Dye Me a River: cómo un revolucionario compuesto colorante textil contaminó una vía fluvial [Extracto] | Shijiazhuang Agile Peak Ventures Co., Ltd.

Cuando se sintetizó el tinte de anilina a partir del alquitrán de hulla, pocos estudiaron lo que dejó el proceso de fabricación.

La gran idea que transformaría Toms River y remodelaría la economía mundial nació en 1856 en el laboratorio del ático de un precoz estudiante de química de dieciocho años llamado William Henry Perkin, que vivía con su familia en el East End de Londres. Eran las vacaciones de Semana Santa y Perkin estaba usando el tiempo libre para trabajar en algunos experimentos con alquitrán de hulla sugeridos por su mentor en el Royal College of Chemistry, August Wilhelm von Hofmann.

Nadie en el mundo sabía más sobre las propiedades químicas del alquitrán de hulla que Hofmann, y el alquitrán de hulla era un compuesto muy importante que había que conocer. Podría decirse que fue el primer desecho industrial a gran escala. A mediados del siglo XIX, el gas de carbón y el coque sólido habían reemplazado a las velas, los aceites animales y la madera como las fuentes más importantes de luz, calor y combustible para cocinar en muchas ciudades europeas y estadounidenses. Tanto el gas de carbón como el coque se derivaron de la quema de carbón a altas temperaturas en ausencia de oxígeno, un proceso que dejó un líquido marrón espeso y maloliente que se llamó alquitrán de hulla porque se parecía al alquitrán de pino que se usa para impermeabilizar barcos de madera. Pero el alquitrán de hulla sin destilar no era un buen sellador y también era nocivo y, por lo tanto, muy difícil de eliminar. Al quemarlo se producía un humo negro peligroso, y al enterrarlo se mataba la vegetación cercana. Las dos prácticas de eliminación más comunes para el alquitrán de hulla, verterlo en pozos abiertos o vías fluviales, obviamente eran desagradables. Pero Hofmann, un expatriado de Hesse que era un experimentador infinitamente paciente, estaba convencido de que el alquitrán de hulla podía convertirse en algo útil. Ya había establecido un historial de hacerlo en el Royal College of Chemistry, donde fue el director fundador. Sabiendo que los diversos componentes del alquitrán de hulla se vaporizaban a diferentes temperaturas a medida que se calentaba, Hofmann pasó años separando sus muchos ingredientes. En la década de 1840, su trabajo había ayudado a lanzar la industria del "decapado" de la madera, en la que las traviesas de ferrocarril y los postes de telégrafo se protegían de la descomposición sumergiéndolos en creosota, hecha de alquitrán de hulla. Pero los decapados de madera no estaban interesados en los componentes más livianos y volátiles del alquitrán de hulla, que todavía no eran más que desechos tóxicos, más tóxicos, de hecho, que el alquitrán de hulla sin destilar. Así que Hofmann y sus alumnos siguieron experimentando.

Uno de esos estudiantes fue el joven William Perkin. Hofmann lo hizo trabajar en un proyecto que consistía en descomponer algunos componentes clave del alquitrán de hulla en sus bases nitrogenadas, las aminas. Hofmann sabía que la quinina, el único tratamiento eficaz para la malaria y, por lo tanto, vital para el Imperio Británico, también era una amina, con una estructura química muy similar a la de varios componentes del alquitrán de hulla, incluida la nafta. También sabía que la corteza de los árboles de quina peruana era la única fuente de quinina, razón por la cual la medicina era costosa y muy difícil de conseguir. Pero, ¿y si la droga milagrosa pudiera sintetizarse a partir de nafta o algún otro ingrediente no deseado del alquitrán de hulla? Hofmann no pensó que pudiera, pero lo consideró un proyecto adecuado para su prometedor protegido adolescente.

Perkin aceptó con entusiasmo el desafío; como su mentor Hofmann, era un experimentador obsesivo. Perkin se puso a trabajar durante sus vacaciones de Semana Santa, mientras Hofmann estaba en Alemania. Trabajando en un pequeño y sencillo laboratorio en el último piso de la casa de su familia, Perkin decidió experimentar con tolueno, un componente tóxico del alquitrán de hulla que luego desempeñaría un papel importante en Toms River. Perkin aisló un derivado llamado alil-toluidina, luego trató de transformarlo en quinina oxidándola en una mezcla con dicromato de potasio y ácido sulfúrico. Cuando terminó, su tubo de ensayo contenía un polvo de color negro rojizo, no la medicina clara que esperaba ver. Así que Perkin lo intentó de nuevo, esta vez eligiendo una amina más simple llamada anilina, que se derivaba del benceno, otro componente del alquitrán de hulla que se volvería notorio más tarde. Una vez más, lo mezcló con dicromato de potasio y ácido sulfúrico, y nuevamente el experimento fracasó. Esta vez, una sustancia negra y pegajosa estaba en el fondo de su tubo de ensayo, y ciertamente no era quinina.

