Vladimir Ipatieff

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Vladimir Nikolayevich Ipatieff (también Ipatyev; en ruso: Владимир Николаевич Ипатьев); (21 de noviembre de 1867 (9 de noviembre según el calendario Juliano) – 29 de noviembre de 1952) fue un químico ruso y estadounidense. Sus contribuciones más importantes son en el campo de la química del petróleo y los catalizadores.

Infancia y educación básica

Nacido en Moscú, Ipatieff estudió primero artillería en la Academia de Artillería Mikhailovskaya de Petersburgo, y posteriormente estudió química en Rusia con Alexei Yevgrafovich Favorskii y en Alemania.

Vladimir Ipatieff (1943)
Vladimir Ipatieff (1943)

El protagonismo de su familia extensa queda ilustrado por el hecho de que el exterminio del zar Nicolás Romanoff, la emperatriz y el resto de la familia real, el 17 de julio de 1918, tuvo lugar en el sótano de una casa de vacaciones propiedad de la familia Ipatieff en Ekaterimburgo.

De adolescente, Ipatieff asistió a la escuela militar de San Petersburgo, centrándose en cursos de matemáticas y artillería. A continuación, comenzó a dar clases de esas materias y, según sus memorias, utilizaba su tiempo libre para estudiar química leyendo libros de texto de Dimitri Mendeleev y Nikolai Menshutkin. Ipatieff se graduó en 1887, a los 20 años, y se convirtió en oficial del ejército del zar. Sus altas calificaciones en la escuela le valieron una pequeña bonificación del gobierno que utilizó para construir un laboratorio casero, donde adquirió una experiencia práctica rudimentaria en química.

Primeras investigaciones

Después de servir como oficial de campo durante dos años, Ipatieff regresó a la academia militar de San Petersburgo como estudiante de nivel superior (o graduado). Allí comenzó a investigar las propiedades del acero que se utilizaba para fabricar sistemas de artillería. Ese trabajo dio lugar a su primer artículo de investigación, publicado en una revista de artillería en 1892, el mismo año en que fue nombrado instructor de química en la academia. Las investigaciones de Ipatieff sobre los metales le llevaron a desarrollar reactores químicos de acero para llevar a cabo reacciones de compuestos orgánicos. Esto dio lugar a algunos de los trabajos por los que es más conocido.

Vladimir Nikolayevich Ipatieff (1867-1952). La imagen fue realizada en 1914. Ipatieff lleva el uniforme de teniente general
Vladimir Nikolayevich Ipatieff (1867-1952). La imagen fue realizada en 1914. Ipatieff lleva el uniforme de teniente general

Alrededor del cambio de siglo, Ipatieff hizo un descubrimiento fundamental: las reacciones químicas pueden verse influidas por las paredes del recipiente en el que se producen, como las paredes interiores de un reactor de acero.

Descubrimiento de la catálisis heterogénea

Uno de los casos que estudió Ipatieff fue el del alcohol isoamílico. Comprobó que al hacer pasar el alcohol por un tubo de hierro calentado se desprendía el hidrógeno del extremo de la molécula, produciendo el correspondiente aldehído e hidrógeno molecular. No se produjo ninguna reacción cuando utilizó un tubo de cuarzo. Ipatieff determinó que el contacto con la superficie interior del tubo de hierro provocaba la deshidrogenación de varios tipos de alcoholes -formas primarias, secundarias y terciarias-, formando aldehídos, cetonas y alquenos, respectivamente. Etiquetó estos fenómenos como «reacciones de contacto». El término actual es catálisis heterogénea.

Al reconocer que las superficies de los sólidos inorgánicos podían estimular las reacciones orgánicas, Ipatieff pasó a realizar estudios sistemáticos de los metales y los óxidos metálicos, especialmente como catalizadores para la deshidratación del alcohol. Descubrió que el comportamiento catalítico -en particular, la eficacia o eficiencia de un catalizador- podía mejorarse dispersando finamente las partículas del catalizador en un soporte inerte e incluyendo pequeñas cantidades de zinc o cobre en el soporte. Este tipo de aditivos, que ahora se denominan promotores, se siguen utilizando hoy en día en las reacciones industriales.

Ipatieff determinó que la γ-alúmina, un tipo de óxido de aluminio, funciona como un catalizador de deshidratación muy eficaz, especialmente para convertir el etanol en etileno. Nicholas señala que este trabajo de conversión de etanol en etileno llevó posteriormente a Ipatieff a desarrollar métodos para convertir el etanol en otros alquenos, como el butadieno, un material clave necesario para la fabricación de caucho. En la década de 1940, estos procesos se utilizaban en la Unión Soviética y en Estados Unidos para fabricar cientos de miles de toneladas de butadieno al año. Todavía se utilizan comercialmente.

