¡Conoce a Elizabeth Fulhame! La enigmática figura que hizo historia en la Química
¿Quién fue Elizabeth Fulhame? Es muy probable que nunca hayas oído hablar de ella. De hecho, es muy poco lo que conocemos de su existencia, ya que no se conoce qué aspecto tenía (no hay retratos), no se conoce cuándo nació ni cuando murió, ni su procedencia. Tampoco sabemos cuál era su nombre de nacimiento, puesto que la conocemos por el apellido de su marido, Fulhame. Entonces, ¿cómo es qué sabemos de su existencia? Pues por su única obra, el libro titulado "An Essay on Combustion, with a view to a New Art of Dying and Painting, wherein the Phlogistic and Antiphlogistic Hypothesis are proved Erroneous", publicado en 1794 [1].
En este ensayo de menos de 200 páginas se encuentran contenidas varias ideas novedosas para su época, incluso entrando en oposición con lo establecido por las grandes figuras de la química de finales del siglo XVIII, como Joseph Priestley o Antoine Lavoisier.
Pero veamos en primer lugar qué motivó su trabajo. Tal como ella nos describe en el prefacio de la obra, en 1780 se le ocurrió la posibilidad de teñir tejidos de seda con oro, plata y otros metales, mediante métodos químicos. Tanto su marido como algunos amigos le dijeron que era muy improbable que consiguiera su objetivo, pero ella finalmente pudo comenzar a experimentar para tratar de conseguirlo. Probablemente la idea se le ocurrió tras ver un tejido perteneciente al rey de España (por las fechas probablemente Carlos III), de color púrpura con hilos de oro entremezclados, y que le llamó mucho la atención. Tanto, que finalmente consiguió reproducir el efecto en uno de sus experimentos.
El libro contiene más de 120 experimentos, una fracción de los que realizó durante los 14 años que transcurrieron desde que concibió la idea hasta que finalmente publicó su obra. Además, de una forma muy sistemática, los clasificó no en función del orden en que los realizó, sino atendiendo a criterios científicos, en función del agente reductor utilizado. Asimismo, no sólo publicó los experimentos exitosos, sino también aquellos que, aunque no lo fueron, aún así podían aportar información útil.
De hecho, lo que comenzó como un divertimento para obtener tejidos de oro y plata, terminó llevándola a cuestionar a Priestley o Lavoisier. Ella era consciente de ello, así como de la solidez de sus conclusiones, por lo que en el prefacio de su libro lo adelanta. Y fiel al método científico y al modo de actuar en cuestiones de ciencia, ofrece la renuncia a sus teorías en cuanto se demostrara no estar en lo cierto:
En la época en que vivió Elizabeth Fulhame se consideraba "aceptable" que las mujeres pudieran dedicarse a la química como un pasatiempo, pero dentro de sus hogares, y por supuesto, sin tener más trascendencia de la que tendría un simple juego. Al considerar que su trabajo había traspasado ese límite impuesto, adelantó las posibles reticencias. Y nos dejó una frase que podríamos repetir múltiples veces a lo largo de la Historia: "Y si el espectro aparece en forma de mujer, los dolores que sufren son verdaderamente terribles"
A pesar de sus miedos iniciales, y aunque efectivamente contó con la oposición de algunas personas, sin embargo su trabajo se recibió de forma bastante positiva por algunos de sus contemporáneos. De hecho, entre 1798 y 1810, las principales repercusiones positivas fueron:
- En 1798 el libro fue traducido al alemán [2]
- En el mismo año, fue publicada en la revista Annales de Chimie una reseña del libro de Fulhame [3]
- También en 1798 fue elegida miembro de la Philadelphia Chemical Society. Fue la primera mujer en recibir ese honor.
- En 1810 se publica la edición estadounidense del libro [4]
A partir de 1810 desaparece totalmente de la historia, y pasarán casi 100 años hasta la siguiente referencia a su trabajo o a su persona, en forma de un artículo en el Journal of Physical Chemistry donde se comentan las contribuciones de Elizabeth Fulhame al problema del agua [5]. Y después de eso, nada hasta hace relativamente poco tiempo, que se empezó a rescatar del olvido la contribución de mujeres como ella [6].
Pero, ¿cuáles fueron esas contribuciones al estado de la química a finales del siglo XVIII? Podríamos dividirlas en cuatro bloques, que pasaré a detallar a continuación.
