Átomos y Alquimia (VIII). La transmutación de Adolf Miethe (1862-1927)

Adolf Miethe nació en Posdam el 25 de abril de 1862, y desde pequeño se interesó en la por entonces novedad de la fotografía y los instrumentos ópticos. Llegó a ser profesor en Charlottenburg, y sucedió al mismísimo Hermann Wilhelm Vogel (1834-1898) en la Technische Hochschule berlinesa. Era el responsable de la enseñanza científica y práctica de la fotografía en todas sus ramas: métodos fotomecánicos, análisis espectral, óptica… aunque también estaba versado en Astronomía, mineralogía, etc.  Muere en 1927^[1].

En julio de 1924 descubrió que las lámparas de vapor de mercurio utilizadas como fuente de rayos ultravioleta dejaron de funcionar después de un tiempo debido a un depósito de hollín que se formó en los tubos de cuarzo. Miethe analizó estos depósitos y detectó oro. Posteriormente, Miethe y su joven ayudante Hans Stammreich (1902-1968) recibieron una muy curiosa Especificación de Patente Alemana (número 233,715) el 8 de mayo de 1924 para «Mejoras en, o relacionadas con, la extracción de metales preciosos». Y en ese mismo mes y año de julio de 1924 lo anunciaron: habían cambiado el mercurio en oro en una lámpara de vapor de mercurio de alta tensión. La prensa explicaba así el fenómeno:

“Se forma un arco eléctrico entre los postes de mercurio, del mismo modo que en las lámparas de cuarzo de mercurio. Con una diferencia suficiente en el potencial, el oro se produce en el mercurio. Es aconsejable condensar nuevamente el mercurio evaporado. La cantidad de oro producido depende, siendo todas las demás condiciones iguales, de la cantidad de corriente y también, entre otros, de la presión de vapor del mercurio o de la diferencia de potencial en el arco. La diferencia de potencial en el arco debe ser, por lo tanto, suficientemente grande. Si se reduce a cantidades excesivamente pequeñas, la eficiencia se reducirá en gran medida. Si se aumenta la diferencia de potencial, la cantidad de oro formado aumentará considerablemente, comenzando con una cierta diferencia de potencial”^[2].

El experimento produjo un dólar de oro, pero a un coste de sesenta mil, que hoy día equivaldría a más de dos millones de dólares, teniendo en cuenta que por entonces el oro valía trescientos treinta dólares la libra (453,59 gramos por libra). Miethe usó una potencia de 170 voltios aplicada de 20 a 200 horas. La lámpara consumió entre cuatrocientos y dos mil vatios, si bien es necesaria una mínima diferencia de potencial. El rendimiento de oro fue minúsculo: 0.1-0.01 mg. El mercurio y los electrodos se analizaron y se determinó que estaban libres de oro antes de los experimentos. Miethe no pudo intentar probar la producción de rayos α o b, ni de hidrógeno o helio.^[3]

Poco después, dos eminentes químicos como el austro-checo Otto Hönigschmid (1878-1945) y el alemán Edward Zintl (1898-1941), tras analizar el caso, determinaron el peso atómico del Au mercúrico de Miethe usando la valoración potenciométrica de la sal áurica con TiCl₂. Se encontró que era de 197.26, ligeramente más pesado que el Au común (197.2). El 15 de Junio de 1925, sin implicarse ciegamente en lo dicho por Miethe, pero sin descartarlo, hicieron hincapié en la necesidad de un análisis espectrográfico de masas^[4]. Frederick Soddy, por su parte, sugirió que tal cambio podría efectuarse mediante la unión de un electrón al núcleo de mercurio. Lo hizo en una carte desde Oxford, el 9 de agosto de ese mismo año, el mismo día en que Nature reportaba el caso de Miethe, aunque se publicó el día 16 de ese mes:

Por su parte, Alexander Smith Russell (1888-1972), haciéndose eco de las noticias de Miethe y de la explicación sugerida por Soddy, dijo en una carta enviada a Nature el 12 de agosto, y publicada el 29 del mismo mes:

“Los experimentos sobre la transformación de Hg en Au sugieren la posibilidad de la transformación de un núcleo en el del siguiente elemento debajo de él mediante la absorción de un electrón cuando ambos núcleos son estables. Esto ocurre, más obviamente como una isobara. Del trabajo experimental puede deducirse la posibilidad de la existencia de dos isobaras de número de masa impar, Tl 205 y Au 199, entre elementos no radiactivos… Aston ha demostrado la existencia del isótopo Hg 199 … Este tipo de la transformación puede ocurrir en los dos pares de elementos Pb y Tl, Hg y Au … Las masas de Tl y Au producidas son 205 y 199 respectivamente.”^[6]

