Horno de Moissan

El horno de Moissan utiliza un arco eléctrico como fuente de calor y fue desarrollado por el químico francés Henri Moissan, ganador del premio Nobel de química en 1906 por sus investigaciones del elemento flúor y el desarrollo de su horno. En este horno, Moissan logró sintetizar diamantes microscópicos y otros materiales.

Infografía manómetro de Anschütz

La mente inquieta de Moissan

En la mente del público, el químico es un extremista, viviendo una vida de llamas y explosiones. Es un mito que algunos de nosotros quizás perpetuamos descuidadamente mostrando el lado ardiente de nuestra profesión, dando la impresión de que los químicos sólo se visten con batas de laboratorio y cascos acolchados. Las exposiciones más corrosivas y llamativas de la química ocultan el lado intelectual de nuestro oficio. Sin embargo, la exploración de los extremos del espacio de la fase química siempre ha sido fructífera y hay muchos químicos que uno podría elegir para ilustrar esto.

Henri Moissan
Henri Moissan

Henri Moissan nació en una familia modesta, originaria del suroeste de Francia. Cuando Moissan tenía 12 años, la familia se mudó a Meaux, cerca de París, donde Moissan recuerda que un brillante profesor de química le dio “gusto por el trabajo”. El entusiasmo de Moissan por la química era tal que parece que no ha estudiado mucho más, y dejó la escuela sin un título completo. Se convirtió en aprendiz de farmacéutico, pero no era la vida para él. Volvió a estudiar química, aceptando puestos no remunerados y manteniéndose con tutorías.

Inicios en la química inorgánica y el fluor

Modelo de Horno de Moissan pequeño, en la parte superior se observan los electrodos. Science Museum Group. Small Moissan electric furnace. 1946-233. Science Museum Group Collection Online. Accessed April 18, 2020.
Modelo de Horno de Moissan pequeño, en la parte superior se observan los electrodos. Science Museum Group. Small Moissan electric furnace. 1946-233. Science Museum Group Collection Online. Accessed April 18, 2020.

Moissan se sintió atraído por la química inorgánica, un campo entonces ignorado en Francia, y sus éxitos le llevaron a un puesto de aprendiz mal pagado en la Escuela de Farmacia de París. Se hizo cargo de un laboratorio de análisis personalizado para obtener ingresos adicionales y utilizó el espacio para llevar a cabo sus propios experimentos. Los experimentos tuvieron éxito (determinando la fórmula del ácido percrómico azul y cristalizando el propio ácido crómico), pero el negocio, como era de esperar, fracasó.

Sin embargo, a estas alturas ya estaba casado con la hija del rico farmacéutico para el que había trabajado primero. Financieramente seguro, centró su atención en uno de los problemas sin resolver de la química: el aislamiento del flúor. Tanto Humphrey Davy como André-Marie Ampere habían propuesto la existencia de un elemento elusivo responsable de las sales de flúor y de un ácido análogo al muriático (clorhídrico).

La electrólisis de Davy de las sales fundidas se había hundido por la corrosión de sus vasos de platino y llegó a la conclusión de que, fuera lo que fuera, debía ser de una reactividad impresionante. El desafío atrajo a químicos intrépidos como polillas a una llama y varios murieron en el intento.

Dibujo de un horno de Moissan (Horno eléctrico) para corrientes de 70 voltios y 400 amperes
Dibujo de un horno de Moissan (Horno eléctrico) para corrientes de 70 voltios y 400 amperes

Moissan también intentó la electrólisis, pero sus experimentos también arruinaron su equipo de platino con una costosa previsibilidad. El secreto, razonó, debe ser trabajar a las temperaturas más bajas. Condensó fluoruro de hidrógeno a -50°C en un tubo de platino y lo electrolizó. El tapón del ánodo se carbonizó rápidamente, así que Moissan lo reemplazó con fluoruro de calcio y ahora obtuvo un flujo constante de un gas que encendió el silicio y el polvo de boro de manera espectacular. Como era costumbre, la Academia de Ciencias envió un equipo para verificar el experimento. Fue un fracaso total – Moissan había llegado a tales extremos para purificar su HF para el ensayo que fue un aislante perfecto. Sin embargo, al añadir bifluoruro de potasio se obtuvo el electrolito necesario y el gas salió.

Del flúor a los diamantes

Fue ascendido al único puesto disponible: la cátedra de toxicología de la Escuela de Farmacia de París. Aunque escribió algunos trabajos sobre alcaloides, su corazón seguía siendo inorgánico. Rápidamente hizo una variedad de fluoruros del grupo principal y su trabajo sobre los fluoruros de carbono le llevó a imaginar que podrían conducir al mayor premio químico de todos – una preparación directa de diamante.

Dibujo de un horno de Moissan en funcionamiento
Dibujo de un horno de Moissan en funcionamiento

Los estudios sobre los diamantes habían sugerido que se formaban de carbono a alta temperatura y presión. Para alcanzar las altas temperaturas, Moissan construyó un horno de arco. El cuerpo del horno de Moissan consistía en dos bloques de cal ahuecados, provistos de aberturas horizontales para admitir un par de electrodos de carbono colocados a 2-3cm de distancia. Sus crisoles estaban hechos de carbono grafitado aislado con magnesia – el único óxido que podía soportar las condiciones extremas.

Iniciando su dínamo de vapor, empujaba los electrodos juntos hasta que el arco golpeaba; el horno “roncaba” y luego gradualmente se callaba, brillando primero con luz púrpura de cianógeno, y luego con la cegadora “luminaria Drummont” (luz de cal). Las llamas salían disparadas acompañadas de “torrentes de humo blanco”. Deseando temperaturas cada vez más altas, Moissan finalmente se instaló en una central eléctrica de París donde podía pasar 450A a 70V a través de los electrodos. Se decía que se podían alcanzar temperaturas de 3500°C.

Representación del horno de Moissan
Representación del horno de Moissan
Moissan posando junto a su horno de arco eléctrico
Moissan posando junto a su horno de arco eléctrico

Para lograr la alta presión, el carbón se colocaba en el horno mezclado con hierro – al dejar caer la masa incandescente y fundida en el agua, la contracción del hierro comprimiría el carbono. Después de disolver las pepitas, encontró cristales microscópicos de gran dureza y densidad, que hasta su muerte estuvo convencido de que eran diamantes. Sus experimentos capturaron la imaginación popular y sus inigualables conferencias universitarias fueron muy solicitadas.

De hecho, Moissan no había hecho diamantes, sino carburo de silicio, el carborundo que hace que nuestras vidas sean más suaves. También descubrió una enorme gama de boruros, carburos y silicios que desbloquearían los extraños mundos de los hidruros del grupo principal en un extremo y de los materiales ultraduros en el otro. Hoy en día, los hornos de arco apuntalan la fabricación de cerámica.

Para más información Moissan’s furnace