Breve historia da cristalografía (XI): Asimetrías e xogos de luz

[Esta é unha tradución adaptada do artigo orixinal de 23 de xaneiro de 2014 Breve historia de la cristalografía: (XI) asimetrías y juegos de luz, de César Tomé López, que pode lerse nesta ligazón.]

[O artigo previo da serie é Breve historia da cristalografía (X): Maxia viquinga.]

palacio-de-luxemburgo

Nun serán de 1808 un veterano da expedición a Exipto entretíñase paseando polo Xardín de Luxemburgo, que desde 1791 era, coma o palacio co mesmo nome, «propiedade nacional». Levaba no peto un cristal de espato de Islandia co que se distraía de cando en vez, observando obxectos a través del. Nun momento dado, ocorreu algo curioso: mentres observaba a luz reflectida nos vidros do palacio decatouse de que, no canto de ver dúas imaxes igualmente brillantes, aparecía unha moito máis brillante ca a outra. Como diría despois Pasteur, a sorte favorece a mente preparada; Étienne Louis Malus deduciu que o efecto tiña que estar relacionado co feito de que a luz fose reflectida. A luz, concluíu, polarizábase ao se reflectir.

malus

Malus publicou a súa descuberta en 1809. En 1810 publicaría a teoría da dobre refracción da luz nos cristais e ingresaría na Académie des Sciences de París. Pouco despois inventaría os primeiros filtros polarizadores e polariscopios. Ambos baseábanse na reflexión dun feixe de luz non polarizada nun ángulo determinado, hoxe chamado ángulo de Brewster.

Facer experimentos con luz polarizada converteuse na moda científica do momento e, como era esperable, axiña comezaron a facerse novos achados. Así, por exemplo, os dun astrónomo moi novo do Observatorio de París e membro da Academia e do consello da École Polytechnique desde os 23 anos, François Arago (científico e home excepcional con amplos intereses políticos; chegou a ser, de facto, xefe do Estado francés durante un mes e medio). Arago foi o primeiro que observou o cambio de cor cando un feixe de luz polarizada pasaba a través dun cristal de cuarzo (1811).

biot

Compañeiro de aventuras e foliadas de Arago, Jean-Baptiste Biot observou a rotación óptica (hoxe diriamos actividade óptica) dos cristais de cuarzo (1812) e dalgunhas substancias orgánicas: o aceite de terebintina, os extractos cítricos, o extracto de loureiro, as disolucións de alcanfor, o azucre (1815). Biot observou ademais que os compostos orgánicos retiñan a súa actividade óptica independentemente do seu estado de agregación; isto é, o azucre é dextroxiro (xira o plano de polarización cara á dereita desde a perspectiva do observador) xa estea en forma cristalina ou en disolución. O cuarzo fundido, porén, é opticamente inactivo. Biot chegou á conclusión de que a rotación óptica dos compostos orgánicos é unha propiedade molecular, mentres a rotación óptica do cuarzo é unha propiedade do cristal, o resultado de como se empaquetan as «moléculas».

Pero Biot foi máis aló. Afirmou que a causa da actividade óptica era a asimetría. Polo tanto, as moléculas orgánicas serían asimétricas, mentres os cristais de cuarzo serían ordenacións asimétricas de moléculas simétricas. Na linguaxe actual as moléculas asimétricas no senso de Biot denomínanse «quirais», e as asimétricas, «aquirais». Por outra banda, hoxe sabemos que non existen moléculas de cuarzo, SiO2, nin nos cristais nin no fundido, así que algo que non existe non pode ser quiral.

caras-hemiedricas

Poucos anos máis tarde John William Herschel describiu a existencia de caras hemiédricas nos cristais de cuarzo, é dicir, cristais nos que só aparece a metade das caras para a máxima simetría (holoedría) que permite o sistema cristalino. Herschel descubriu que existen dous tipos de cristais hemiédricos, os que soamente teñen caras hemiédricas xergas e os que soamente teñen caras hemiédricas destras, e que son imaxes especulares os uns dos outros (na imaxe, cristais hemiédricos de tartarato de sodio e amonio).

Herschel deu tamén o paso seguinte ao relacionar a rotación óptica coa hemiedría: os cristais xergos eran levoxiros (xiraban o plano da luz polarizada cara á esquerda) e os destros, dextroxiros. Isto supuxo a primeira confirmación independente da relación estrutura-actividade proposta por Biot.

prisma-de-nicol

En 1828 William Nicol inventaba o prisma do seu nome, un dispositivo que consistía nun monocristal de espato de Islandia cortado diagonalmente e unido de novo cunha capa intermedia de bálsamo do Canadá, un adhesivo transparente, que facía uso das súas propiedades birrefrinxentes. O prisma de Nicol é un polarizador compacto e robusto que, desde 1830, contribuíu grandemente ao emprego rutineiro da polarimetría na investigación óptica e cristalográfica.

Mesmo poderiamos afirmar que o prisma de Nicol simboliza o nacemento dunha nova rama do coñecemento, a óptica cristalina, cuxos pioneiros foron Arago, Biot e David Brewster na primeira metade do século xix. A observación de cristais con luz polarizada ofreceu a primeira ollada á estrutura interna dos cristais, e foi o único método capaz de facer tal ata a aparición da difracción de raios X, xa comezado o século xx.

[O seguinte artigo da serie é Breve historia da cristalografía (XII): In vino veritas.]


Sobre o autor: César Tomé López (@EDocet) é químico e divulgador científico, autor de Experientia docet e editor xefe do Cuaderno de cultura científica e de Mapping Ignorance.

Advertisements

Deixar unha resposta

introduce os teu datos ou preme nunha das iconas:

Logotipo de WordPress.com

Estás a comentar desde a túa conta de WordPress.com. Sair /  Cambiar )

Google+ photo

Estás a comentar desde a túa conta de Google+. Sair /  Cambiar )

Twitter picture

Estás a comentar desde a túa conta de Twitter. Sair /  Cambiar )

Facebook photo

Estás a comentar desde a túa conta de Facebook. Sair /  Cambiar )

Conectando a %s