Francis William Aston (1877-1945) presentó fuertes argumentos contra la probabilidad de la supuesta transmutación de mercurio en oro. Posiblemente, podría efectuarse mediante la adición de un electrón al núcleo de Hg, o mediante la eliminación de un protón de él, pero la posibilidad de que un electrón golpee un núcleo es extremadamente remota, y su peso no contribuiría significativamente. Teóricamente, un isótopo de Hg de peso atómico 197 podría absorber un electrón y producir oro común, pero ninguno de los seis isótopos de Hg (198, 199, 201, 202, 204, 209) identificados por Aston tiene ese peso^[7]. Según Aston, la eliminación de un protón del núcleo por el método de Miethe es insostenible: «Las fuerzas empleadas son ridículamente inadecuadas»^[8].

El asunto, en vez de apagarse, se fue encendiendo y en diciembre de 1924, la revista Scientific American anunció que organizaría una prueba exhaustiva y exacta del experimento de Miethe. Sería dirigido en la Universidad de Nueva York por los profesores Harold Horton Sheldon (1893-1964) y Roger Estey (1903-¿)^[9]. Utilizaron una lámpara de cuarzo que no contenía oro, y los alambres de tungsteno puros se sellaron en el cuarzo para proporcionar contactos eléctricos. El mercurio fue probado para determinar su pureza. Se realizaron tres pruebas que duraron de 30 a 50 horas cada una, a aproximadamente 170 voltios/13 amperios. El mercurio fue removido y analizado:

“En ningún caso se detectó rastro de oro … Según los informes del profesor Miethe, tomados en relación con la interpretación teórica del profesor Soddy, este experimento debería haber producido una cantidad sustancial de oro; al menos diez veces más de lo que podría haber sido detectado fácilmente por los métodos analíticos utilizados. El resultado negativo de los tres experimentos estableció, por lo tanto, una gran probabilidad de que la transmutación anunciada por el Prof. Miethe no pudiera ser confirmada”.^[10]

Sheldon y Estey recibieron de los fabricantes en Alemania una réplica de la lámpara utilizada por Miethe, y repitieron la técnica exacta descrita por él. La réplica del experimento tuvo una ejecución final que duró 172 horas, a 165-174 voltios/12 amperios, dependiendo de la temperatura de la lámpara:

Después de la ejecución, las pruebas analíticas más cuidadosas no lograron mostrar ningún rastro del metal precioso. Es necesario concluir, por lo tanto, que el experimento descrito por el Prof. Miethe no siempre acaba en la transmutación de átomos de mercurio en átomos de oro. Los experimentos registrados por el Prof. Miethe y nuestros experimentos, realizados de forma exacta, en la medida de lo humanamente posible, con el método descrito por el Prof. Miethe, son totalmente discordantes entre sí.

Sería incorrecto afirmar sólo sobre la base de estos resultados, que los experimentos del profesor Miethe han demostrado ser definitivamente erróneos. Lo más correcto es decir que un esfuerzo cuidadoso, competente y prolongado para confirmar los resultados del alemán ha resultado un completo fallo al hacerlo. Scientific American, no obstante, ofreció una sugerencia:

Sheldon y Estey también comentaron:

La explicación sugerida de un cambio en el número de electrones en el núcleo que cambia el mercurio en oro parece buena en teoría, pero increíble de hecho, porque la caída de potencial por la libre trayectoria de una molécula de Hg es sólo de aproximadamente 0.1 voltios en estos arcos.^[11]

Scientific American publicó otro informe de «Más oro mercúrico de Alemania» en abril de 1926, anunciando que se había obtenido un aumento de 10.000 veces en el rendimiento en la producción del proceso de mercurio y oro. En sus primeros experimentos, Miethe encontró 1 parte de Au por cada 100 millones de partes de Hg. Siemens trabaja en Berlín bombardeando Hg con electrones en un vacío extremadamente alto, y obtuvo 100 mg de Au de 1 kg de Hg.

