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La Ciencia Pop 

S01E11 | Fosforus mirabilis    

1. INTRODUCCIÓN

El fósforo es un elemento esencial para la vida y forma parte de moléculas como los ácidos nucleicos –o los fosfolípidos. Sin embargo, su nombre muy probablemente nos recuerda a aquellos pequeños dispositivos que sirven para generar fuego de manera instantánea. La historia de cómo fueron fabricados los primeros fósforos es fascinante y nos lleva por un viaje desde el uso de ácidos peligrosos en cápsula de vidrio hasta una huelga que ocurrió a fines del siglo 19 en Inglaterra para mejorar las condiciones de trabajo de las mujeres que fabricaban fósforos. De ahí a un viaje por una isla que por esas cosas de la vida y por tener yacimientos de fosfatos se convirtió en el país más obeso del mundo. Historias de fósforo tendremos el día de hoy en la ciencia pop

2. PATREON

3. PRIMERA PARTE

El fósforo es un elemento esencial para la vida (al menos como la conocemos en este planeta) y forma parte de moléculas tan diversas como los ácidos nucleicos –ADN y ARN– o los fosfolípidos, moléculas que forman parte de las membranas de las células. El año 2010 la NASA anunció –y con gran pomposidad– que habían descubierto una bacteria en un lago salado de California que, cuando era crecida en ausencia de fósforo, podía reemplazarlo (al menos en un pequeño porcentaje) con arsénico. Este estudio (publicado en la revista Science en 2011) ha sido duramente criticado por su falta de rigurosidad experimental y existe consenso con respecto a que no se muestra evidencia concluyente que apoye las conclusiones de los autores. La NASA fue criticada también, pues el anuncio se hizo a través de una conferencia de prensa en la que se adelantó que el hallazgo “impactaría la búsqueda de evidencia de vida extraterrestre”, algo ciertamente desproporcionado teniendo en cuenta la calidad de la evidencia disponible. 

El fósforo es un elemento extremadamente reactivo, por lo que en la naturaleza no se encuentra sencillamente como fósforo, sino que formando parte de otras moléculas. El fósforo puro en estado sólido se puede obtener en el laboratorio y tiene dos formas principales: el fósforo blanco es una molécula formada por 4 átomos de fósforo en la que cada átomo está unido a los otros tres, formando un tetraedro. Es una molécula extremadamente reactiva y se debe almacenar sin contacto con el oxígeno, generalmente inmerso en algún tipo de aceite mineral inerte. El fósforo rojo es otra de las formas sólidas del fósforo puro y es una suerte de molécula hecha de repeticiones de los tetraedros de fósforo blanco. Estas fromas alternativas para un mismo elemento en un mismo estado (en este caso, sólido) se conoce con el nombre de alótropos. El grafito y el diamante son alótropos del carbono: ambas formas puras de carbono, pero tienen estructuras, propiedades y abundancias diferentes. Lo que influye en su precio de venta y valor implícito. Por eso nadie regala anillos de grafito, aunque en estricto rigor están hechos de lo mismo… 

El descubrimiento del fósforo se atribuye al alquimista alemán Hennig Brand en 1669. Brand, como todos los alquimistas, estaba buscando la piedra filosofal, pero como ninguno, la fue a buscar en la orina. Así, trabajando en Hamburgo, Brand intentó crear la piedra filosofal a través de la destilación de la orina (probablemente la de él mismo), y en el proceso produjo un material blanco, que brillaba de color verde en la oscuridad y que ardía con una luz muy brillante. Fue nombrado fosfurus mirabilis («portador milagroso de luz») 

El proceso de Brand originalmente implicaba dejar que la orina reposara durante días hasta que emitiera un olor terrible. Luego lo redujo a una pasta, calentó esta pasta a una temperatura alta y condujo los vapores a través del agua, donde esperaba que se condensara para formar oro. En cambio, obtuvo una sustancia blanca con textura cerosa y que brillaba en la oscuridad. Ahora sabemos que Brand produjo fosfato de sodio y amonio. 

Más tarde se descubrió que la orina fresca también servía y que no era necesario dejar que se pudriera primero. Para alegría de todos los que convivían con algún alquimista. 

Al principio, Brand intentó mantener el método en secreto, pero luego vendió la receta en 6 kilos de plata a un hombre de Dresden, que recorrió gran parte de Europa fabricando fósforo, hasta que finalmente se filtró el ingrediente secreto. 

A nivel industrial, una de las aplicaciones más tempranas del fósforo fue la fabricación de… los fósforos, esas pequeñas varillas de madera o de papel pegado con cera (de ahí el nombre cerillas) que permiten obtener fuego de manera instantánea. Claro que encender fuego no siempre fue tan sencillo.