Química de alta presión

Una de las mayores innovaciones químicas de Ipatieff a finales de siglo fue combinar la catálisis de superficie con la alta presión. Lo hizo mediante el desarrollo de autoclaves especializados, a veces denominados bombas. Ipatieff diseñó estos recipientes de acero de manera que su parte superior y su fondo estuvieran provistos de bordes de cuchilla que pudieran clavarse en un anillo de sellado de cobre cuando se atornillaran, lo que permitía que los recipientes se sellaran herméticamente y soportaran presiones extremas.

Utilizando autoclaves, que a veces forraba con cobre, plata u otros materiales catalíticos, Ipatieff exploró la química a presiones casi 500 veces superiores a la presión atmosférica y a 500 °C. En estas condiciones extremas, que eran inalcanzables para los químicos que utilizaban equipos de vidrio convencionales, Ipatieff fabricaba productos químicos básicos y otros productos de gran volumen mediante rutas sintéticas que eran potencialmente menos costosas que las convencionales de la época.

Por ejemplo, utilizó sus métodos de alta presión para oxidar el fósforo y convertirlo en ácido fosfórico, muy utilizado para fabricar fertilizantes y detergentes. También demostró que el cobre y otros metales de uso común en la industria manufacturera podían aislarse a partir de soluciones salinas acuosas, una alternativa sencilla al refinado de metales. Todos estos procesos fueron -o siguen siendo- importantes desde el punto de vista industrial.

Problemas políticos de Ipatieff y huida a Estados Unidos

Aunque las simpatías políticas de Ipatieff estaban con el partido Kadet, después de la Revolución Bolchevique, aceptó trabajar con el nuevo gobierno, como asesor especializado e inspector de Vesenka. Ipatieff participó activamente en la creación y dirección de varios centros importantes de investigación química en la Rusia soviética. Lenin le llamó «el jefe de nuestra industria química (soviética)».

Fue presidente del Instituto Técnico Científico, en 1920-26, pero fue destituido y relegado al puesto de vicepresidente de la sección química de la Vesenkha -una temprana señal de que estaba bajo sospecha por sus conexiones con el régimen prerrevolucionario. En 1928-29, cuando aún era el miembro más joven de la Academia de Ciencias, se encargó de las negociaciones que evitaron un conflicto con el régimen al admitir a Nikolai Bujarin y a otros comunistas en la Academia. Pero en 1926 fue despedido de su puesto

A finales de los años 20, sin embargo, Ipatieff empezaba a sentirse amenazado por su pasado en el ejército zarista y porque tenía amigos entre los condenados en el juicio del Partido Industrial. En junio de 1930, Ipatieff, temiendo que con el tiempo se convirtiera en víctima, retiró una pequeña cantidad de dinero de sus cuentas y se preparó para asistir a una conferencia industrial en Múnich. Invitó a su mujer a que le acompañara, y en el último momento le sugirió que llevara sus joyas «por si íbamos a bailar». Cuando el tren llegó a la frontera con Polonia, anunció a su mujer: «Querida, mira hacia atrás, hacia la Madre Rusia. Nunca la volverás a ver». Aunque no hablaba ni una palabra de inglés, huyó a Estados Unidos.

Investigaciones sobre el refinado del petroleo

En Estados Unidos, Ipatieff consiguió una cátedra de química centrada en la investigación en la Universidad Northwestern, en el suburbio de Chicago de Evanston. Allí, junto con su ayudante Herman Pines, descubrió mezclas de combustible y procedimientos alternativos que mejoraban enormemente el rendimiento de los motores.

La mayor parte de los trabajos de Ipatieff en el campo que más tarde se denominó refino de petróleo tuvieron lugar en Estados Unidos después de 1930. Poco después de llegar a Chicago, desarrolló un catalizador de refinado muy activo tratando la sílice con ácido fosfórico. Conocido como «ácido fosfórico sólido», o SPA, el catalizador ácido mediaba el encadenamiento de butenos o una mezcla de butenos y propeno en cadenas cortas. Tras la hidrogenación, el proceso daba lugar a una gasolina con un octanaje de 81, muy superior al combustible de 65 octanos que se producía entonces en Estados Unidos. En general, cuanto más alto es el octanaje de un combustible, mejor es el rendimiento de un motor.

Las compañías petroleras comercializaron rápidamente el proceso de Ipatieff, construyendo más de 100 unidades de refinería entre 1935 y 1945 para utilizar esta química de fabricación de combustible. Casi el 10% de las refinerías actuales siguen fabricando gasolina de este modo.

