Pureza y orgullo: la disputa por las últimas tierras raras

Entre recristalizaciones infinitas y espectros confusos, las tierras raras hicieron estallar una rivalidad que enfrentó a un barón austríaco y a un químico francés como si la tabla periódica fuese un campo de batalla.

Una mañana de otoño de 1787, Johan Gadolin recibió en su laboratorio una pequeña caja de madera. Dentro reposaba un mineral negro, de brillo metálico, envuelto con cuidado en papel de estraza. Lo enviaba el geólogo aficionado Carl Arrhenius, que en una nota explicaba que lo había encontrado en la mina de feldespato de Ytterby, cerca de Estocolmo. Arrhenius pensaba que, como era tan pesado, podía contener wolframio, el valioso metal que los hermanos Elhuyar habían aislado cuatro años antes.

Gadolin comenzó de inmediato a separar los constituyentes de la roca. Tras molerla, la añadió a un vaso con ácido nítrico, donde todos los componentes del mineral, salvo la arena, se disolvieron como un azucarillo. Luego filtró la arena y comenzó a neutralizar el ácido nítrico haciéndolo reaccionar con amoníaco, gota a gota. Al ir desapareciendo el medio ácido, los componentes iban precipitando de forma sucesiva, según su estabilidad en las nuevas condiciones. El hierro fue el primer compuesto en salir de la disolución, luego el aluminio y, cuando se esperaba el wolframio… no precipitó nada. Solo al final apareció el último integrante del mineral: un polvo grisáceo cuyas propiedades no coincidían con las de ningún otro compuesto químico. Esta nueva tierra —que era como se denominaban a las sustancias insolubles en agua y resistentes al calor desde los tiempos de los cuatro elementos— fue llamada itria por el pueblo del que procedía el mineral, y era el óxido de un nuevo elemento: el itrio.

En el siglo siguiente, los avances en los métodos de separación revelaron que la itria contenía más elementos desconocidos, tan parecidos entre sí que resultaban casi imposibles de distinguir y aislar. Estos elementos heredaron de sus óxidos el nombre de tierras raras, donde el adjetivo aludía a que sus propiedades químicas no se parecían a las de ningún otro elemento conocido. Nadie sabía cuántas tierras raras podía haber. Al no encajar en ninguna columna de la tabla periódica —que apila elementos con características similares—, se colocaron en una fila aparte. Con los elementos ordenados por masas atómicas en lugar de por su número de protones, no había límite teórico para cuántas tierras raras podían añadirse a la hilera. Bastaba con aislar una sustancia de un mineral rico en tierras raras y determinar una masa atómica distinta para que, voilà, ¡fuera un nuevo elemento!

Uno diría que el desarrollo de la espectroscopía por Robert Bunsen y Gustav Kirchhoff en 1855 habría simplificado la determinación de nuevos elementos. Su técnica era sencilla: al acercar una muestra a una llama, esta emitía una luz de colores específicos, ya que cada elemento produce un color único y característico. Esa luz se analizaba fácilmente al descomponerla con un prisma, obteniendo un patrón de líneas de colores —el espectro—. Sin embargo, a pesar de la precisión del método, no era raro que los químicos, en su afán de fama y financiación, afirmasen que el patrón confuso de una muestra mal aislada correspondía a un nuevo elemento.

Así llegaron a reportarse más de ¡setenta! tierras raras. Su confirmación, rectificación o descubrimiento simultáneo dio pie a confusiones, rivalidades y desencuentros que, en muchas ocasiones, parecían más culebrones que verdaderos debates científicos. De entre todas estas controversias, quizá la más trascendental fue la que enfrentó, en vísperas de la Primera Guerra Mundial, a Carl Auer y a Georges Urbain por el descubrimiento de la última tierra rara que quedaba por identificar en la naturaleza.

Contendiente n.º 1: Carl Auer, barón de Welsbach

Cuando el austriaco Carl Auer llegó como aprendiz al laboratorio de Bunsen, ya tenía aspecto de noble centroeuropeo. Algo así como el conde von Droste-Schattenburg de la película Uno, dos, tres de Billy Wilder, pero con veintipocos años. Entonces todavía no era barón, pero su familia de altos funcionarios imperiales le había proporcionado recursos abundantes para estudiar en Heidelberg con el inventor de la espectroscopía.

Allí, Auer desarrolló el laborioso método de separación de tierras raras basado en la cristalización que le permitiría descubrir el praseodimio en 1885. Consistía en disolver compuestos de estos elementos y dejar que el líquido se evaporara lentamente, de modo que en el fondo del recipiente se formasen sus cristales. Estos podían filtrarse de la disolución restante, donde quedaba la mayoría de las impurezas, y luego se repetía el proceso. La técnica aprovechaba que los cristales —estructuras de átomos organizados en patrones repetitivos— tienden a rechazar impurezas durante su crecimiento: cuando un átomo de tamaño inadecuado se incorpora al cristal, desestabiliza la estructura al descolocar a los que vienen detrás, por lo que suele acabar desprendiéndose espontáneamente para dejar su lugar a átomos que encajan mejor. Sin embargo, si los átomos son muy similares —como en el caso de las tierras raras—, las impurezas pueden pasar desapercibidas, sobre todo si la cristalización ocurre demasiado rápido.