Siemens & Halske Akt.-Ges., una compañía alemana nacida en el año 1901 y especializada en inventos electrónicos y toda clase de ingeniería, registró su especificación de patente alemana número 243.670 en junio de 1925 para el «Tratamiento de mercurio» con descargas eléctricas, rayos catódicos y rayos de canal. La diferencia de potencial podría ser entre 100-150,000 voltios; la capacitancia era ajustable. Los dieléctricos usados podrían ser parafina, éter o tetracloruro de carbono. Otros investigadores no fueron tan optimistas. Erich Tiede y varios colegas suyos informaron que «la transmutación de Hg en Au se considera teóricamente posible, pero todos los experimentos llevados a cabo bajo estricto control del Hg original resultaron ser fallidos. Cuando el Hg, que se purificó de acuerdo con Miethe y Stammreich, era destilado en un aparato de vidrio totalmente similar al utilizado por Bronsted y von Hevesey para separar los isótopos de Hg, mostró aún hasta 10^-9 % de Au. La detección óptica no fue lo suficientemente precisa, por lo que consideró necesario fundir los gránulos de Au que aún contenía el Hg, y pesarlo en una microbalanza:

“El mercurio destilado de acuerdo con Miethe todavía tenía 0,3 mg de Au por kg de Hg. Después de dos destilaciones de alto vacío, no se pudo detectar más Au. Con esta preparación, los experimentos de Miethe se repitieron en varias formas; no se observó Au formación resultante en ningún caso”.^[12]

Milan W. Garrett (Clarendon Lab, Oxford) publicó resultados completamente negativos de sus repetidos intentos de reproducir el experimento de transmutación de Hg-Au por varios métodos. Garrett también intentó preparar indio a partir de estaño y escandio a partir de titanio mediante bombardeo con rayos X, también sin éxito^[13].

Emil Duhme y Albert Lotz confirmaron el mismo resultado negativo. Ambos, antes de publicar algo, también realizaron numerosos experimentos con la cooperación inicial de Miethe y Stammreich. Usaron arcos muy grandes que iban desde 10 kw a 40 kv/800 A/cm² a través de vapor de Hg. Se encontró oro en algunos casos, como cuando se pasó una corriente suficientemente poderosa entre electrodos sumergidos en mercurio, pero esos experimentos fueron rechazados sólo porque había habido demasiado contacto con metales extraños. Descubrieron que el oro escapaba a la detección si estaban presentes ciertas impurezas, produciendo una distribución no homogénea de oro que se vuelve detectable solo después de que el tratamiento con arco lo hubiera coagulado. Por una extraña razón, sus resultados fueron unos de los más publicados^[14].

El Profesor Fritz Haber, junto a otros colegas, también hizo cuidadosos intentos de repetir el trabajo de Nagaoka (de quien hablaremos seguidamente) y Miethe. El mercurio, en el que no se pudo detectar oro, se sometió a seis tratamientos diferentes, pero nunca se formó el ansiado oro. No obstante, en algunos casos, sí que se encontró, pero sólo en unas cantidades más pequeñas que las que podrían haber provenido de los materiales, o de la contaminación. Tampoco se pudo aumentar el rendimiento de oro a voluntad. Los tratamientos aplicados se realizaron con dieléctricos líquidos y sólidos con descargas de alta tensión, arcos en bajas presiones, normales y altas, y bombardeos de electrones de alto vacío. La extraordinaria sensibilidad de sus métodos de detección fue ejemplificada  por la instancia de un compañero de trabajo que de repente encontró rastros de oro en algún material que estaba analizando. Nadie más pudo detectar oro en las otras muestras. Se descubrió que el químico se quitaba habitualmente las gafas doradas antes de hacer una observación; en esta ocasión, se había quitado las gafas y luego había recogido una tira de plomo ultrapuro para realizar un análisis. Otro incidente ocurrió cuando un trabajador de laboratorio estaba derritiendo algo de oro. Poco después, otro trabajador en la habitación contigua encontró oro en material que previamente no tenía ninguno. Los investigadores demostraron «simplemente que no se ha publicado aún ningún método mediante el cual puedan formarse cantidades detectables de oro en el mercurio».^[15]

Pero ni aún todas estas rigurosas repeticiones, hechas por prestigiosos científicos, lograron despejar las dudas. En abril de 1926, Scientific American informó de una reciente reunión de la Sociedad Química Alemana en la que se anunciaron resultados positivos:

El Prof. Haber, que anteriormente albergaba la mayor duda en cuanto a la precisión de los experimentos, felicitó al Prof. Miethe y contó que él mismo podía confirmar los resultados mediante la repetición del experimento.