Sin embargo, cuando Perkin lavó la sustancia pegajosa negra del tubo de ensayo, vio algo que lo intrigó: un residuo púrpura brillante en el vidrio. El color era vivo y se adhería obstinadamente al cristal. Aún más interesante, cuando trató la suciedad con alcohol, su color púrpura se transfirió perfectamente a un paño de algodón que usó para limpiar sus tubos de ensayo. Perkin se había topado con la magia molecular de la anilina. El benceno, el tolueno y otros componentes del alquitrán de hulla eran incoloros porque absorbían luz ultravioleta indetectable por el ojo humano. Pero si esos hidrocarburos aromáticos se trataron con un ácido para crear anilina u otra amina, después de algunos pasos adicionales, las moléculas recién sintetizadas absorbieron de manera muy eficiente partículas de luz de longitudes de onda específicas en el espectro visible. El joven químico no sabía por qué el color resultante era tan vívido; la capacidad de las moléculas para absorber fotones en longitudes de onda específicas basadas en la estructura de sus enlaces de electrones compartidos no se resolvería hasta dentro de cincuenta años. Ni siquiera sabía exactamente lo que había creado; la estructura molecular precisa de su nuevo químico no se deduciría hasta la década de 1990. Pero Perkin no necesitaba nada más que sus propios ojos para saber que lo que había en el fondo de su tubo de ensayo podría resultar muy útil, especialmente después de que su color se transfiriera tan perfectamente a la tela de algodón. Unos meses antes, Perkin y un compañero de estudios habían intentado sintetizar un tinte textil y fallaron; ahora, de alguna manera, había tenido éxito al intentar crear un medicamento para la malaria. Como sabía Perkin, quien creara el primer tinte artificial capaz de teñir la seda, el algodón y otras telas con un hermoso color podría hacerse muy rico. Quizás, pensó el adolescente, su experimento fallido podría no ser un fracaso después de todo.

Los tintes eran un gran negocio, y siempre lo habían sido. El impulso humano de vestir nuestros cuerpos de color es primordial; Las culturas antiguas, desde la India hasta las Américas, coloreaban su ropa y su piel con tintes extraídos de la madera, los animales y las plantas con flores. El tono más célebre del mundo antiguo, con diferencia, era el púrpura de Tiro. Solo podría producirse a partir de las secreciones de la mucosa lechosa de varias especies de caracoles marinos, o buccinos, especialmente uno en el Mediterráneo oriental conocido como el tinte espinoso-murex. El tinte púrpura rojizo era apreciado porque tenía un tono deslumbrante y era cada vez más escaso. Cada murex normalmente producía solo unas pocas gotas de tinte, y solo cuando recién se pescaba. Era un color de origen legendario, supuestamente descubierto por Heracles (Hércules, para los romanos). Según la mitología griega, el gran héroe vio que la boca de su perro se teñía de púrpura después de masticar conchas en la costa levantina. Heracles consideró que el tono era tan magnífico que le regaló una túnica púrpura al rey de Fenicia, quien rápidamente declaró que el color era un símbolo de realeza e hizo de Tiro el centro de producción de tinte murex del mundo antiguo. Y es por eso que, en los idus de marzo del año 44 a. C., Julio César vestía su túnica ceremonial de la púrpura de Tiro cuando fue asesinado por Bruto en la casa del senado de Roma. También es por eso que, trece años más tarde, en la Batalla de Actium, las velas de la barcaza real de Cleopatra se tiñeron de un púrpura intenso.

Con la caída del Imperio Romano, el elaborado sistema de cultivo de murex y producción de tintes establecido por los romanos desapareció, al igual que el propio tono púrpura. Siguió un milenio de grises, marrones y negros. Una nueva industria de tintes finalmente surgió a fines de la Edad Media, lo que permitió a los cardenales católicos cubrirse con escarlata extraído de las conchas de pequeños insectos kermes y tapiceros para tejer con rojos vivos de árboles de madera de tinte nativos de India y Brasil. También había morados, en su mayoría de líquenes, pero eran pálidos y se desvanecían rápidamente. El púrpura rojizo profundo de César y Heracles, matiz de poder y riqueza, monarca de los colores, ya no estaba en la paleta del tintorero. Se había ido, sustentado sólo en la leyenda.

