Turing y el secreto de la playa bretona
Durante su niñez, recibió como regalo un libro que le abrió los ojos a las ciencias, titulado Natural Wonders Every Child Should Know, de E.T. Brewster. Aunque la química se trataba de manera superficial y básicamente en términos de venenos, Turing se interesó por los pasajes que describían el papel del dióxido de carbono en la sangre y en los pulmones, indagando en algunos aspectos de la química orgánica. Su interés por la química se intensificó cuando, en la Navidad de 1924, le regalaron un set de química. Con los materiales y reactivos que tenía a su disposición, Turing recogió grandes cantidades de algas marinas en las playas para extraer una minúscula cantidad de yodo.
El yodo había sido descubierto algo más de un siglo antes, precisamente en las algas marinas. Probablemente, Turing repitió el experimento de su descubridor, Bernard Courtois. Courtois trataba cenizas de algas marinas para obtener sodio y potasio para fabricar salitre, el cual sería usado para fabricar la pólvora para las guerras napoleónicas. Un día, al tratar el residuo líquido del proceso, probablemente para eliminar los compuestos de azufre que contenía, debió añadir por error una cantidad excesiva de ácido sulfúrico. Tras ello, observó que se generaba un vapor de color violeta que salía de la disolución, y que se depositaba sobre superficies más frías en forma de pequeños cristalitos grisáceos con aspecto metálico. Repitió la reacción, esta vez usando una retorta para recoger el producto, y pudo observar mejor esos cristales, que se condensaron sobre el vidrio. Esos cristales resultaron ser de un elemento entonces desconocido: el yodo
Retorta Cabe suponer que el pequeño
Turing pudo, con su flamante set de química, reproducir el procedimiento de
Courtois. Y es que, a diferencia de los sets actuales, cabe suponer que éste sí
que dispondría de ácido sulfúrico para este fin.
Para hacernos una idea del
trabajo que pudo hacer el pequeño Turing de 12 años, vamos a hacer algunos
sencillos cálculos y suposiciones. En primer lugar, en las fuentes consultadas,
parece ser que en las fechas en que obtuvo el yodo, se encontraba con sus
padres en Dinard, en la costa bretona. En segundo lugar, el contenido en yodo
de las algas marinas depende muy fuertemente de la especie en particular que se
esté utilizando. Así podemos encontrar algunas algas que apenas contienen 13 mg de yodo por cada gramo de alga fresca [1], como ocurre con la Porphyra umbilicalis (o laver), mientras
que otras pueden llegar a tener los 700 mg/g
presentes en la Laminaria digitata (kelp).
Pensemos ahora qué algas podría tener Turing a su disposición en las playas de Dinard. En la costa de la Bretaña francesa hay una gran cantidad de algas marinas. De hecho, en muchos puntos hay una importante industria en la actualidad basada en su recolección y aprovechamiento. Ese es el caso, por ejemplo, de Roscoff, a unos 140 km de Dinard, en la misma costa. En 2013 tomé estas imágenes en esa zona, donde se observa la gran abundancia de algas de la zona.
Algunas de las algas que pueden
reconocerse en las fotos[2]
son la Himanthalia elongata
(espagueti de mar) o la Palmaria palmata
(dulse), que contienen en torno a los 100 mg
de yodo por gramo de alga fresca, y la Ulva
lactuca (lechuga de mar), que tan sólo contiene unos 16 mg/g.
Pensemos ahora en la cantidad de
yodo obtenido. Las fuentes sólo indican que fue una pequeña cantidad, sin más
datos. Así que, si suponemos que el joven Turing obtuvo una cantidad de yodo
fácilmente visible, aunque pequeña, que pudiera ser el equivalente en tamaño a
una gota de agua (es decir, unos 50 mL),
eso equivaldría a unos 250 mg del elemento. Para ello, debió procesar al menos
2 kg de algas de las variedades H.
elongata o P. palmata, o bien más de 12 kg de la U. lactuca. Un trabajo agotador para un crío de 12 años, si es que
realmente obtuvo eso alrededor de 250 mg de yodo (cosa fácil de comprobar, por
otra parte, con ayuda de una vela, como puede verse aquí).
