LOS METALES ESPECTROSCÓPICOS I :

El origen de los nombres del cesio y del rubidio

 

La segunda mitad del siglo XIX se va a caracterizar por la aparición de un nuevo procedimiento para analizar los elementos químicos: el método espectroscópico.

Siglo y medio antes, Isaac Newton había empleado el término SPECTRUM, para referirse a la banda de luces de colores que se producía cuando la luz del sol se dispersaba en un cristal prismático. Ya antes del siglo XIX se sabía que los cuerpos incandescentes daban lugar a un espectro característico cuando la luz que emitían se dispersaba; así lo publica Mervil, en 1752.

 Marggrafe  en 1758, aplica el procedimiento a la sal marina y a la salpeter, diferenciándolas por el color ^[1] . Con este sistema, Herschel, el famoso astrónomo, consiguió distinguir en 1822, los cloruros de estroncio, calcio, bario y cobre,  investigaciones que mejora en 1833, Talbot al incorporar el prisma al instrumental. Así, aplicándolo al del estroncio observa una línea roja, otra naranja y una más azul, mientras que con el de litio que sólo producía una simple línea roja. Dos años después Wheatstone, estudia los espectros de cuerpos metálicos producidos a partir de las chispas eléctricas (arcos eléctricos). Así identifica al mercurio, cinc, cadmio, estaño, bismuto y plomo.

Los espectros de llamas son estudiados en profundidad por Draper, que en 1847, indica que todas las llamas producen un espectro continuo. Quiere decir esto que aunque se le atribuya a Bunsen el origen del método espectroscópico para la identificación de elementos químicos, realmente antes que él, ya estaba bastante desarrollado. 

Bunsen, el químico alemán retirado de la investigación orgánica que lo había dejado maltrecho ^[2] desarrolla el sistema para estudiar los espectros de los cuerpos incandescentes, y juntamente con Kirchhoff ^[3] introduce la espectroscopia como método de investigación. Primero la aplican al sodio y al potasio, observando una característica raya amarilla en el primero y roja en el segundo. Después buscan otros elementos similares, en los residuos de las aguas minerales.

 

El 10 de mayo de 1860 Bunsen  anuncia el descubrimiento de un nuevo metal, en la Academia de Ciencias de Berlín. Lo describe así:

 

"Si se pone en la llama del espectroscopio una gota del líquido madre del agua mineral de Durkheim, sólo se reconocen las rayas características del sodio, potasio, litio, calcio y estroncio. Si luego de haber precipitado por métodos ya conocidos la cal, estronciana y magnesia, se toma el residuo con alcohol previamente tratado con ácido nítrico para fijar las bases, se obtiene, una vez separada la litina por medio de carbonato amónico, un segundo líquido madre que da en el espectroscopio las rayas del sodio, potasio y litio, además de dos notables rayas azules muy juntas, una de las cuales coincide con la línea delta del estroncio. Ahora bien, no se conoce sustancia simple alguna que dé tales dos rayas azules, solamente debidas a una cierta sustancia simple desconocida perteneciente al grupo de los metales alcalinos. Proponemos dar a este nuevo metal el nombre de CESIUM procedente del latín CAESIUS  nombre con el que los antiguos solían designar la parte más alta del firmamento ^[4] . Este nombre nos parece justificado por la facilidad con que el bello color azul ^[5] del  vapor incandescente del nuevo elemento, permite reconocer la presencia de unas pocas millonésimas de miligramo de esta sustancia simple en mezcla con la sosa, litina y estronciana".

 

Sin embargo, Bunsen y Kirchhoff no fueron los primeros en descubrir este elemento; 14 años antes lo había detectado Plattner, profesor de metalurgia de la Escuela de Minas en Friburgo confundiendo su sulfato con una mezcla de sulfatos de sodio y potasio, en el análisis de un raro mineral encontrado en la isla de Elba, conocido como polucita. En su composición había un 7,25% de masa de sustancias no detectadas, y el mineral presentaba mayor contenido de elementos alcalinos que ningún otro silicato. No había utilizado el método espectroscópico. En 1864, Pisani lo identificará, como sulfato de cesium, pero el elemento ya estaba  "homologado y bautizado" por Bunsen. Se tardarán 32 años hasta poder aislar el metal puro. Ese era el inconveniente del método espectroscópico; servía para identificar, pero nunca aislar. Lo consigue el alemán Satterbe por electrólisis de cianuro de cesio y de bario, casi al mismo tiempo que el ruso Bekëtov que empleó la reducción del aluminato de cesio con magnesio, en presencia de hidrógeno.