Antes del uso de fósforos, a se producía fuego usando una lente para enfocar el sol en maleza seca, como muy probablemente muchos de ustedes lo hicieron cuando eran niñas o niños… un método que solo podía funcionar de día y siempre y cuando estuviera despejado. Otro método más común era encender maleza seca usando chispas producidas al golpear un pedernal con una manopla de acero, algo similar al mecanismo que se usa para generar una chispa en los encendedores a gas modernos. Este método era uno de los más comunes en la antigüedad y claramente era muy poco práctico. 

El primer sistema moderno auto-inflamable para producir fuego fue inventado en 1805 por Jean Chancel, asistente del profesor Louis Jacques Thénard de París. La cabeza de este precursor de los fósforos modernos consistía en una mezcla de clorato de potasio, azufre, azúcar y caucho. Este fósforo se encendía sumergiendo su punta en una pequeña botella llena de ácido sulfúrico.Como podrán imaginar, este tipo de fósforos tan complejo y peligroso nunca prendió… comercialmente hablando. 

El primer fósforo relativamente práctico se llamaba ‘Promethean Match’ y fue patentado por Samuel Jones 1828 en Londres. Consistía en una pequeña cápsula de vidrio que contenía ácido sulfúrico recubierto en el exterior con clorato de potasio, todo lo cual estaba envuelto en rollos de papel. El encendido de estos peculiares fósforos se conseguía aplastando la cápsula con un par de alicates, liberando y mezclando los componentes para generar fuego. Eran tan peligrosos como engorrosos de usar. Además, eran costosos de fabricar, por lo que nunca llegaron a convertirse en un producto exitoso. 

El primer fósforo de fricción exitoso fue inventado en 1826 por John Walker, un químico y farmacéutico inglés que había desarrollado un gran interés en tratar de encontrar un medio para obtener fuego fácilmente. A esa altura ya se conocían varias mezclas químicas que podía producir fuego, pero no se había encontrado una forma sencilla de transmitir la llama a una sustancia de combustión más lenta, como la madera. 

Mientras Walker estaba preparando una de sus mezclas, una de sus preparaciones se combustionó por una fricción accidental. Inmediatamente apreció el valor práctico del descubrimiento y comenzó a hacer combinaciones que funcionaran por fricción. Su primer prototipo consistía en tablillas de madera o de cartón impregnados con azufre y cubiertos con una mezcla de sulfuro de antimonio, clorato de potasa y goma. El azufre ayudaba a la combustión inicial, pero evidentemente tenía olor a azufre quemado. Esto mejoró con la adición de alcanfor a la mezcla. 

Con cada caja de esos fósforos se incluía un trozo de papel de lija para rasparlos. Walker los bautizó como «Congreves» en honor al inventor de cohetes Sir William Congreve y nunca divulgó la composición exacta de sus fósforos, los que por cierto  eran bastante peligrosos y grandes chispas caían al suelo regularmente al encenderlos, quemando a su paso alfombras y vestidos, lo que llevó a su prohibición en Francia y Alemania. 

En 1829, el escocés Sir Isaac Holden inventó una versión mejorada de los fósforos Congreves y Samuel Jones, un químico de Londres que se enteró de esto, patentó y comercializó estos fósforos, a los que llamó Lucifer. Estos tuvieron una serie de problemas: una reacción violenta inicial, una llama inestable, olores desagradables y mucho humo. Bueno, al menos el nombre estaba bien puesto.

Los Lucifers fueron reemplazados rápidamente después de 1830 por fósforos hechos de acuerdo con el proceso ideado por el francés Charles Sauria, quien sustituyó el sulfuro de antimonio por fósforo blanco. 

Estos nuevos fósforos, hechos esta vez sí de fósforo,tenían que mantenerse en cajas de metal herméticas para que no reaccionaran con el oxígeno y se hicieorn bastnate populares en EEUU 

De 1830 a 1890, la composición de estos fósforos permaneció en gran medida sin cambios, aunque se hicieron algunas mejoras. En 1843 William Ashgard reemplazó el azufre con cera de abejas, reduciendo lo molestodel humo de la combustión. 

Finalmente, los fósforos que dominaron el mercado en la segunda mitad del siglo 19 estaban hechos de madera de álamo o pino canadiense impregnados en un extremo con azufre y luego con una mezcla de fósforo blanco, clorato de potasio, sulfuro de antimonio, vidrio en polvo y colorante. Hasta el 10 % de la cabeza de los fósforos en aquella época correspondía a fósforo blanco.

