El platino en Colombia después de 1820

Bolívar S. (1783-1830), libertador de la República de Colombia, encarga a un pequeño grupo de científicos que continúe con la investigación sobre el potencial económico en el campo minero y agrícola de la recién liberada Colombia (^{McCosh, 1977}). Se destaca en este proyecto a Jean Baptiste Boussingault (1802-1887), un francés entrenado en minería y metalurgia quien formó parte del equipo de Alexander Von Humboldt en 1822. Se nombra a Boussingault profesor de la escuela de Nacional de Minas en Bogotá para ejercer funciones de inspector, ensayador y topógrafo en ese proyecto. En sus informes describe la zona de explotación del platino como una región de malarias, de lluvias continuas, de bosques impenetrables y su única forma de comunicación es la vía fluvial. Relata que estas zonas fueron trabajadas por negros esclavos con precarias raciones alimenticias junto con la hostilidad del terreno. Hacia 1829 la escasez de esclavos reduce la explotación de platino por efecto de los procesos independentistas. Sin embargo, ya era público lo valioso y preciado del mineral, y los gobernantes de la nueva República de Colombia ordenan a Boussingault hacer una estatua del libertador en platino para colocarla en la plaza principal de Bogotá, pero lo difícil de su manipulación impidió realizar esa encomienda. Un interrogante obligado ante esta frustración para algunos es: ¿si ya se conocían las técnicas de manipulación del platino, conocidas ampliamente en la Europa del momento, por qué no se emplearon para hacer la estatua?, en tal efecto, podrían conjeturarse algunas hipótesis: ¿no había llegado esa información al país?, ¿seguían dominando los intereses españoles?, ¿se puede atribuir a un problema de descoordinación y burocratización para el cumplimiento de la disposición?, ¿el ámbito social, cultural, económico y político no era propicio para un desarrollo científico y tecnológico del país en gestación? Estos son interrogantes que convocan a reflexionar sobre los avances en la periferia científica para países en desarrollo.

Las figura 1-figura 4 (figura 2, figura 3) que se presentan a continuación corresponden a la zona de explotación del platino después de 285 años, que corroborando los documentos históricos con la actualidad, no se evidencian muchos cambios, exceptuando alguna maquinaria. Sin embargo, aún se conservan varias de las técnicas artesanales de extracción del mineral.

Figura 1 Proceso artesanal de recolección. 

Figura 2 Zona a campo abierto de explotación. 

Figura 3 Lavado artesanal del platino. 

Figura 4 Dragas aluviales en el río Condoto. 

Las figura 1-figura 4 (figura 2, figura 3) corresponden a imágenes de Condoto-Chocó 2014. Zona de explotación de platino.

El platino y la tabla periódica

En el siglo XIX aparecen las primeras clasificaciones químicas del platino, así como de los elementos conocidos (57 hacia la mitad del siglo). Estas primeras clasificaciones estuvieron asociadas a la producción de textos en un intento por parte de los autores de organizar la información científica dirigida a diferentes tipos de públicos: médicos, farmacéuticos, industriales, comerciantes e iniciadores en la ciencia. Esto incentivó a pensar en la organización de la información científica que facilitara el aprendizaje de la química.

^{Bertomeu, García y Bensaude-Vincent (2002)} analizan en qué medida los libros de texto actuaron como fuerza motriz en la búsqueda de una clasificación de los elementos químicos, considerando que no existía en ese siglo XIX información de la vinculación entre lo cognitivo y lo didáctico a la hora de estructurar un texto.

Este interés llevó a que cada científico organizara los textos a su manera y se propusiera una variedad de clasificaciones que fueron acogidas en esas primeras décadas de siglo. La primera clasificación la propone Lavoisier (1743-1794), finalizando el siglo XVIII, quien toma como criterio una organización que va de lo simple a lo complejo, considerando que las sustancias simples en la naturaleza son los elementos.

Thenard, en 1813, se apoya en las reacciones que sucedían con el agua y con el oxígeno a diferentes temperaturas y propone una clasificación de los elementos en metálicos y no metálicos. Ubica el platino en la sección 6, por su baja reactividad con el oxígeno y con el agua, como se detalla en la tabla 1.

Ampere, en 1816, clasifica los elementos conocidos en 3 familias: gazolytes o gaseosos -elementos que combinados con otros forman gases permanentes y no se descomponen cuando se mezclan con el aire atmosférico-, leucocytes -sustancias que forman sales blancas o incoloras- y los chroicolytes -metales que forman ácidos coloreados, como se detalla en la tabla 2-.