Tras sus éxitos en Alemania, Auer regresó a Viena y, con la financiación de su familia, fundó la primera empresa que encontró usos comerciales para las tierras raras. Había aprendido de Bunsen que, al acercar el óxido de una tierra rara a una llama, este brillaba con una intensidad cegadora. Así que desarrolló una malla metálica impregnada con óxidos de itrio que se colocaba en las lámparas de gas, transformando una débil llama en una fuente de luz capaz de iluminar toda una habitación. Además, para aprovechar las tierras raras que sobraban al aislar el itrio, creó una aleación con hierro que desprendía chispas al ser raspada. Acababa de nacer la piedra del mechero (y la bujía para los primeros motores de combustión).

Estos inventos hicieron a Auer inmensamente rico, tanto que se construyó un palacio en Carintia, en el sur de Austria. En su sótano preparó un laboratorio que contaba con un espectroscopio que le regaló su tía, una biblioteca con libros que habían pertenecido a Bunsen y una colección inigualable de minerales de tierras raras. Sobre la puerta de la mansión mandó pintar el lema que eligió cuando fue nombrado barón por el emperador Francisco José: plus lucis («más luz»).

Contendiente n.º 2: Georges Urbain

En la foto del congreso Solvay de 1922, entre todos los estirados pesos pesados de la química, con sus corbatas, levitas, cuellos almidonados y afeitados impecables, destaca un científico con una densa barba, melena contenida y un estiloso abrigo Chesterfield abrochado hasta el cuello. Era Georges Urbain, director del Instituto de Química de París.

Georges Urbain era hijo de un cartero parisino y, aunque su familia era modesta, hizo todo lo posible para que recibiera una buena educación. Urbain era un estudiante brillante que no desaprovechó sus oportunidades. Estudió química en la École de la Ville de Paris y más tarde hizo su doctorado en la Sorbona, en 1899. En su tesis perfeccionó el método de recristalización de Auer para aislar tierras raras. Su talento y dedicación llamaron la atención de Pierre Curie, que lo convenció para que siguiera trabajando en la universidad. En esta nueva etapa, se dedicó a determinar si las tierras raras descubiertas en las últimas décadas eran realmente sustancias nuevas y demostró que veinte supuestas tierras raras eran en realidad variaciones de solo cuatro elementos ya conocidos.

Urbain, además, era un gran artista fascinado por todas las formas de expresión que florecían en el París de entresiglos. Compuso música para piano y órgano, pintó paisajes impresionistas y, sobre todo, destacó como escultor. Para Urbain, el arte era tan importante como sus investigaciones.

La carrera por la purificación del iterbio

En 1899, los investigadores austriacos Franz Exner y Eduard Haschek publicaron el espectro más preciso del iterbio realizado hasta entonces. Sus resultados sugerían que esta tierra rara, descubierta veinte años antes, no era una sustancia pura. Ese hallazgo desató una carrera mundial por aislar los elementos desconocidos que contenía.

Auer tomó la delantera gracias a sus recursos. Apartando 500 kg de mineral de su fábrica, pudo obtener una cantidad considerable de iterbio para investigar. Así, en 1905 anunció en una comunicación preliminar haber encontrado un nuevo elemento, explicando el procedimiento que había seguido. Sin embargo, no aportó las masas atómicas ni los espectros que respaldasen su afirmación, ya que en ese momento tenía otras prioridades. El descubrimiento del radio por la gran Marie Skłodowska Curie había desatado una fiebre en toda Europa y Auer, atraído por los enormes beneficios económicos que prometía, estaba concentrado en mejorar los procesos de su fábrica para aislarlo.

Al mismo tiempo, en París, Urbain obtuvo una pequeña cantidad de iterbio de la xenotima, un mineral rico en tierras raras. Tras recristalizarlo ochocientas veces durante dos años, consiguió aislar un nuevo elemento, al que bautizó lutecio en honor a su ciudad natal, Lutetia Parisiorum. También propuso llamar al iterbio purificado neoiterbio. El 4 de noviembre de 1907 reclamó el descubrimiento en la Academia de Ciencias de París, presentando además la masa atómica aproximada del lutecio y una tabla con sus líneas espectrales.

Cuando la noticia llegó al palacio de Carintia, Auer sintió como si lo hubiera atravesado un rayo. Corrió a poner en orden sus anotaciones, repitió algunos experimentos y, el 19 de diciembre —cuarenta y cuatro días después de la presentación de Urbain—, compareció ante la Academia de Viena para anunciar también la separación del iterbio. Al nuevo elemento lo llamó casiopeo y al iterbio purificado, aldebaranio, en referencia a las constelaciones del cielo.

