para beber. La leche, en cambio, tiene moléculas como la palabra quality: cambian cuando se las refleja en el espejo. Las propiedades de la leche del espejo son distintas de las de la leche normal. Tiene otro sabor y, además, no se puede digerir con las enzimas y otras sustancias digestivas de un gato “de este lado”.

ATOMOS Y MOLECULAS

Las sustancias que tienen la misma fórmula (tanto de esto, tanto de lo otro) y, sin embargo, distintas propiedades, se llaman isómeros (“iguales proporciones”). La existencia de los isómeros implica que no sólo importa la cantidad relativa de cada elemento químico en la molécula sino, también, la forma en que sus átomos se acomodan en la molécula. Pero, aunque los átomos habían sido postulados por Demócrito en la Grecia clásica y enmarcados en una teoría por Dalton en el siglo XIX, su existencia no quedó completamente establecida hasta principios del siglo XX. Se los consideraba algo así como un lenguaje para escribir fórmulas, pero sin existencia “real”. Los químicos se resistían a hacer alguna conjetura sobre las propiedades de una molécula, basados en las posiciones de los, todavía, ficticios átomos.

Un caso especial de isomería involucraba a los ácidos tartárico y racémico. Ambas sustancias parecían tener la misma fórmula. Sin embargo, diferían en algunas propiedades. En particular, una solución de sales de ácido tartárico hacía girar el plano de oscilación de la luz polarizada. Las sales de ácido racémico no ejercían esta influencia. La existencia de estas dos sustancias planteaba un problema para la teoría química de la época.

En 1849, Luis Pasteur estudió los cristales de ambas sales en el microscopio y descubrió que eran asimétricos. Los de ácido tartárico tenían todos la misma forma. Los de ácido racémico se presentaban en dos formas: algunos eran iguales a los del ácido tartárico y otros eran como su imagen especular. Pasteur supuso que el efecto de unos cristales compensaba el de los otros, de modo que el ácido racémico no afectaba la luz polarizada.

Sin embargo, cuando una sal se disuelve, los cristales desaparecen como tales: sólo quedan moléculas nadando en agua. Si la influencia de la sustancia sobre la luz polarizada se debía a la asimetría, ésta tendría que mantenerse a un nivel más profundo que el de los cristales, llegando a las moléculas mismas, lo cual conducía nuevamente al problema de la estructura de la materia y los átomos.

Finalmente, en 1874, el holandés Jacobus van’t Hoff y el francés Joseph Le Bel, trabajando independientemente, desarrollaron una teoría molecular basada en un átomo de carbono con forma de tetraedro. Sobre un átomo así se podrían acomodar cuatro átomos diferentes, uno en cada vértice, formando una estructura asimétrica, que no sería igual a su imagen en el espejo. Van’t Hoff obtuvo el Premio Nobel de Química en 1901, el primero que se otorgó, por este y otros trabajos.

Este carbono asimétrico explicaba el comportamiento de las sustancias cuyas moléculas, como las de los ácidos tartárico y racémico, tenían la misma forma, pero distintas propiedades. Además contribuyó al afianzamiento de la teoría atómica y confirmó la intuición de Alicia, expresada pocos años antes: Alicia a través del espejo fue publicada en 1871.

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