Seguramente, Haber hizo el comentario antes de completar sus análisis de los electrodos, etc., y determinó que eran la fuente del oro. La mayoría de las críticas al trabajo experimental de Miethe, Stammreich y Nagaoka se centraron en la cuestionable pureza del mercurio que usaban. Su mercurio se había purificado por destilación, disolviéndolo en ácido nítrico (1:4) y fusionando el residuo con bórax (0,1 gr). El cordón resultante de oro, si lo hubo, se examinó bajo el microscopio. Normalmente destilaron el mercurio dos veces, pero en algunos casos lo hicieron hasta quince veces. Otros investigadores demostraron que no importa lo cuidadosamente o la frecuencia con qyue se destilaba el mercurio. En cualquier caso, se podía detectar oro.

Miethe y Stammreich demostraron que la formación de oro  del mercurio depende de la aplicación de descargas eléctricas intermitentes. No se forma oro cuando el mercurio está expuesto a la corriente continua. También describieron una turbina de mercurio que permitía 2.000 roturas por minuto con un potencial de 110 voltios; la corriente variaba de 1-12 amperios. Los experimentos mostraron una proporcionalidad lineal entre el rendimiento de oro y el producto de voltaje/tiempo. El rendimiento promedio de oro fue de 0.0004 mg. Por amperio y hora. La producción de oro fue facilitada por la alta presión. Cuando se pasó la descarga entre los polos de mercurio en un dieléctrico de parafina, el oro se encontró disperso a lo largo de la línea de descarga, pero no en los polos de mercurio^[16].

A. Gaschler intentó revertir el experimento de Miethe-Nagaoka tratando oro con núcleos de hidrógeno de alta velocidad. Supuso que uno de ellos podría penetrar profundamente en las capas de electrones de oro, ser sostenido por las capas más internas como un «paranucleus», y formar un «Tiefenverbindung». Después de 30 horas de bombardeo, el espectro del tubo comenzó a mostrar líneas de mercurio que aumentaban constantemente en intensidad. Gaschler postuló que el mercurio es un compuesto de hidrógeno de oro, similar al «Hg-Helide» de Manley^[17].

La comunidad científica hizo una revisión justa y exhaustiva de las afirmaciones de Miethe, Stammreich y Nagaoka, quienes también manejaron hábilmente las críticas. Sin embargo, el problema completo nunca se resolvió definitivamente. Por lo tanto, estos experimentos deben repetirse con equipos modernos y técnicas analíticas. Y eso es lo que se estaba haciendo.

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[1] Fontani, M., Costa, M. y Orna, M. V., The Lost Elements: The Periodic Table’s Shadow Side, Pxfrod, Oxfrod University Press, 2014

[2] Literary Digest (14 March 1925); «Attempts at Artificial Au», 26-27; Literary Digest , (12 December 1925), 26-27: «Negative Evidence in the Hg-Au Case»: Aquí se dice que Miethe falló porque usó mercurio de procedencia española, que ya contenía trazas de oro; Literary Digest , (6 February 1926): “Have the Modern Alchemists Succeeded?” y “What did the Alchemists make?”: 24.

[3] Nature 114: 197 ( 9 August 1924); ibid., 117 (#2952): 758-760 (29 May 1926.

[4] Hönigschmid, O. y Zintl, E., „Über das Atomgewicht des von Miethe und Stammreich: aus Quecksilber gewonnenen Goldes“, Naturwissenschaften 13 (1925), 644.

[5] Soddy, Frederick: Nature, 114 (16 de agosto de 1924), 244-245: «The Reported Transmutation of Hg into Au». Soddy, dijo aquí también: “Of course, I need express no opinion on the correctness of the experimental results recorded, which naturally will have to be very rigorously confirmed by further work”.

[6] Russell, A.S., «Transformation of Hg into Au», Nature 116 (1925), 312. Y añade. “Hay una posibilidad que la transformación de Plomo en Talio por medio del proceso bajo discusión ya haya ocurrido en la Naturaleza”.

[7] Aston, F. W., “The Isotopes of Mercury”, Nature, 116 (8 de agosto de 1925), 208: Carta agradeciendo al Department of Scientific and Industrial Research la financiación de un espectógrafo de masas con el que pudo identificar dichos isótopos. Premio Nobel en Química en 1922 por su trabajo sobre el descubrimiento de un gran número de isótopos no radiactivos con el espectógrafo de masas.

[8] Aston, F. W., “Atoms and X-Rays”, Nature (19 December 1925), 902-904, Parte 2: Transmutation of the Elements.