No es de extrañar, por tanto, que
cuando 2 años más tarde comenzara en la escuela Sherborne sus clases de
química, al profesor le llamara la atención las muestras que Alan le mostró, y
sobre lo que escribió a sus padres (en este documento, página 3).
Este episodio de su niñez no
supuso su último contacto con la química. Unos años más tarde, ya en Sherborne,
Christopher Morcom le habló de un curioso experimento que tenía interesado a su
hermano mayor, Rupert. Y casualmente resultó que tenía que ver con el “elemento
favorito” de Turing, el yodo. ¿En qué consistía ese experimento y por qué les
resultaba tan interesante?
La reacción que les interesó se comportaba de la forma tan llamativa que se ve en este vídeo, el cual recomiendo que veáis antes de seguir leyendo.
¿Qué es lo que ocurre en esa reacción? Se han hecho reaccionar disoluciones de yodato de potasio y sulfito de sodio. Yodato y sulfito reaccionan entre sí y tras unos segundos en los que aparentemente no ocurre nada (mejor dicho, no se observan cambios aparentes), de forma repentina la disolución se vuelve azul oscura. Simplificando mucho, eso se debe a la aparición de yodo, que produce ese color azul al formar un complejo con el almidón que también se ha añadido a la reacción.
A Turing le interesó especialmente
la razón por la cual se producía ese retardo del cambio de color, el cual era
diferente al variar las concentraciones de reactivos. Quería encontrar la
relación entre el tiempo que tardaba el cambio de color y las concentraciones,
ya que aunque Rupert tenía una teoría, los resultados de los experimentos que
realizaron para comprobarla no la apoyaban, y por tanto, debían pensar en una
nueva explicación al comportamiento de la reacción. Durante las vacaciones de
verano de 1929, Turing planeó realizar ese trabajo junto con Christopher, pero
finalmente no pudieron reunirse. Luego, el tema quedó aparcado, ya que se
embarcaron en otros proyectos científicos, y Alan no lo volvió a retomar hasta
después de la muerte de Christopher en febrero de 1930. La razón fue el deseo
de Turing de participar con este estudio en el primer premio de ciencia Morcom,
que la familia de Christopher creó ese año en su honor. Efectivamente, el
trabajo que presentó sobre la reacción de yodatos y sulfitos le permitió
obtener el premio en su primera edición.
Lamentablemente, ha sido
imposible encontrar el texto del trabajo, si es que se conserva. La explicación
que buscaban Turing y Morcom estaba fuera del alcance de estudiantes a su
nivel, pero ya se conocía. De hecho, la reacción que estudiaron se conocía
desde 1886, descubierta por el químico suizo Hans Heinrich Landolt. Actualmente
la conocemos como la reacción del reloj de yodo, de hecho es una de las
posibles variantes del reloj.
La razón por la que se produce
ese lapso de tiempo entre la mezcla de los reactivos y el cambio de color es
que realmente no es una reacción lo que ocurre. Es la combinación de varias
reacciones de la forma que se explica a continuación:
3.- El yodo reacciona con el sulfito, de manera que vuelve a reducirse a yoduro y el sulfito se sigue oxidando a sulfato.
Entonces, ¿cuándo se vuelve azul
la disolución? Pues esto ocurre cuando se agota el sulfito. En ese momento, el
yodo que se forma en el paso 2 no desaparece en el 3 al no haber sulfito
disponible, y por tanto, aumenta su concentración rápidamente y genera ese
color azul característico.
Por si no ha quedado claro, para finalizar os
dejo este short de Breaking Vlad, donde lo explica rápida y estupendamente.
Sólo una aclaración, no lo mencioné antes para simplificar, pero como la reacción se hace en medio ácido (se añade ácido
sulfúrico), el ion sulfito en realidad estaría como hidrogenosulfito (o
bisulfito, HSO3-), que es la forma en que se encontraría
a pH bajo, y es por ello que Vlad lo comenta así.
[1] A partir de ahora se indicará simplemente como mg/g, es decir, los microgramos de yodo que contiene un gramo de alga fresca
[2] Con la
inestimable ayuda de mi botánico de cabecera, Eduardo Bazo (en twitter
@Loeflingia)
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