A fines del siglo 19, más de 4.000 personas trabajaban en 25 fábricas de fósforos en Inglaterra con muy bajos sueldos y en condiciones de gran abuso laboral. No solo eso, 23 de esas fábricas usaban fósforo blanco para elaborarlos, en cantidades suficientemente grande como para matar a una persona. Pero ese no era el peor problema, ya que las personas que trabajaban en las fábricas de fósforos, y que inhalaban constantemente los vapores del fósforo blanco, comenzaron a desarrollar una enfermedad llamada fosfonecrosis de la mandíbula. Esta se produce porque los vapores de fósforo blanco en condiciones de humedad forman moléculas pertenecientes a una familia llamada bisfosfonatos, que interfieren en el metabolismo del hueso de la mandíbula, que se renueva cada cierto número de días. Al interferir en ese proceso, el hueso de la mandíbula muere, sufre necrosis y de destruye en un corto período de tiempo, generando abscesos, deformidad, pérdida de hueso y en el 20% de los casos resultaba fatal. Los empleados de la fábrica fueron a pedirle a los dueños que por favor arreglaran esto, y todo se solucionó rápidamente… perdón, estaba leyendo otra cosa… como en otras ocasiones, la única forma de cambiar este escenario fue con huelgas y protestas callejeras, las que terminaron por modificar la forma de fabricar fósforos y, por otro lado, la búsqueda de nuevas fuentes de fosfato, esta vez para usar como fertilizantes, generó una afiebrada búsqueda de yacimientos y transformó completamente a los habitantes de un país. Pero de todo eso hablaremos después de esta pausa.

4. MICRAE

5. SEGUNDA PARTE

En la década de 1880, la fábrica de fósforos inglesa Bryant & May empleaba a casi 5,000 personas, la mayoría mujeres inmigrantes.

Y a los trabajadores se les pagaban tarifas diferentes por completar una jornada laboral de diez horas, y su salario dependía del tipo de trabajo realizado, pero la mayoría de los trabajadores nunca obtenían la paga completa porque los capataces aplicaban a los trabajadores una serie de multas en dinero. Por ejemplo, se descontaban 3 días de salario por tener un puesto de trabajo desordenado, por hablar o tener los pies sucios; algo que era muy frecuente ya que los zapatos eran demasiado caros y muchos trabajadores sencillamente no tenían zapatos. También descontaban 5 días de salario por llegar tarde al trabajo y en muchos casos las mujeres tenían que llevar de su casa el pegamento que usaban. 

También era común que las trabajadoras fabricaran las cajas de fósforos en sus casas, un sistema de trabajo muy común en esa época y que permitía a las empresas no tener que dar cuenta de esos empleados, los que no estaban protegidos por las leyes laborales. La empresa Bryant y May estaban al tanto de la fosfonecrosis de la mandíbula y si un trabajador se quejaba de tener dolor de muelas, se les pedía que les quitaran los dientes inmediatamente o los despedían. 

En 1871 las mujeres que trabajan en las fábricas de fósforos organizaron una marcha al parlamento para protestar por sus condiciones de trabajo –principalmente por sus bajos sueldos y la aplicación de multas arbitrarias– y fueron brutalmente reprimidas por la policía. Durante años hubo protestas que jamás fueron atendidas y finalmente, en 1881 hubo una gran huelga, algo que se repitió durante los últimos años del siglo 19. La más grande de todas las huelgas ocurrió en julio de 1888 y paralizó por completo la fábrica de Bryant and May. Finalmente, el 16 de julio de 1888 se llegó a un acuerdo que señalaba que la empresa debía proveer todos los materiales para la fabricación de fósforos y se debían eliminar las multas en dinero a las trabajadoras.

Además y de manera muy relevante, se estableció un área separada para que las operarias pudieran comer sin estar expuestas al fósforo. Estos términos fueron aceptados y la huelga terminó.

En 1891, el Ejército de Salvación abrió su propia fábrica de fósforos en Londres, reemplazando el fósforo blanco por el menos tóxico fósforo rojo y pagando mejores salarios. Parte de la razón que tuvo el ejército de salvación para montar esta fábrica de fósforos fue el deseo de mejorar las condiciones sobretodo de quienes trabajaban en su casa, principalmente de los niños. 

Actualmente los fósforos están hechos con clorato de potasio, fosfato de amonio, cera de parafina y pegamento. El raspador está hecho de fósforo rojo mezclado con un material abrasivo, que cuando es raspado genera una pequeña cantidad de fósforo blanco que inicia la reacción de combustión. 

Debido a su alta reactividad, el fósforo no se encuentra como sencillamente fósforo en la naturaleza, sino que formando parte de moléculas como apatita o bien como fosfatos (un átomo de fósforo unido a cuatro átomos de oxígeno) en algunos yacimientos. 