El SPA también se utilizó para fabricar carburantes de mayor octanaje. Por ejemplo, el catalizador se utilizó para impulsar las alquilaciones aromáticas, como la reacción del benceno con el propeno para hacer cumeno (también conocido como isopropilbenceno), un componente clave del combustible de aviación de 100 octanos.

Vladimir Ipatieff y Herman Pines en el laboratorio
Vladimir Ipatieff y Herman Pines en el laboratorio

Al principio, por razones de seguridad nacional, los detalles de este proceso de refinado se mantuvieron fuera de la literatura abierta. Con el tiempo, se levantó la orden de restricción y Ipatieff y su compañero de investigación de muchos años, Herman Pines, un colega más joven con el que trabajó en UOP y en Northwestern, se hicieron muy conocidos en los círculos químicos por desarrollar varios procesos catalizados por ácidos que daban lugar a combustibles de altísimo rendimiento.

Estos métodos se utilizaron durante la Segunda Guerra Mundial para fabricar decenas de millones de litros al mes de combustibles de aviación de 100 octanos. A estas mezclas ricas en energía se les atribuye el mérito de haber dado a los aviones de combate de la Royal Air Force una ventaja crítica en términos de velocidad de vuelo y maniobrabilidad, lo que permitió a sus pilotos, significativamente superados, mantener la superioridad aérea y repeler a la poderosa fuerza aérea alemana en la Batalla de Inglaterra, que comenzó en el verano de 1940.

Últimos años

Ipatieff siguió trabajando estrechamente con Pines y otros miembros de su grupo de investigación en el desarrollo de procesos catalíticos industriales hasta su repentina muerte en 1952, a la edad de 85 años.

Al final, dejó un legado de investigación de más de 50 años que incluye casi 350 artículos en revistas y más de 200 patentes. Su nombre sigue vivo, pero sólo de forma limitada. Por ejemplo, cada tres años la Sociedad Química Americana (ACS) concede el Premio Ipatieff a los trabajos más destacados en catálisis y química de alta presión. Y desde 1953, Northwestern nombra a académicos para la cátedra Ipatieff. Pines fue la primera persona en ostentar ese título.

Pero aparte de esos pocos honores, Ipatieff, a pesar de haber ayudado a establecer el campo vital para la química de la catálisis heterogénea, ha sido olvidado en gran medida. Fue nominado 10 veces al Premio Nobel de Química, pero nunca lo ganó.

En la foto, de izquierda a derecha: V. N. Ipatieff; R. M. Willstätter, Premio Nobel de Química; G. Egloff, químico orgánico alemán, director científico de la empresa petrolera estadounidense Universal Oil Products (UOP); y M. Gomberg, presidente de la American Chemical Society (1931). Fue Gustav Egloff, el famoso químico estadounidense apodado Gasoline Gus, quien ofreció a Ipatieff el puesto de director de investigación de UOP en Chicago. En la actualidad, UOP, como división de Honeywell Corporation, es el principal proveedor y licenciatario mundial de tecnologías, catalizadores, equipos y servicios de consultoría para las industrias de refinado de petróleo, petroquímica y procesamiento de gas. Chicago, Estados Unidos, 1933. Foto del archivo de Honeywell UOP (USA)
En la foto, de izquierda a derecha: V. N. Ipatieff; R. M. Willstätter, Premio Nobel de Química; G. Egloff, químico orgánico alemán, director científico de la empresa petrolera estadounidense Universal Oil Products (UOP); y M. Gomberg, presidente de la American Chemical Society (1931). Chicago, Estados Unidos, 1933. Foto del archivo de Honeywell UOP (USA)

Él y sus estudiantes hicieron importantes contribuciones a la síntesis orgánica y al refinado del petróleo. Se le considera uno de los padres fundadores de la química moderna del petróleo en Estados Unidos.

Vida personal de Vladimir Ipatieff

Vladimir Ipatieff tuvo tres hijos: Dmitry, Nikolai y Vladimir. Dmitry murió en la Primera Guerra Mundial. Nikolai fue miembro del movimiento blanco, emigró tras el final de la Guerra Civil rusa y murió en África probando un tratamiento que había inventado para la fiebre amarilla. Vladimir Vladimirovich Ipatieff, también un químico de talento permaneció en la URSS y fue castigado tras la deserción de su padre. Mientras vivían en Estados Unidos, los Ipatieff también adoptaron a dos niñas rusas.

Para más información Vladimir Ipatieff is the catalysis superhero you’ve never heard of

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