 

De ahí el CESIUM inglés, CESIO español, así como su símbolo Cs. Sus acentuadas características atómicas le van a proporcionar unas aplicaciones peculiares, que descubrirá Lennard (efecto fotoeléctrico).

 

El 23 de febrero de 1861, Bunsen y Kirchhoff [6] , descubren otro metal alcalino.  Aplican la misma técnica a los residuos de un mineral escamoso de color rosáceos que por este motivo se llamaba LEPIDOLITA del griego LEPIS (ληπις) escama y LITHOS piedra, parecido a una mica, y encuentran en él un elemento que produce unas rayas espectroscópicas rojo brillantes y que por ello llaman RUBIDIUM de rubidus, rojo en latín ^[7] . Lo explican así:

 

"Si se trata la lepidolita de Sajonia por uno de los métodos en uso para la obtención de una solución de los álcalis sin ninguno de los demás elementos, y si se vierte en el líquido un poco de cloruro platínico, se obtiene un abundante precipitado que ensayando al espectroscopio sólo muestra las rayas del potasio. Si se lava varias veces el precipitado con agua hirviente y se le va ensayando en el aparato, se descubren dos nuevas rayas de un violeta magnífico, situadas entre las rayas delta del estroncio y la Ka beta del potasio.

Si se sigue lavando estas rayas destacan más y más al contrario al espectro remanente del potasio, que se va debilitando. Pronto aparecen cierto número de nuevas rayas en el rojo, amarillo y verde. Ninguna de estas rayas pertenece a elementos descubiertos hasta ahora. Entre ellas podemos mencionar especialmente dos notables rayas rojas casi a continuación de la raya brillante A de Fraunhofer, o si se prefiere de la raya brillante K alfa que le corresponde y que está al final del extremo rojo del espectro solar. El magnífico color rojo oscuro de estas rayas del nuevo metal alcalino nos indujo a dar a este elemento el nombre de RUBIDIUM, y el símbolo Rb, derivado de rubidus que entre los antiguos sirvió para designar el rojo más intenso".

También el rubidio, pudo haber sido detectado mucho antes, porque el primer análisis de la lepidolita, fue realizado por Klaproth en 1797. Tenía un 54,5% de sílice, un 38,25% de alúmina, un 4% de  potasa, y un 0,75% de magnesia. Faltaba un 2,5%, cosa no especialmente anormal en aquella época, y que por lo tanto no llamó la atención a Klaproth, supuso simplemente que se había producido una pérdida de agua. No había llegado el momento del rubidium ^[8] .

 

)Cuál es el origen de las características rayas espectroscópicas que dan nombre a estos elementos?

El espectroscopio diseñado por Bunsen, estaba preparado para analizar el espectro de emisión de esos metales. Esto es los elementos incandescentes, excitaban sus electrones hasta niveles energéticos superiores, y al regresar a su situación de origen emiten la energía sobrante en forma de radiación electromagnética, cada salto de nivel da lugar a una raya, o a un multiplete de rayas. Si la frecuencia caía dentro del espectro visible, se podían apreciar dichas rayas  que serían la característica definitoria (ver tabla 1)

 

 

 

 

 

El cesio en su estado normal es 6s¹. Este electrón salta a niveles energéticos superiores, excitado, y cuando cae desde el 7p¹ al 6s¹, emite en longitudes de onda λ de 4555Å y 4593Å, lo que producirá en éste último caso una raya azul, que correspondería a la segunda línea de la serie principal. En el caso del rubidio 5s¹, el salto que da lugar a una raya visible, se produce al caer el electrón desde el 5p¹ emitiendo radiación electromagnética que producirá rayas rojas, con longitudes de onda λ de 7800Å y 7948 Å.