Debido a su importancia industrial y biológica, los yacimientos de fosfato –una de las formas más comunes del fósforo– se convirtieron en reservas muy estratégicas y codiciadas. La gran mayoría de los compuestos de fósforo extraídos se consumen como fertilizantes. El fosfato es necesario para reemplazar el fósforo que las plantas eliminan del suelo, y su demanda anual aumenta casi dos veces más rápido que el crecimiento de la población humana.

El fósforo ya se había obtenido de orina y cenizas de huesos, pero fueron los yacimientos de guano los que más se explotaron a mediados del siglo 19. Sin embargo, esas reservas pronto se agotaron y se fijó la vista en otras fuentes.  

Así, a fines del siglo 19, existían varias compañías de capitales europeos que exploraban diferentes lugares en busca de yacimientos de fosfatos. Una de las zonas donde los buscaban eran las pequeñas islas de Oceanía que se encuentran al noreste de Australia. 

En 1899, en barco Lady M –perteneciente a la Compañía de las Islas del Pacífico– recaló en la pequeña y casi inexplorada isla de Nauru, de apenas 21 km2. Uno de sus tripulantes, Henry Denson, encontró una extraña roca mientras caminaba por la isla y decidió llevársela como recuerdo. Más tarde alguien le explicó que probablemente se trataba de un trozo de madera fosilizada y la roca terminó sus días como tope de una puerta en la oficina de la compañía en Sídney. Y se hubiera quedado ahí para siempre si no fuera porque a fines de ese mismo año Albert Ellis, un empleado de la Compañía de las Islas del Pacífico, fue transferido a la oficina de Sídney. El señor Ellis –que se dedicaba a la prospección de fosfato– vio la roca usada como tope de puerta y le pareció que era fosfato, no madera fosilizada. Se quedó con la duda y tres meses después decidió hacer un análisis de laboratorio, el que confirmó sus sospechas: se trataba de una roca de fosfato de la más alta pureza . Rápidamente comenzaron las negociaciones para explotar el fosfato de la isla de Nauru. 

Los habitantes de la Isla –a quienes no les preguntaron su opinión al respecto– llevaban una vida sencilla. Vivían del cultivo de algunas plantas –incluyendo palmeras que crecían en el borde costero– y además habían implementado un sistema de cultivo de peces en una laguna interior. Para esto, tomaban las ovas desde los arrecifes de coral y las transportaban en una mitad de coco hasta la laguna. Ahí los peces crecían y, cuando tenían un tamaño adecuado, los sacaban con redes. De esta forma, la dieta de los habitantes de Nauru estaba constituida principalmente por pescados y vegetales. Y sí, eran tipos atléticos, como revelan las fotos de principios del siglo 20 que existen de sus habitantes. 

Pero el fosfato cambió a Nauru para siempre. La explotación del fosfato a partir de 1903 trajo un enorme auge económico en la isla, el que se vio acentuado cuando se independizaron en 1968. A partir de ese momento, Nauru se convirtió en uno de los países más ricos del mundo debido a las ganancias por la explotación de fosfato, al punto en que en la isla nadie necesitaba trabajar: el estado, muy rico, subvencionaba todo y nadie pagaba impuestos. Sin embargo, décadas de explotación minera le pasaron la cuenta a la isla; sus suelos estaban erosionados y ya no crecían peces en la laguna. Lo que sí tenían era dinero, así que comenzaron a importar toda su comida. Pero era toda comida ultraprocesada, saturada de azúcar y grasa, y con poca fibra

La dieta en la pequeña isla de Nauru, que llegó a tener unos de los PIB más altos del mundo, pasó de ser una basada en pescado y vegetales a otra compuesta casi exclusivamente por comida ultra procesada, baja en fibra, rica en grasas y azúcar y alta en sodio.  No solo eso, a fines de los 90s el fosfato se acabó y los suelos de la isla estaban degradados. En paralelo, los líderes de la isla descubrieron que habían tomado muy malas decisiones sobre cómo invertir su dinero y la corrupción hizo el resto: el país estaba en la bancarrota. 

Actualmente los habitantes de Nauru se encuentran entre los más obesos del mundo: datos de la Federación Mundial de la Obesidad indican que el 56% de los hombres y el 61% de las mujeres son obesos y la tasa de diabetes de tipo 2 es de las más altas que existen. Así, debido a la explotación irresponsable del fosfato, a la falta de planificación y a la corrupción, la isla de Nauru quedo ecológicamente destruida y su habitantes, pobres, obesos y enfermos.

Y probablemente, con ganas de salir a quemarlo todo… usando fósforos. 

Esa fue nuestra incendiaria historia de hoy, nosotros nos encontramos la próxima semana. Recuerden que este podcast tiene estrenos cada viernes a las 8:00 de la mañana hora de Chile. Que estén muy bien, lávense las manos.