1.- Reducción de metales a temperatura ambiente
El teñido de tejidos con metales implicaba realizar la reducción de sales para obtener dichos metales en estado elemental. Hasta ese momento, la reducción de metales se relacionaba con procesos metalúrgicos a altas temperaturas, varios cientos de grados Celsius habitualmente. Sin embargo, Fulhame realizaba los procesos de reducción a temperatura ambiente. Para ello usaba distintos agentes reductores (hidrógeno, fósforo, azufre, sulfuros alcalinos, carbón, etc) y tiempo. Mucho tiempo, horas, días o meses. De esa forma, dependiendo de las condiciones, y tal como describe minuciosamente en muchos de sus experimentos, podía conseguir desde tejidos cubiertos del metal y mostrando su brillo, hasta teñidos de diferentes colores, desde los agradables a la vista hasta los tonos de marrón que calificaba como desagradables.
Como repetir los experimentos de Fulhame podría resultar largo y tedioso, a continuación muestro algunos vídeos en los que el proceso se acorta sensiblemente, aunque sacrificando la estética del resultado. Para ello, seleccioné en primer lugar el hidrógeno como reductor. Como fuente de hidrógeno utilicé el borohidruro de potasio, que se descompone produciendo hidrógeno gaseoso que burbujea desde la disolución.
En un primer ensayo, se impregnaron tres tiras de papel de filtro con disoluciones que contenían Cu2+, Ag+ y Au3+. A esas tiras de papel se añadió una gota de la disolución de borohidruro, y eso provocó la rápida reducción de cada uno de los metales. La última figura muestra el aspecto de los mismos unos minutos más tarde:
También se hizo una prueba de reducción con el hidrógeno que se desprendía, colocando un trozo de papel de filtro impregnado en la disolución de Ag+ sobre una placa de Petri en la que se vertió la disolución de borohidruro. Según las burbujas de hidrógeno alcanzaban el papel de filtro, iba apareciendo una pequeña mancha debido a la reducción de la plata.
La reducción con azufre se probó de forma casual. Al poner en contacto la disolución de nitrato de plata con otra de tiosulfato de sodio (Na2S2O3), se observaba la aparición de azufre debido a la descomposición1 del tiosulfato por la acidez de la disolución de nitrato de plata. Inmediatamente, el azufre empezaba a recubrirse de plata reducida, a la vez que se iba oscureciendo el sólido, pasando de amarillo a marrón oscuro en pocos segundos.
2.- Fotorreducción y fundamentos de la fotografía
Durante su trabajo con sales de oro y plata, Elizabeth pudo comprobar que si dejaba las disoluciones expuestas a la luz, al cabo del tiempo, tanto oro como plata se habían reducido. Sin embargo, este fenómeno no ocurría si guardaba las disoluciones en la oscuridad. Así, se le ocurrió también usar la luz como agente reductor.
Como en el caso anterior, repetí algunos experimentos, pero acelerados para poder observar los resultados rápidamente. Así, sustituí la luz solar por una linterna ultravioleta, que provocaba la reducción en pocos segundos. De nuevo, el método fue sumergir tiras de papel de filtro en las disoluciones de Ag+ y Au3+ y a continuación aplicar la luz ultravioleta. En la siguiente figura se observa el color violeta que aparece en el caso del Au3+:
Pero la aplicación más conocida de este tipo de procesos implica no sólo la reducción de las sales de plata, sino también su fijación y estabilización, de manera que puedan crearse patrones permanentes. Estamos hablando del proceso fotográfico, porque también encontramos en el trabajo de Elizabeth Fulhame un avance de lo que años más tarde sería el inicio de la fotografía como arte. Para comprender la base de estos procesos, y de una forma muy rudimentaria, impregné un trozo de papel de filtro en la disolución de nitrato de plata, y colocando un objeto opaco sobre el papel, iluminé el papel hasta reducir la plata. Ese papel lo lavé en una disolución de sulfito de sodio (Na2SO3) para eliminar los restos de plata sin reducir, lavando después los productos precipitados con agua destilada. Como se ve en el vídeo, la nueva irradiación no producía cambios en el patrón marcado.
3.- Catálisis
Durante sus múltiples experimentos, Fulhame pudo observar que había una especie química que era absolutamente necesaria para que la reducción de los metales se produjera. Esta especie era el agua. Cuando los tejidos de seda impregnados en las disoluciones de sales metálicas se dejaban secar, entonces no observaba ninguna reacción, fuera cual fuera el agente reductor. De hecho, si el disolvente que usaba no era agua sino algún otro de los que probó, como etanol o éter, aun estando el tejido húmedo de ese disolvente, la reacción tampoco se producía. Sólo cuando en el medio había agua la reacción progresaba. Pero además, constató que a pesar de ser necesaria la participación del agua para que se redujera el metal, sin embargo ésta no se consumía. Es decir, el agua era un agente necesario en la reacción, que participaba en la misma, facilitándola, pero que no se consumía en ella, volviendo por tanto a regenerarse tras la reacción.
