Capilar de Luggin

Un capilar de Luggin (también sonda Luggin, punta Luggin o capilar Luggin-Haber) es un pequeño tubo que se utiliza en electroquímica. Es un contenedor de electrolito en forma de tubo de pequeño diámetro empleado en electroquímica, por ejemplo, en ensayos de corrosión. Puede estar hecho de vidrio o de plástico.  El capilar define un punto de detección claro para el electrodo de referencia cerca del electrodo de trabajo. Este valor se contrasta con el electrodo de referencia grande y mal definido.

Infografía Capilar de Luggin

Inicios de Hans Luggin

En 1809, el escritor y científico aficionado alemán Wolfgang von Goethe publicó su novela Afinidades electivas. Se preguntaba si las relaciones humanas – los empujes y tirones entre individuos – no podrían ser gobernadas por reglas similares a las de la química. Fue quizás el primero en pensar que las amistades son como reacciones. Entre los químicos, la amistad más legendaria fue la de Justus Liebig y Friederich Wöhler. Pero otras amistades, como las de Hans Luggin, tuvieron una profunda influencia en el curso de la ciencia.

Dibujo de una celda de corrosión con un capilar de Luggin
Dibujo de una celda de corrosión con un capilar de Luggin

Hans Luggin, nacido en 1863 en Klagenfurt, Carintia (hoy en día parte de Austria), su padre era abogado y diputado, que se había trasladado del Tirol meridional -en lo que hoy es Italia- al norte más próspero. Los estudios de Hans le llevaron a algunas de las mejores universidades de Europa: Viena, Estrasburgo, y la Universidad Alemana de Praga, de la que obtuvo un doctorado en 1888. Después de un año estudiando los arcos eléctricos en Viena, se mudó a Graz – no muy lejos de su ciudad natal – donde comenzó a investigar las interacciones entre los metales y los electrolitos. Fue una elección astuta.

Graz, epicentro de la ciencia

Graz era uno de los lugares clave en Europa para hacer química y física. Ludwig Boltzmann era profesor y estaba construyendo sus muy controvertidas teorías estadísticas que le permitirían eventualmente conectar las propiedades macroscópicas de los gases y la termodinámica clásica con una teoría de la materia discreta y particulada.

Una fotografía tomada a finales de 1880 en Graz muestra a Boltzmann rodeado de sus colegas – entre ellos están Walther Nernst y Svante Arrhenius, dos de los padres de nuestra comprensión de las soluciones iónicas. Al llegar a Graz, Luggin se convirtió en asistente primero del propio Boltzmann, y más tarde de sus sucesores, los físicos Ignaz Klemençiç y Leopold Pfaundler.

Su encuentro con Arrhenius

Cuando Luggin y Arrhenius se conocieron, los dos se enfrentaron inmediatamente. El interés de Luggin en la electroquímica se profundizó y comenzó a centrarse en la polarización – la acumulación de carga en los electrodos metálicos en función del potencial aplicado que se encuentra en el corazón del rompecabezas del sobrepotencial. Inevitablemente esto lo llevó a la electrocapilaridad, el cambio en la tensión superficial de un líquido bajo un voltaje aplicado. En una serie de experimentos muy difíciles, extendió los estudios contemporáneos de la electrocapilaridad más allá del mercurio, para cubrir los metales fundidos en sales fundidas.

Arrhenius quedó tan impresionado que, a su regreso a Suecia, invitó a Luggin a Estocolmo donde su amistad se profundizó. Aquí, Luggin llevó a cabo delicados experimentos en células electroquímicas segregadas por membranas metálicas muy finas, con las que pudo probar sus ideas sobre la carga de metales. Pero también comenzó a investigar uno de los más recientes y misteriosos fenómenos, el efecto fotoeléctrico, desarrollando un electrodo sensible a la luz.

Acercamiento a la fisicoquímica

Después de dos años, era hora de volver a Alemania con la habilitación que le daba licencia para enseñar. Tomó una conferencia en la escuela técnica de Karlsruhe en 1896, especializándose en electroquímica teórica. A su llegada conoció al ambicioso Fritz Haber, que comenzaba su búsqueda para hacer útil la química. Los intereses de Haber se dirigían cada vez más a la fisicoquímica. Él y Luggin se convirtieron rápidamente en los amigos más cercanos y Luggin, el único fisicoquímico del departamento parece haber actuado como mentor de su feroz amigo. Sus intensas discusiones sobre termodinámica y especialmente sobre electroquímica guiaron el innovador libro de texto de electroquímica de Haber de 1898.

Modelo de Capilar de Luggin hecho de vidrio
Modelo de Capilar de Luggin hecho de vidrio

El primer estudio electroquímico de Haber trataba sobre la reducción del nitrobenceno en un electrodo de platino. Demostró por primera vez que hacer el potencial más negativo era equivalente a usar un agente reductor químico más poderoso. Si el potencial era demasiado negativo (como podría suceder si se utilizaba directamente el zinc) se disponía de vías de reducción adicionales, lo que reducía la selectividad.

Luggin desarrolla su capilar

La sugerencia de Haber fue mantener el potencial fijado en el valor más bajo posible. Pero establecer el potencial local preciso de un electrodo de trabajo parecía imposible. Luggin sugirió la solución. En lugar de sumergir el electrodo de referencia en el mismo compartimento, se colocaría en una cámara separada unida por un fino capilar que se acercaría al electrodo en cuestión. Luggin también contribuyó con un ingenioso puente de resistencia. Funcionó, y los trabajos de Haber se convirtieron rápidamente en clásicos.

Esquema de un capilar de Luggin
Esquema de un capilar de Luggin

Luggin, sin embargo, ocupado con la enseñanza y el trabajo en las conexiones entre la electroquímica, la fotografía y el efecto fotoeléctrico, nunca publicó su método. En 1899, cayó gravemente enfermo y Haber pasó días junto a la cama de su amigo. Luggin murió justo antes de Navidad, dejando a Haber angustiado. Se lanzó a su trabajo y escribió articulo tras artículo en el que llamaba la atención sobre el papel crucial de Luggin. En un obituario, Arrhenius describió a Luggin como el mejor y más agradable compañero; leal, noble y sincero en todo lo que hacía. El ‘Luggin’ permanece en los libros de texto hasta el día de hoy.

Luggin no patentó su desarrollo, aunque gracias a Fritz Haber, su leal amigo, se conoció su trabajo y su capilar a través de varios artículos publicados póstumamente. El electrodo de Luggin es una pieza esencial en los ensayos de corrosión y estudio de reacciones electroquímicas.

Para más información Luggin’s capillary