Esta clasificación tiene como criterio la clase de compuestos que los elementos pueden formar. Aquí el platino lo ubica en el grupo de los chrysides.

Despretz, en 1829, introduce un grupo intermedio que incluye el cromo, wolframio, molibdeno y cobalto entre el grupo de los metales y no metales. Distinguió 19 familias que van desde los estanoides a potasoides. Incluyó nuevos criterios como la resistencia a las disoluciones ácidas, la estabilidad de sus sales y su precipitación con ácido hidrosulfúrico. Aquí el platino aparece en la familia 8 de los platinoides junto al rodio, como se evidencia en la tabla 3.

Hoefers, en 1845, propone 8 sistemas de clasificación, basados en las propiedades isomórficas. Distinguió 11 familias de elementos, incluyendo radicales como el amonio y el cyanogen, puesto que se comportaban como cuerpos simples. En esta clasificación ubica el platino en el último grupo el de los auraceos, liderado por el oro (tabla 4).

Dumas consideraba que no todos los metales reaccionaban con el oxígeno, y en 1845 propone una clasificación de los no metales según sus reacciones con el oxígeno y con el hidrógeno. Organiza los metales de acuerdo con su utilidad y el color en metales amarrillos o blancos. Determina el volumen atómico mediante el cálculo de los pesos atómicos por las densidades de vapor de los elementos, como el promedio entre el peso atómico y las densidades de vapor. Así mismo, que algunos grupos de metales con propiedades químicas parecidas presentan el mismo volumen atómico. ^{Bertomeu et al. (2002)} catalogan estas clasificaciones como una actividad que denota la creatividad de los científicos para organizar la información a diferentes públicos.

En estas clasificaciones se puede apreciar que son cualitativas-macroscópicas, puesto que están en función de las características y reacciones que presentan los elementos. Para el platino se muestran clasificaciones diversas por el difícil establecimiento de rasgos comunes con otros elementos y lo difícil de su manipulación; estas primeras clasificaciones lo comienzan a distinguir como un elemento muy particular.

Hacia una Ley periódica

Las discusiones y consensos que se suscitaron en el Congreso de Karlsruhe fueron fundamentales para Mendeleiev en la deducción y organización de los elementos químicos y la formulación de la Ley periódica. A partir de ese evento, Mendeleiev dedicó años en la acumulación de evidencia experimental para desarrollar las ideas sobre la clasificación de los elementos químicos, y estuvo al tanto de la literatura química para recopilar datos pertinentes para una nueva forma de organización. La información obtenida la distribuyó en tarjetas en las que incluyó: propiedades químicas y físicas de los elementos, la naturaleza de sus combinaciones y el isomorfismo de sus compuestos. En 1869, publica en un folleto Sistema experimental de los elementos químicos en función de sus pesos atómicos y analogías químicas. Mendeleiev afrontó las mismas dificultades con el grupo del platino por similitud y mínimas diferencias.

Este ordenamiento le permitió a Mendeleiev deducir un vínculo entre el peso y los elementos químicos, dado que el peso de una sustancia se expresa en última instancia, desde la noción de "átomo ... y tendría que existir una dependencia o una propiedad funcional entre las propiedades individuales de los elementos y los pesos atómicos..." es decir, que las propiedades de los elementos guardan una dependencia periódica relativa a sus pesos atómicos (Mendeleiev, Principles of Chemistry , 1905); (^{Brock, 1998}).

En ese mismo año (1869), Mendeleiev hace otra clasificación: sobre el volumen atómico de los cuerpos simples^a y presenta un prototipo de versión final en el que muestra un octavo grupo, pero supone la presencia de un vacío entre el periodo del rutenio y el osmio, como se evidencia en la figura 5.

Figura 5 Tabla propuesta por Mendeleiev en 1871. 

En 1870 Lothard Meyer hace público un documento en Leibig¿s Annalen sobre la naturaleza de los elementos químicos en función de sus pesos atómicos, y en el que dispone los metales del platino en orden correcto de acuerdo con aceptado actualmente, pero algunos con algunas incertidumbres, como se muestra en la tabla 6.

Determina teóricamente los pesos atómicos de algunos elementos de acuerdo con la variación aritmética proporcional que se presentaba en otros grupos, como lo había hecho anteriormente. Este procedimiento llevó a imprecisiones en la determinación de los pesos atómicos de los elementos del platino que atribuyó a la dificultad para trabajarlos y a la inestabilidad de sus compuestos (^{McDonald y Hunt, 1960}). Afirmación que corrobora históricamente lo dificultoso que resultó su manipulación y la de sus elementos asociados.