Una disputa internacional

Cuenta Stefan Zweig en sus memorias un suceso ocurrido en la misma época que esta historia. Había ido al cine en una pequeña ciudad francesa y, durante las noticias que abrían la sesión, apareció en pantalla el emperador Guillermo de Alemania. Al verlo, el público estalló en abucheos y gritos de odio. Lo que más impresionó a Zweig no fue la reacción en sí, sino la intensidad emocional colectiva, casi irracional, fruto de los años y años de propaganda que aquella gente había consumido. Europa estaba madura para la guerra. Y en esa Europa dividida, un austriaco y un francés estaban a punto de enfrentarse por el derecho a plantar su bandera en la tabla periódica.

Poco después de que se publicara el informe de cuarenta y siete páginas que Auer había presentado en Viena —y en el que demostraba que sus compuestos eran mucho más puros—, Urbain respondió con una carta al editor de una revista científica alemana. En ella afirmaba que aquel informe, al que describía como una nota breve, no cambiaba el hecho de que él había sido el primero en aportar pruebas experimentales concluyentes y, por tanto, era el verdadero descubridor.

Por algún motivo, Auer no respondió. Es posible que confiase en que el organismo encargado de determinar la autoría, la Comisión Internacional de Pesos Atómicos, valoraría sus artículos pioneros y la calidad de sus resultados, aunque hubiesen sido presentados unos días más tarde. Sin embargo, no contó con que la Academia de Ciencias de Francia, ansiosa por una victoria simbólica, colocaría al propio Urbain dentro de la comisión. Naturalmente, la comisión falló a favor del químico francés, reconociendo su prioridad y adoptando lutecio como nombre oficial del elemento. Quizá para disimular un poco, mantuvieron el nombre de iterbio para el elemento principal, en lugar del neoiterbio que Urbain había propuesto.

Los testigos aseguraron que no existían palabras para describir la furia de Auer cuando recibió la carta con la decisión del comité. Se encerró en su despacho con un portazo que hizo temblar todo el palacio y no salió hasta haber redactado un artículo en el que rebatía los argumentos de la comisión. El 14 de octubre de 1909 lo leyó ante la Academia de Viena, frente a un auditorio abarrotado de científicos que gritaban y pataleaban como forofos de fútbol. En el momento en el que Auer insinuó que Urbain lo había plagiado, el edificio estuvo a punto de venirse abajo entre vítores y aplausos. Entonces, el presidente de la Academia, ante un público enardecido, declaró que bajo ningún concepto el nombre lutecio aparecería en las tablas periódicas del Imperio austrohúngaro ni del alemán, y presentó una tabla periódica gigante con el símbolo del casiopeo: Cp.

Urbain respondió a la acusación de plagio diciendo que tal insinuación no era propia de un noble.

Epílogo

Auer y Urbain continuaron su rivalidad tratando de descubrir nuevos elementos, pero entonces llegó la Gran Guerra y tuvieron que ponerse al servicio de las necesidades bélicas de sus respectivas patrias. Urbain se dedicó al desarrollo de métodos para la detección de gases tóxicos y la protección química de las tropas. Auer, por su parte, puso su poderío industrial al servicio de las potencias centrales.

Tras la guerra, Urbain prefirió centrarse en su arte, en la docencia y en representar a Francia en diversos comités internacionales. Auer continuó investigando como antes. La teoría atómica de Bohr —la de los orbitales que se aprende en el colegio— demostró que las propiedades de los elementos dependen del número de protones que tenga su núcleo y que la tabla periódica debía ordenarse siguiendo este criterio. Eso significaba que solo quedaba espacio en la tabla para una tierra rara más. Auer buscó ese elemento desconocido hasta el mismo día de su muerte, en 1929. El pobre hombre ignoraba que su trabajo era en vano: el elemento que buscaba es radiactivo y no existe en la naturaleza (esta tierra rara, el prometio, fue sintetizada artificialmente durante el Proyecto Manhattan en 1945).

Auer tampoco llegó a saber que un análisis moderno de los resultados de Urbain en 1907 reveló que apenas había lutecio en el compuesto que aisló el francés. Ese hallazgo dio lugar a una campaña internacional para designar a Auer como el verdadero descubridor del elemento. Y aunque el nombre lutecio fue ratificado por el comité en 1930 —ya sin Urbain en él—, Auer fue finalmente reconocido como codescubridor.

Urbain falleció en 1938 mientras preparaba sus clases. Afortunadamente, se despidió con el afecto de sus compañeros, que unos meses antes le habían organizado un banquete-homenaje en el que una orquesta interpretó sus composiciones. Se estima que, a lo largo de su vida, realizó más de 200 000 recristalizaciones, cifra que habla tanto de su dedicación como de la paciencia infinita que exige la química de las tierras raras.

El lutecio ha empañado el talento, el esfuerzo y los logros de Georges Urbain y Carl Auer. Ambos fueron nominados múltiples veces al premio Nobel, pero su disputa incomodaba al jurado, que nunca los galardonó. La ciencia florece con más fuerza con la colaboración. Y quién sabe cómo habría cambiado este relato si estas dos mentes brillantes hubieran trabajado juntas en busca de la verdad y el progreso.