Y entonces, de repente, allí estaba, aferrándose tenazmente a las paredes de vidrio de los tubos de ensayo de William Henry Perkin, de dieciocho años, sin un caracol de mar a la vista. En seis meses, Perkin había patentado su proceso de fabricación de tintes y renunció al Royal College of Chemistry (a pesar de las objeciones de su mentor, Hofmann, quien pensó que estaba siendo imprudente) para dedicarse a la fabricación del tinte que primero llamó Tyrian. púrpura. Más tarde cambió a una denominación que pasaría a la historia como el primer producto comercial de la industria química sintética: malva de Perkin o malva. Al principio, Perkin y su hermano, Thomas, hacían su tinte en el taller del último piso de William. Luego cambiaron al jardín detrás de la casa familiar y, finalmente, a una fábrica en las afueras de Londres junto al canal Grand Junction. Afortunadamente para los hermanos Perkin, el violeta claro pasó a ser très chic en los salones de París y Londres en 1857 y 1858. El malva, como lo llamaban los franceses, era el tono favorito tanto de la emperatriz Eugenia de Francia como de su amiga íntima, la reina Victoria de Inglaterra. El nuevo tinte de Perkin no solo era más brillante que los malvas que sus competidores franceses producían laboriosamente a partir de líquenes, sino que también era mucho más barato. Gracias a Perkin, cualquier mujer a la moda podía permitirse el lujo de usar el color favorito de Eugénie, y en 1858 casi todas lo hacían. Las casas de tintes de Europa se dieron cuenta, crearon sus propios programas intensivos de investigación en química de anilina y enviaron delegaciones a Londres para negociar el acceso a los secretos de fabricación de Perkin.

Dos fabricantes de tintes rivales de Basilea, Suiza, se encontraban entre los observadores más cercanos del éxito de Perkin. Johann Rudolf Geigy-Merian formaba parte de la cuarta generación de Geigys en el negocio de la madera para teñir en Basilea; su bisabuelo Johann Rudolf Geigy-Gemuseus había fundado la firma cien años antes en 1758. Su competidor

Alexander Clavel era relativamente nuevo en Basilea y ni siquiera era suizo. Clavel era un francés que se instaló en Basilea porque esa ciudad, situada estratégicamente sobre el río Rin entre Alemania y Francia, era un próspero centro del comercio textil. Geigy-Merian y Clavel compartían la fascinación por el avance de Perkin en la química de la anilina y los tintes más baratos y brillantes que producía. Su entusiasmo se aceleró con el descubrimiento, en 1858, del segundo gran tinte de anilina. Era un rojo brillante llamado fucsina que se podía producir incluso más barato que el malva de Perkin.

Para Geigy y Clavel, no parecía haber ninguna razón para no tratar de superar a Perkin Perkin, especialmente porque el joven inglés no había logrado obtener patentes en ningún país excepto en el suyo. Incluso si lo hubiera hecho, no habría importado, ya que Suiza no hizo cumplir las patentes y no reconocería ningún proceso químico como propiedad intelectual protegible durante otros cincuenta años. (Los resentidos franceses llamaron a Suiza le pays de contre-facteurs, la tierra de los falsificadores, mientras que los alemanes aún más enojados la llamaron der Räuber-Staat, la nación de los piratas). Geigy y Clavel no se molestaron en intentar negociar con Perkin; había discutido sus métodos con tanta gente que ahora eran efectivamente de dominio público, al menos en la Suiza libre de patentes. A fines de 1859, Geigy y Clavel habían establecido cada uno su propia y próspera operación de fabricación de tintes de anilina en Basilea, a unas pocas millas uno del otro en canales cerca del Rin. Al hacerlo, encaminaron a sus empresas para convertirse en dos de los fabricantes de productos químicos más grandes del mundo y socios eventuales en una operación de fabricación en expansión en una pequeña ciudad de Nueva Jersey que tenía su propia historia de piratería: Toms River.