Esto que acabo de describir actualmente tiene un nombre: catálisis. Sin embargo, el término catálisis no se definió hasta casi 40 años más tarde. En 1835 J.J. Berzelius define el poder catalítico como la capacidad de las substancias de "despertar afinidades que están dormidas a una temperatura particular, por su mera presencia y no por su propia afinidad". En definitiva, una substancia que modifica la velocidad con la que se produce una reacción, participando en ella, pero sin consumirse o formarse de forma neta. Justo lo que Fulhame describió que ocurría con el agua. Y por supuesto, no se encuentra ninguna referencia sobre ella, ya que en 1835, como comenté antes, su trabajo estaba totalmente olvidado.
A modo de ejemplo se muestra a continuación un vídeo en cámara lenta (se representan 5 segundos reales) donde el cobre de una moneda actúa como catalizador para la descomposición de la acetona:
4.- Combustión y "teoría del flogisto"
A finales del siglo XVIII aún se discutía la naturaleza de los procesos de combustión y cambios relacionados. Desde hacía tiempo muchos investigadores eran partidarios de la llamada "teoría del flogisto". En ella suponían que cuando un cuerpo arde, se quema, o se oxida, lo que ocurría es que perdía una substancia que denominaban flogisto. Tan arraigada estaba la idea en la mente de los químicos de la época, que tras el descubrimiento del oxígeno en 1774, Joseph Priestley lo denominó "aire deflogistizado". Sin embargo, en esas mismas fechas, Lavoisier trataba de desmontar la teoría del flogisto, llegando a la conclusión de que la combustión no implicaba la pérdida de flogisto, sino la ganancia de oxígeno. En esta discusión entre defensores y detractores de la teoría del flogisto, Elizabeth Fulhame también aportó claridad. Pero no se posicionó ni con unos ni con los otros, sino que comprobó que sus experimentos no eran compatibles totalmente con ninguna de las dos posturas.
Así, y centrada de nuevo en el tema de la reducción de metales, expuso sus razones para no apoyar ninguna de las dos posturas, sino ofrecer una tercera opción. Según la teoría del flogisto, la reducción de metales la explicaban suponiendo que los metales se combinaban con flogisto. Por otra parte, según el trabajo de Lavoisier, la reducción de metales ocurría por transferencia directa de oxígeno atmosférico al agente reductor. Como Fulhame había comprobado, el agua jugaba un papel decisivo en la reducción, por lo que no podía estar de acuerdo con ninguna de las dos hipótesis lanzadas por sus contemporáneos.
Así, en sus conclusiones, no solo reconoce el papel del agua en los procesos de reducción, sino que también concluye que debe haber un "acoplamiento" entre los procesos de oxidación y reducción. Es decir, que no hay reducción de una especie sin que otra se tenga que oxidar. Para ella, era el agua la vía por la cual ese intercambio se producía:
En definitiva, el trabajo de Elizabeth Fulhame nos muestra un estudio realizado a través de un gran número de experimentos minuciosos e ingeniosos, que la llevaron a conclusiones sobre aspectos clave de la química (reducción por agentes químicos, reducción fotoquímica, catálisis, teoría de la combustión...), y que tuvo una moderada acogida en su época, pero que a partir de 1810 cae lamentablemente en el olvido hasta nuestros días.
Finalmente, termino este articulo con las palabras que escribía hace 213 años el editor de la edición del libro de Fulhame de 1810, con las cuales reflexiona sobre dejar de considerar que las ideas científicas de las mujeres merecen menos atención que las de los hombres:
"Aunque pueda resultar irritante para muchos, suponer que una mujer es capaz de oponerse con éxito a las opiniones de algunos de nuestros padres en la ciencia, la reflexión servirá para satisfacer la mente dedicada a la verdad, de que ella ciertamente ha arrojado un obstáculo de gran magnitud en el camino de los sentimientos que hemos sido enseñados a considerar como sagrados."
Notas
1 La descomposición que ocurre en este caso es realmente un proceso de dismutación, es decir, el tiosulfato sufre tanto una reducción para dar azufre como una oxidación para dar sulfato.
Bibliografía
[6] Algunas referencias recientes sobre Elizabeth Fulhame:
- "Women in Chemistry", Rayner-Canham: https://cutt.ly/r3IwHP2
- Elizabeth Fulhame, a forgotten chemistry pioneer: https://physicstoday.scitation.org/do/10.1063/pt.6.4.20200617a/full/
- Elizabeth Fulhame, the 18th century chemistry pioneer who faded from history: https://cutt.ly/J3IrR9q
- Elizabeth Fulhame: Un ‘espectro’ que marcó un hito en la química moderna: https://cutt.ly/N3Ir2WM
Aprovecho esta entrada para participar en CaféHypatia con el tema #PVmujerciencia23
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