En 1871 Mendeleiev ordena los elementos químicos y ubica al platino en el grupo VIII con el oro, la plata y cobre, y reserva espacios para elementos que están por descubrirse. Se dudaba de los pesos atómicos de los elementos del grupo del platino. Karl Seubert y Tübingen, años más tarde, obtuvieron los siguientes valores, expuestos en la tabla 7.

Fue solo hasta el descubrimiento del electrón en 1897 por J.J. Thompson y la propuesta de núcleo atómico de Rutherford en 1911, que condujeran a un nuevo concepto: número atómico , que introduce modificaciones nuevamente al sistema periódico. El reconocimiento de una Ley periódica se hace en 1913, 6 años después de la muerte de Mendeleiev (^{Brock, 1998}), en virtud de los experimentos desarrollados por Moseley H (1887-1915) con rayos X, quien determina que existe una relación constante entre la frecuencia de la longitud de onda más corta de la línea de los rayos X de un elemento con el siguiente (los espectros emitidos por los elementos en orden la frecuencia varían de forma constante). Esa determinación permitió a Moseley proponer un nuevo principio para ordenar el sistema periódico con mayor precisión.

Los rayos X, descubiertos en 1895, se convirtieron en una herramienta eficaz para el estudio de la estructura interna de los materiales y permitieron dar un paso importante en el establecimiento de la relación entre lo macro y lo micro (^{Scerri, 2007}).

Una síntesis de la clasificación del platino

De acuerdo con lo anterior se puede afirmar que las primeras clasificaciones del platino y los demás elementos estuvieron determinadas por factores cualitativo-macroscópicos, tales como su disposición en la naturaleza, color, textura y reacciones producidas con el hidrógeno, con el oxígeno y con el agua. Estos ordenamientos fueron variando con la determinación de los pesos atómicos de los elementos por Dalton, Avogadro y Berzelius, cuyos estudios fuera del plano cualitativo observacional (reacciones, combinaciones y mezclas) incursionan en el mundo microscópico en términos de átomos y moléculas.

Se destaca también la variación histórica de los conceptos químicos. Se mantiene la denominación, pero el significado va transformándose. Tal es el caso de peso atómico, hoy en día asumido como el promedio de las masas relativas de sus isótopos, razonamiento que Dalton, Avogadro, Berzelius, Wollaston o sus contemporáneos no habían concebido, dadas las formas de cómo veían el mundo y los desarrollos de la época.

Una síntesis de las clasificaciones de los elementos y la ubicación del platino se recoge en las siguientes tabla 8 y tabla 9:

El hallazgo de un fenómeno a expensas del platino: catálisis

Un fenómeno que despertó mayor interés por el platino fue su efecto para producir luz sin necesidad de llama. Este fenómeno fue estudiado en función de los problemas presentados en las minas de carbón en Inglaterra, dado el uso de bujías para la iluminación y las explosiones producidas por la presencia de metano en los socavones. Un desastre que provocó la muerte de 100 mineros hizo que se trabajara en la construcción de una lámpara de seguridad. En 1812 se contrata a Humphry Davy (1778-1829) para esa empresa, quien determina que los gases inflamables tienen una temperatura de ignición definida y en particular la del metano, gas presente en la mayoría de esas minas.

Sus investigaciones tomaron tiempo y hacia 1817 describe sus experimentos a la Royal Society, sobre el aumento de los límites de la combustibilidad de mezclas de gas de carbón y aire al aumentar la temperatura, de la siguiente manera:

"[...introduje en una lámpara, una malla metálica con un alambre fino de platino en un cilindro, este cilindro contiene una atmósfera de gas de carbón, cuando la combustión tomó lugar en el cilindro, le añadí más gas de carbón, esperando que el calor adquirido por la mezcla de gas al pasar por la malla metálica evitara que el exceso extinguiera la llama. La llama continuó por dos o tres segundos, luego de que se le añadiera el gas de carbón, pero cuando se extinguió la llama, aquella parte del alambre del platino más caliente permaneció encendida durante varios minutos. Fue inmediatamente obvio que este era el resultado que yo había tratado de obtener por otros métodos y que la combinación del oxígeno y gas de carbón en contacto con el alambre sin llama, produjera suficiente calor para mantener el alambre encendido y mantener su propia combustión. Probé la verdad de esta conclusión, al hacer una mezcla similar calentando un alambre fino de platino e introduciéndolo en la mezcla. Inmediatamente se encendió hasta casi un punto blanco como si estuviera en sí mismo quemándose y continúo brillando por un buen rato, y cuando se extinguió la mezcla ya no era para nada inflamable... Davy, 1817] (^{McDonald, 1982}).