Durante los siguientes diez años de frenética actividad a lo largo del Rin, tanto en Alemania como en Suiza, la producción de tintes de anilina (morados, rojos y negros primero, luego todos los colores del arcoíris) transformó una pequeña empresa familiar tras otra en colosos internacionales. . Para 1870, gracias a los nuevos tintes sintéticos, la mayoría de las empresas que dominarían la industria química durante el siguiente siglo y medio se habían establecido como actores globales. La lista incluía a Geigy, Bayer, Hoechst, Agfa (un acrónimo de Aktiengesellschaft für Anilinfabrikation, o la Corporación para la Producción de Anilina), y la más grande de todas, BASF, que significa Badische Anilin-und Soda-Fabrik, o Baden Aniline and Fábrica de refrescos. La empresa de Alexander Clavel también prosperó, especialmente después de que la vendió en 1873. Once años más tarde, la empresa tomó el nombre de Gesellschaft für Chemische Industrie im Basel, Sociedad para la Industria Química en Basilea, o Ciba para abreviar. El tercer gran fabricante de tintes de Basilea, Sandoz, saltó al juego poco después, en 1886.

El éxito de las empresas comenzó con la apropiación de la gran idea de Perkin, pero no terminó ahí. Una decisión aún más importante fue seguir el instinto de su mentor, Hofmann, separando el alquitrán de hulla y encontrando usos para todas sus partes constituyentes, no solo para la anilina. Después de los tintes de anilina, derivados del benceno, vinieron los magentas hechos de tolueno, los rojos de antraceno, los rosas de fenol y los índigos de naftalina. Todos estos eran hidrocarburos, los bloques de construcción abundantes y económicos de la química orgánica. Los hidrocarburos resultaron extremadamente útiles para el nuevo mundo de la fabricación química por la misma razón que el hidrógeno y el carbono son vitales para la química de la vida. Cuando los átomos de hidrógeno y carbono forman moléculas, tienden a organizarse en estructuras duraderas de anillos y cadenas largas en las que los átomos se unen fuertemente a través de electrones compartidos. Hace unos cuatro mil millones de años, la fuerza de esos enlaces hidrógeno-carbono permitió que moléculas cada vez más complejas (aminoácidos, ADN y proteínas) se formaran a partir de la sopa primordial, haciendo posible la vida. Ahora, sobre la plataforma estable de los polímeros de hidrocarburos en el alquitrán de hulla, los químicos comenzaron a construir una galaxia de nuevos materiales que eran más fuertes, más atractivos y más baratos que los que proporcionaba la naturaleza.

Primero fueron los tintes, seguidos pronto por las pinturas, los solventes, las aspirinas, los edulcorantes, los laxantes, los detergentes, las tintas, los anestésicos, los cosméticos, los adhesivos, los materiales fotográficos, los techos, las resinas y los primeros plásticos primitivos, todos sintéticos y todos derivados del alquitrán de hulla, el manantial de la química comercial. (Los champús y jabones de alquitrán de hulla también llegaron, y todavía están disponibles en forma muy diluida como tratamientos aprobados para la psoriasis y los piojos). El valle del Ruhr de Alemania, con sus vastos depósitos de carbón bituminoso, se convirtió en el corazón industrial de Europa y, por lo tanto, del mundo. La revista satírica británica Punch, que en 1859 satirizó el "sarampión malva" como una epidemia de la moda que debería tratarse con una "dosis de ridículo", en 1888 cantaba las alabanzas de la química de la anilina, con solo un matiz de sarcasmo:

Hermoso alquitrán, el brillante resultado del carbón negro y la luz amarilla del gas, de los productos modernos más maravillosos hasta ahora, alquitrán de las fábricas de gas, ¡hermoso alquitrán! . . .

Aceite, y ungüento, y cera, y vino, Y los hermosos colores llamados anilina; Puedes hacer cualquier cosa, desde un ungüento hasta una estrella, Si tan solo sabes cómo hacerlo, del alquitrán negro.

Cuando los fabricantes de productos químicos finalmente se expandieron más allá de la química del alquitrán de hulla a fines del siglo XIX, lo hicieron adaptando sus protocolos de fabricación al petróleo y otras materias primas, produciendo así una gama aún mayor de productos tremendamente exitosos, desde acetona hasta X- placas de rayos Ciba incluso adquirió sus propios depósitos de petróleo de esquisto en los Alpes como nueva materia prima. Cuando los tres grandes fabricantes de productos químicos con sede en Basilea (Ciba, Geigy y Sandoz) formaron una alianza para fabricar tintes y otros productos en los Estados Unidos, primero en Cincinnati, Ohio, en 1920 y luego en Toms River en 1952. la industria había demostrado ser capaz de sintetizar casi cualquier material natural.

Era un negocio fenomenalmente rentable, siempre y cuando nadie prestara demasiada atención a lo que dejaba el proceso de fabricación.

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