Los investigadores y científicos se sumergen ahora, tal como en el medioevo lo hicieron los alquimistas, en buscar formas de convertir, ya no el plomo en oro -como éstos- sino las materias primas más baratas en productos con un mayor valor agregado.

Como ahora se sabe, los catalizadores ayudan en este empeño. Los catalizadores son las “sustancias que aceleran una reacción química para hacer productos económicamente factibles”. Estos compuestos, que aparecieron en la década de los años 1950 para obtener plásticos de algunos monómeros (por ejemplo, Etileno, Propileno, y Butadieno), continúan perfeccionándose.

Durante mucho tiempo, la elaboración de nuevos plásticos de la clase de las Polio- lefinas era un proceso de ensayo y error para conseguir un plástico con las características deseadas, los investigadores debían modificar una y otra vez las condiciones experimentales y comprobar si así obtenían el producto buscado. Era como entrar a un laberinto.

A mediados de la década de 1950 se logró el primer gran avance con el descubrimiento de los catalizadores de Ziegler-Natta, es decir, un mezcla de sustancias cu- ya estructura molecular hace que las olefinas se combinen para formar macromoléculas de diferente estructura, longitud, peso y densidad.

El problema de estos catalizadores de Ziegler-Natta es que poseen varios centros activos en los que, al mismo tiempo, tiene lugar la polimerización. El resultado es parecido al que se tiene cuando una multitud de niños juegan sin orden ni concierto con muchas piezas de Lego: una abigarrada mezcla de cadenas moleculares poliméricas con longitudes y ramificaciones muy variadas.

En los años 1980 comenzó una era dorada con otros catalizadores a los que no se les había hecho caso: los metalocenos.

Estos catalizadores tienen un único centro activo en el que se unen entre sí las moléculas de partida, lo que permite un proceso limpio y ordenado de generación de cadenas moleculares prácticamente idénticas.

Esta cualidad impulsó la mejora de las Poliolefinas existentes y el desarrollo de otras nuevas.

La característica más sobresaliente de las moléculas de los catalizadores tipo metaloceno, es que poseen un solo centro activo, por lo que se denominan catalizadores single-site.

UNA VIDA AGITADA

La vida académica de Sir Geoffrey Wilkinson fue muy dinámica. El químico más notable de su generación nació en 1921, en Todmorden (en Yorkshire, Inglaterra), y estudió en el Imperial College de Londres.

Se doctoró en 1946 y trabajó durante muchos años en Estados Unidos, primero en la Universidad de California en Berkeley (1946-1950), en seguida en el Instituto de Tecnología de Massachussets, MIT (1950- 1951) y finalmente en la Universidad de Harvard (1951-1955), regresó al Imperial Collage, en 1956, donde continuó enseñando e investigando.

En 1988 fue nombrado profesor honorario.

Después de escribir libros, investigar sobre al energía atómica y descubrir muchos isótopos nuevos, no fue sino hasta 1951, cuando seguía la pista del compuesto llamado diciclopentadienil-hierro, llamado también ferroceno, que pudo elucubrar correctamente que su estructura se basaba en un solo átomo de hierro intercalado entre dos anillos de cinco carbonos para formar una molécula organometálica.

La fecha central de su vida es 1973, ya que en ese año obtuvo la mitad del Premio Nobel de química, que compartió con el químico alemán Ernst O.

Fischer por los trabajos que realizaron por separado sobre la estructura molecular de los metalocenos en el campo de la química organometálica, campo, por cierto, que él y su colega ayudaron a evolucionar.

INVESTIGACIONES PARALELAS

Ernst Otto Fischer (1918- ), al igual que Wilkinson, incursionó, casi simultáneamente, en el campo de la química de los “compuestos sándwich, cuya molécula, covalente y neutra, está formada, según se ha demostrado por espectroscopia infrarroja y por difracción de rayos X, por dos pirámides pentagonales, coaxiales y opuestas, cuyas bases son dos aniones ciclopentadienilo, situados en planos paralelos, y en cuyo vértice común se encuentra el átomo metálico”.

Nacido en Solln, Fischer fue el hijo de Karl T. Fischer, un conocido profesor de Física de la Universidad Técnica de Munich. Antes de completar su carrera la sombra de la Segunda Guerra Mundial lo absorbió por dos años, y prestó servicio militar en Polonia, Francia y Rusia. En algún momento de 1941 pudo regresar a estudiar estudios y comenzó sus estudios de química en la Universidad Técnica de Munich.

Fischer estableció que la estructura molecular consistía en un átomo de hierro colocado entre dos anillos de ciclopentadieno.

El tipo de enlace químico necesario para esta disposición de átomos no se había identificado hasta entonces. Asimismo, descubrió que los metales con propiedades similares a las del hierro (Fe), como el Cobalto (Co), el Níquel (Ni) y el Cromo (Cr), también podían formar este tipo de enlaces, llamados enlaces Pi, y colocarse, a modo de sandwich, entre los anillos moleculares. Como es sabido, debido a la similitud con las propiedades químicas de la molécula de benceno (C6H6), también con forma de anillo, el campo que estudia estas sustancias se le llamó “Química de los metalocenos”.