Así determinó que los gases inflamables del carbón y vapores de alcohol, cuando se mezclan con el aire se queman sin llama en la superficie del alambre fino de platino; este brilla de forma incandescente debido al calor de combustión. Una vez agotados los gases en los alrededores del alambre de platino, este se conserva sin ningún tipo de cambio aparente. Intentó reproducir este experimento con otros metales como el cobre, la plata, el hierro, el oro y el cinc, y no se produjo el fenómeno esperado. Estos efectos solo se podían producir con el platino y con el paladio. Igualmente agregó que varios metales finamente divididos tienen las mismas propiedades de acelerar o producir combinaciones a temperaturas más bajas de las que suelen ocurrir. Este fue el principio de la catálisis , proceso que dio lugar a los siguientes desarrollos de la producción de lámparas incandescentes.

Para Davy el problema de la explosión en las minas estaba resuelto y manifestó, con gran satisfacción en sus escritos y comunicaciones informales "un nuevo principio de la combustión" que se conocerá más tarde como catálisis heterogénea.

Este proceso fue el motivador de los siguientes desarrollos para producir una incandescencia sin necesidad de llama. Edmund Davy, en 1820, publica un artículo en el que describe "la preparación de platino finamente dividido mediante la reducción de una solución de sulfato de platino con alcohol, y la gran actividad que presenta a temperatura ambiente adicionando solo una pequeña cantidad de alcohol" Menciona que el subóxido del platino no sufre ningún tipo de cambio durante la transformación del alcohol, y de inmediato se puede utilizar nuevamente para acidificar más cantidades, sin límite de alcohol. Este proceso permitió producir a gran escala ácido acético. Es Döbereiner quien demuestra que el ácido obtenido en la reacción del alcohol con el extraño óxido de platino era ácido acético.

Lo anterior le permitió construir un encendedor, apoyado en que al saturar un trozo de corcho o algodón con alcohol o whiskey, y dejar caer una gota del polvo negro de platino (cloroplatinato de amonio, platino negro o platino esponjado), de inmediato se pone al rojo vivo y se mantiene hasta que el alcohol se consuma totalmente. Este fue el descubrimiento más importante de 1824, que se inició con la producción de las lámparas de Döbereiner (^{McDonald y Hunt, 1960}).

Veinte mil encendedores de estos fueron vendidos en Inglaterra y Alemania en 1828; estos fueron reemplazados por las cerillas de fósforo a mediados del siglo XIX (^{McDonald y Hunt, 1960}) (fig. 6).

Figura 6 Döbereiner's lighter. Museo de Ciencia de Inglaterra. 

El concepto de catálisis es propuesto por Berzelius en 1836. Después de estudiar las reacciones que se suscitan en presencia de platino, emplea el término catalizador como una sustancia que puede producir una actividad química con un "nuevo poder" que se manifiesta en los procesos químicos, que denominó el poder catalítico, con el objeto de indicar la separación de las partes por medio de fuerzas químicas ordinarias. Este poder catalítico significa que las sustancias son capaces de despertar afinidades que duermen a esta temperatura por su mera presencia, y no por su propia actividad (^{McDonald y Hunt, 1960}).

Estas propiedades del platino han propiciado avances en la industria, como la solución del problema de seguridad en las lámparas sin llama, en encendedores y en la producción de ácido acético y ácido sulfúrico.

En el siglo XX, y lo corrido del siglo XXI, los usos y aplicaciones del platino se han incrementado exponencialmente. La United Nation Conference on Trade and Development , ^{UNCTAD (2012)}, reporta que para el platino mientras la demanda crece la oferta es limitada, que el 90% de explotación y comercialización del platino se concentra en 2 áreas, Sudáfrica y Rusia, a un costo por onza a 2012 de dólares americanos de 1.660 $, y que el país con mayor demanda de platino es China, por su alto desarrollo económico. Las aplicaciones del platino se han incrementado en sectores como joyería, vehículos, electricidad, electrónica, industria química, vidrio, petróleo, bujías y baterías, entre otros.