Deuterio, “agua pesada” y el origen de la vida; Harold C. Urey.

El 5 de enero de 1981, fallecía el químico estadounidense Harold Clayton Urey (Walkerton, Indiana, 29 de abril de 1893 – La Jolla, California, 5 de enero de 1981).

Harold_UreyFue galardonado con el Premio Nobel de Química en 1934 por el descubrimiento del deuterio y el aislamiento del agua pesada.

Se graduó en 1917 en Zoología por la Universidad de Montana, donde permanecería impartiendo clases hasta 1939.

Finalmente se doctoraría en 1923 en Química en la Universidad de Berkeley.

En el período comprendido entre 1923 y 1924, estudiaría sobre la teoría de la estructura atómica con Niels Bohr en la Universidad de Copenhague .

De regresó a Estados Unidos impartiría clases de Química en diversas Universidades de todo el pais; la Universidad de Johns Hopkins (1924-1929), la Universidad de Columbia (1929-1945), la Universidad de Chicago (1945-1952) y finalmente, la Universidad de San Diego, donde ostentó el cargo de profesor emérito desde 1970 hasta 1981.

En la Universidad de Columbia continuaría sus estudios sobre las propiedades de los átomos. Estaba interesado especialmente en los isótopos. Trabajo que había comenzado en 1913, el químico ingles Frederick Soddy. En ese momento, ya se habían descubierto isótopos de elementos cómo el carbono, el oxígeno o el nitrógeno. Sin embrago nadie había sido capaz de descubrir todavía una isótopo de hidrógeno. Ahí centró sus esfuerzos Urey.

En una carta publicada en 1931 por Physical Review , ya se vaticinaba la existencia de al el hidrógeno pesado mediante métodos indirectos. Su abundancia sería de una átomo cada 4500 átomos de hidrógeno. Urey se propuso demostrarlo.

Para ello, en 1932, evaporó lentamente cuatro litros de hidrógeno líquido. Supuso, de forma acertada, que si existía algún isótopo de hidrógeno más pesado, tendría un punto de ebullición más alto, y su evaporación sería más lenta que la del hidrógeno convencional, por lo que acabaría acumulándose en el volumen de hidrógeno residual no evaporado a la temperatura de ebullición del hidrógeno ordinario. En el residuo final de hidrógeno no evaporado, Urey pudo demostrar, analizando por métodos espectroscópicos y de acuerdo con el modelo atómico de Bohr, la existencia del isótopo de hidrógeno cuyo núcleo estaba compuesto por un protón y un neutrón, el hidrógeno-2. Urey lo denomino “deuterio” (de la voz griega deútoros, “segundo”). De cada 100.000 átomos de hidrógeno, Urey demostró, que 15 son de hidrógeno-2.

harold urey3De esta forma, una molécula de agua que contenga deuterio, en lugar de hidrógeno, se denomina “agua pesada”. El agua pesada se convertiría en un componente fundamental en el campo de la investigación nuclear como moderador de neutrones. Éste descubrimiento le valdría a Urey el Premio Nobel de 1934.

Durante el período comprendido entre los años 1940 a 1945 sería el Director del Proyecto de la Bomba Atómica, en el laboratorio de investigaciones para la guerra de la Universidad de Columbia. Alli realizaría las investigaciones iniciales para separar el uranio 235, el isótopo fisionable, del uranio 238. Posteriormente trabajaría en la obtención del tritio, necesario en la fabricación de la bomba de hidrógeno y la obtención de agua pesada.

En 1947, trabajando también con isótopos, descubrió que la relación entre la abundancia del oxigeno 16 y uno de sus isótopos más raros, el oxígeno -18, era directamente proporcional a la temperatura. Esta relación serviría de modo indirecto para conocer la temperatura del agua de los océanos en tiempos pasados. Sólo habría que conocer la relación entre el oxígeno-16 y el oxígeno-18 existente en fósiles marinos.

Este hallazgo despertaría el interés de Urey por determinar un posible origen de la vida en la Tierra. Su curiosidad, le llevaría a realizar un experimento histórico junto a uno de sus estudiantes, Stanley Miller (Oakland, California, 7 de marzo de 1930 – 20 de mayo de 2007). En el experimento de Miller y Urey, se realizó una simulación de las condiciones de la Tierra primitiva en busca de las reacciones químicas que pudieron construir sus primeros bloques esenciales (aminoácidos y proteínas) simples. Fue llevado a cabo en 1952 en la Universidad de Chicago.

