Thomas Andrews y la magia de los gases líquidos

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Elementos químicos, temperatura, presión… son los juguetes de los químicos. Cuando juntamos en la misma habitación (normalmente un laboratorio) a sustancias químicas con químicos que tienen la posibilidad de jugar con temperaturas y presiones, ocurren cosas muy interesantes. Tanto, que algunas de ellas tienen aplicaciones en nuestro día a día que ni podíamos imaginar. En este caso, los juguetes eran los llamados “gases permanentes”: oxígeno, nitrógeno e hidrógeno. Había más de estos gases permanentes, pero estos son los más representativos. Y el que jugaba era el físico-químico irlandés Thomas Andrews (1813-1885), no confundir con el ingeniero naval de mismo nombre, diseñador del Titanic.

Si no entramos en cuestiones como el plasma (gas caliente ionizado), podemos decir que las sustancias se pueden presentar en tres estados distintos: sólido, líquido y gas. Si tomamos el ejemplo del agua, sabemos que a presión de una atmósfera, el agua hierve a 100ºC y se congela a 0ºC. Pero sabemos que modificar la presión afecta a estos valores. Si, por ejemplo, disminuimos la presión, el agua hierve a temperaturas menores a 100ºC. Si la disminuimos mucho, lo hace a temperaturas mucho menores. Esto es lo que hace que a los alpinistas les cueste hervir un huevo cuando se encuentran en las cimas de las montañas: la presión disminuye tanto que el agua hierve sin conseguir tener la temperatura suficiente para hervir un huevo. ¿Qué ocurre si aumentamos la presión? ¿Podríamos conseguir que las sustancias gaseosas pasaran a su estado líquido?

Nacido en la ciudad irlandesa de Belfast el 19 de diciembre de 1813, Andrews estudió medicina y se graduó en la universidad de Edimburgo en 1835. Lejos de seguir los pasos de su padre, comerciante de tejidos, ejerció como médico en Belfast mientras enseñaba química en la Academia Real. En el año 1845 fue vicepresidente del Northen College de la capital de Irlanda del Norte, contribuyendo a su reorganización. Posteriormente fue profesor de química y vicepresidente del Queen’s College de Belfast, donde dio clases hasta su jubilación en 1879.

Su aportación más importante está relacionada con la licuefacción de los gases, algo de lo que nos beneficiamos hoy en día con el oxígeno líquido en los hospitales, o las bombonas de butano, o el combustible para cohetes en la carrera espacial. Fue Michael Faraday (1791-1867), físico británico, el que comenzó los estudios al respecto, comprobando que algunos gases se podían licuar sometiéndolos a presión, pero había otros, como el oxígeno, el nitrógeno y el hidrógeno, que no cambiaban de estado por mucha presión que se ejerciera sobre ellos. A estos se les conocía como “gases permanentes”.

Andrews retomó las investigaciones de Faraday y experimentó con el gas del dióxido de carbono, CO2. Utilizó este gas porque sometiéndolo a presión podía licuarse a temperatura ambiente. Andrews se dio cuenta de que una muestra de CO2 líquido sometida a presión iba poco a poco elevando su temperatura, lo que le forzaba a aumentar considerablemente la presión para mantener el gas en estado líquido. Cuando la temperatura llegaba a 31ºC, todo el líquido se transformaba en gas, no dejando ya ese estado aunque se aumentara la presión considerablemente. Esto hizo a Andrews comprender que para cada gas había una temperatura por encima de la cual sólamente la presión era insuficiente para licuarlo. A esta temperatura la denominó punto crítico.

Dos años antes de los experimentos de Andrews, el químico ruso Mendeléyev había conseguido los mismos resultados mientras era estudiante, pero sus trabajos pasaron inadvertidos. El nombre de Mendeléyev estaba destinado a honores de otro tipo. La cuestión era que el punto crítico era clave en la licuefacción de los gases: dado un gas, primero había que bajar su temperatura por debajo del punto crítico para, posteriormente, aplicar presión hasta que el gas licuara. En medio siglo, aplicando las ideas de Andrews, se habían conseguido licuar todos los gases y ya no había gases permanentes. Cuando los gases se encuentran por encima de su temperatura crítica, Andrews observó que seguían la ley de Boyle (1627-1691) que nos dice que la presión de un gas encerrado en un recipiente es inversamente proporcional al volumen del recipiente cuando la temperatura se mantiene constante. En otras palabras, cuando aumenta la presión, el volumen disminuye, mientras que si disminuimos la presión, el volumen aumenta.

Con gases licuados podemos analizar las propiedades fundamentales de las moléculas, podemos almacenar gases (ejemplo, el Gas Licuado del Petróleo), los usamos en la refrigeración de los aires acondicionados. En los hospitales usamos el oxígeno líquido, que se convierte en gas para el uso de pacientes con dificultades respiratorias. El nitrógeno se utiliza en dermatología y para congelar muestras. El cloro se transporta en forma licuada antes de disolverlo en el agua para purificarla y para el saneamiento de desechos industriales y piscinas; también para blanquear la pasta de papel y sustancias de la industria textil. El aire como tal también se licúa para poder obtener nitrógeno, oxígeno y argón mediante destilación.

Vemos, pues que hoy en día los gases licuados son imprescindibles: oxígeno, nitrógeno, helio y tantos otros… No dispondríamos de ellos sin el químico irlandés Thomas Andrews. Sirva esta breve semblanza como homenaje.

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