[9] Resulta curioso que ambos examinadores del asunto fueran unos apasionados de los viajes interestelares. El segundo en sistemas de navegación celeste, y el primero escribió sobre temas futurísticos como los viajes humanos al espacio. No en vano era miembro de la American Interplanetary Society, fundada en 1930.

[10] Sci. Amer. (Dec. 1924); ibid., p. 256 (Nov. 1925); ibid., p. 90 (17 April 1926); ibid., 138: 208 (1928). La noticia, como vemos por las fechas, no perdió su actualidad durante meses y se hicieron eco de este test otros diarios. The Evening News de Harrisburg (Pensilvania) recogió la noticia el 20 de octubre de 1925, en su página 10: “NEW YORK, Oct. 20. The formula if it ever existed of ancient alchemists for turning baser metals into gold apparently died with them. This was the gist of a report last night by the Scientific American disclosing, the failure of its investigators after nearly a year’s research, to turn mercury into gold as Prof. Adolph Miethe, German chemist, declared he had done. Practically, the report says, the metamorphosis which would affect the entire financial structure of the world is impossible. Theoretically, however, removal of one unit of positive electric charge from the nucleus of a mercury atom or insertion of one additional electron might reveal the alchemist’s secret. Financed by the Scientific American, investigations have been carried on at the Washington Square Branch of New York University by Prof. H. H. Sheldon, physicist, and Roger S. Estey. They reported that three attempts, using Prof. Miethe’s method of heating mercury inside a vessel of quartz by a specially-designed electric lamp, had been flat failures?” Curiosamente, un video explicativo de la transmutación de mercurio en oro según Miethe en Youtube ya está desaparecido: http://www.youtube.com/watch?v=A1GEDH7vn-g

[11] Sheldon, Horton & Estey, Roger S.: Phys. Review 27 (2): 515 (1926).

[12] Tiede, E., Schleede, A. y Goldschmidt, F., „Zur Frage der Bildung von Gold aus Quecksilber unter Berücksichtigung der Versuche von Miethe, Stammreich und Nagaoka“, Berichte der Deutschen Chemische Gesellschaft,59 (1926), 1629-1641. Recibido el 10 de mayo de 1926, aceptado el 4 de junio de 1926 y publicado el 7 de julio de 1926.

[13] Garrett, M. W., «Transmutation Experiments», Nature 118 (17 July 1926), 84. La carta fue mandada el 25 de junio. Garrett, M.W., ‘Experiments upon the reported transmutation of mercury into gold’, Proceedings of the Royal Society of London, Series A (1926), pp. 391-406.

[14] Duhme, E. & Lotz, A.: Wissenschaft Veroffentlich Siemens Konzern 5: 128-151 (1926); Duhme, E. & Lotz, A.: Chem. Ber. Deutsch. Ges. 59: 1649-1651 (1926);Chem. Abstr 20: 3264 (1926); Tiede, Erich, et al.: Naturwiss. 13: 745-746 (1925); «Formation of Au from Hg»; Duhme, E & Lotz, A., „Zur Frage Gold aus Quecksilber“, European Journal of Inorganic Chemistry, 59 (1926), 1649-1651; Duhme, E & Lotz, A. (1926). Zur Frage des analytischen Nachweises von Gold in Quecksilber. Naturwissenschaften. 14. 165-165. Duhme, E & Lotz, A. (1927). Bemerkung zu der Arbeit von A. Miethe und H. Stammreich ?Gold aus Quechsilber?. Zeitschrift Fur Anorganische Und Allgemeine Chemie – Z ANORG ALLG CHEM. 161. 180-182. Duhme E., Lotz A. (1926) Gold aus Quecksilber. In: Zentralstelle für wissenschaftlich-technische Forschungsarbeiten des Siemens-Konzerns (eds) Wissenschaftliche Veröffentlichungen aus dem Siemens-Konzern. Springer, Berlin, Heidelberg, 128-151.

[15] Haber, F., Jaenicke, J. y  Matthias, F., „Über die angebliche Darstellung „künstlichen” Goldes aus Quecksilber“, Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie, 153 (1926), 153-183.

[16] Miethe, A. y Stammreich, H., „Bildung von Gold aus Quecksilber in abreißenden Lichtbögen“, Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie, 150 (1926) 350-354.

[17] Gaschler, A.: Zeit. Elektrochem. 32: 186-187 (1926): «Transmutation of Au into Hg»; Gaschler, A.: Scientific American (August 1926); Manley, J.J., Nature 114: 861 91924); ibid., 115: 337 (1925).

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