Urey sospechaba la atmósfera primigenia estaba compuesta por amoniaco y metano. Los elementos predominantes en el Universo serían el hidrógeno (con diferencia el más abundante) el helio, el carbono, el nitrógeno y finalmente el oxígeno. Parecía lógico suponer que el hidrogeno se combinaría con el carbono para formar metano de igual forma, el abundante hidrógeno reaccionaría con el nitrógeno para formar amoniaco y lo mismo pasaría con el oxigeno para formr agua.

El helio y el hidrógeno que no hubiesen reaccionado, al ser gases ligeros escaparían al exterior evitando la fuerza de la gravedad. El agua formaría los océanos y la atmósfera estaría compuesta por metano y amoníaco fundamentalmente. Se trataría de una atmósfera reductora.

En el experimento Urey y Miller, mezclaron en tubos estériles vapor de agua, metano, amoniaco e hidrógeno simulando la atmósfera primitiva. Los tubos estaban conectados entre sí formando un circuito cerrado. Empleó electrodos para simular descargas eléctricas que aportaban energía al sistema (simulando la descarga de rayos en la atmósfera primitiva y la radiación ultravioleta del Sol). La energía suministrada debería ser era suficiente para permitir la ruptura de los enlaces de las moléculas de amoniaco y el metano y permitir una posible reordenación de los átomos de dichas moléculas.

harold urey2El agua se evaporaba y condensaba de forma constante, como en el ciclo cerrado real, en un recipiente de forma esférica. La presión máxima del sistema era de 1,5 bares.

Para crear las corrientes eléctricas (aportes de energía) se utilizaron electrodos de tungsteno que generaban arcos voltaicos de corta duración y elevada frecuencia con un voltaje de 60 000 voltios.

Tras una semana analizaron la solución resultante por medio de la cromatografía y descubrieron que se habían formando los dos aminoácidos más simples, glicina y alanina, precursores de las proteínas (también se han encontrado aminoácidos dentro de meteoritos y también en nubes de gas en el espacio profundo) además de ácido acético, glucosa, ácido glutámico y ácido aspártico.

Moléculas inorgánicas habían sido precursoras de compuestos orgánicos (algo ya demostrado en 1828 Friedrich Wöhler al realizar la síntesis de la urea).

Las primeras formas de vida en la Tierra podrían haberse formado `por reacciones químicas de forma espontánea.

Finalmente de mayo de 1953, Stanley L. Miller publicaría un histórico artículo en la revista Sicence sobre la síntesis de los aminoácidos bajo las condiciones simuladas de una atmósfera primitiva en la tierra (Miller S. L. (1953). «Production of Amino Acids Under Possible Primitive Earth Conditions». Science 117: 528).

En Diciembre de 1959, el bioquímico español Joan Oró (Lérida, 26 de octubre de 1923 —Barcelona, 2 de septiembre de2004) , conseguiría sintetizar adenina (una de las cinco bases nitrogenadas que forman parte de los ácidos nucleicos ) calentando una disolución de cianuro de hidrógeno y amoniaco en agua durante varios días a temperatura moderada (27 °C – 100 °C).

El origen de la vida sigue siendo un tema muy discutido en el ámbito científico y las posibilidades estudiadas son innumerables.

Urey fue galardonado en 1940 con la medalla Davy, concedida por la Royal Society “por su aislamiento del deuterio, el isótopo de hidrógeno pesado, y por su trabajo en este y otros isótopos siguiendo el curso detallado de las reacciones químicas”.

Además en 1966 recibiría la Medalla de oro de la Real Sociedad Astronómica y en 1973 la medalla Priestley, concedida por la American Chemical Society.

Entre sus obras destacan Átomos, moléculas y cuantos (1930) y Los planetas: su origen y desarrollo (1952).

Fue el editor de la prestigiosa revista Journal of Chemical Physics desde 1933 hasta 1940.

Harold Urey falleció en California, el 5 de enero de 1981.

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Publicado el 5 enero, 2016 en Bioquímica, Física, Química. Añade a favoritos el enlace permanente. 1 comentario.

  1. Mi regalo…;)

    La colección de cartas entre Max Born y Einstein en pdf. En la página 152 del documento, no del pdf, podéis leer literalmente:

    “But usually there is
    this awareness of unity with God and with all living things. I,
    too, am unable to believe in a ‘dice-playing’ God, nor am I able to imagine that you believe – as Max has just told me
    when we were discussing it – that your ‘complete rule of law’ means that everything is predetermined, for example, whether
    I am going to have my chUd inoculated against diphtheria or
    not, etc. . . . ”

    “I too, am unable to believe in a ‘dice-playing’ God” (No estoy preparado para creer que Dios juegue a los dados).

    Para disfrutar…una auténtica joya.

    https://ia700700.us.archive.org/33/items/TheBornEinsteinLetters/Born-TheBornEinsteinLetters_text.pdf

    Me gusta

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