Inclusive, uno de los grupos de sustancias basadas en metales llegó a ser conocido como “Carbenos de Fischer”, en su honor.

EL APORTE DE KAMINSKY

Los metalocenos tienen una estructura molecular similar a una ostra: dos anillos forman, las conchas superiores e inferiores. En medio, como una perla, hay un átomo metálico que captura las olefinas: es el centro activo en el que se combinan las olefinas individuales para formar polímeros.

Los primeros catalizadores metalocénicos permitían sobre todo unir las pequeñas moléculas de etileno para formar cadenas lineales de polietileno de longitud similar.

Esto mejoró la calidad del Polietileno, logrando hacer películas más delgadas y transparentes con mayor resistencia.

El famoso investigador Walter Kaminsky, y Hangsberg Sinn, ambos de la Universidad de Hamburgo, potenciaron a los catalizadores, por virtud de la serendipia. Cuando agregaron agua por accidente, observaron en un reactor que contenía un catalizador metaloceno a base de Titanio, que las reacciones se multiplicaban de manera acelerada.

En el mundo de los polímeros, esta inesperada llegada de los metalocenos provocó una auténtica revolución.

El catalizador estaba disuelto en trimetil, aluminio y etileno, con el propósito de obtener Polietileno. Por supuesto, el resultado derivó en un estudio más profundo de los metalocenos.

En 1982, el científico Hans Brintzinger, de la Universidad de Konstanz, fue capaz de mostrar el potencial de los metalocenos en términos más comerciales. Esto disparó la competencia en la industria de los plásticos, porque gracias a estos catalizadores hoy en día es posible formular “plásticos a la medida”, con las propiedades que precisa cada fabricante.

Paralelamente, John Even, investigador de la firma Exxon logró que los titanocenos permitieran la producción del Polipropileno Isotáctico. Dos años después, Hochst, desarrolló los zirconocenos para obtenerlo. (En la actualidad, Dow y Exxon son líderes en la investigación cada vez más fina de esta tecnología que todavía depara muchas sorpresas).

Los metalocenos se están convirtiendo en el horizonte tecnológico de la industria del plástico por las extraordinarias propiedades, mejoradas y controladas, que están obteniendo, en aspectos como tenacidad, resistencia al impacto, dureza, procesabilidad y claridad. Cabe señalar que los catalizadores metalocenos superan a los convencionales en el sentido de que permiten una polimerización donde la formación de estructuras lineales puede crecer hacia un mismo lado.

De hecho, el Polipropileno y otras Poliolefinas de cadena larga pueden formarse de manera estéreo-regular, es decir, con una configuración constante y definida, como el Polipropileno Isotáctico. Las poliolefinas isotácticas son cadenas largas exactamente iguales formadas por átomos de carbono.

En uno de cada dos átomos existen ramas laterales orientadas siempre en la misma dirección. Esta microestructura perfectamente ordenada hace que estas moléculas iguales cristalicen para generar un polímero con una temperatura de fusión elevada.

LA REVOLUCIÓN DE LOS METALOCENOS

El célebre Walter Kaminsky nació en la ciudad de Hamburgo, en 1941, y estudio química en la Universidad de esa ciudad, desde 1979 ha sido profesor de tiempo completo de química macromolecular y ha recibido reconocimientos de la Universidad de Oldenburg y de la Karlsruhe. En la actualidad supervisa a un grupo de 20 estudiantes y científicos en el campo de los catalizadores metalocenos/MAO y a otro grupo en la vertiente para el reciclado de plásticos y llantas viejas mediante la pirólisis.

El descubrimiento de los catalizadores base metaloceno se incluye entre sus numerosos logros científicos.

También realizó investigaciones y ensayos en el campo de la ingeniería química, la producción de energía, el reciclado y la química molecular en el relleno de tierras.

Cabe resaltar que fue presidente de la sección Hamburgo, de la Gesellschaft Deutscher Chemiker (GDCh), decano de la Facultad de Química de la Universidad de Hamburgo, Director del Instituto Técnico para la Química Macromolecular y miembro de la de la GDCh, DECHEMA, Naturforscher und Ärzte, Verein deutscher Ingenieure, y de la American Chemical Society. Ha publicado alrededor de 200 libros y estudios y es propietario de 20 patentes.

Ha organizado algunos simposios en el campo de la polimerización de las olefinas y de la pirólisis de los desechos poliméricos y ha sido profesor invitado en los cursos de Química macromolecular en Rennes, Francia.

Asimismo, ha sido consejero de empresas y gobiernos, en campos como los catalizadores metalocenos y la polimerización de las olefinas, así como en temas de protección ambiental. Los premios y reconocimientos que ha obtenido, se cuentan por docenas, entre ellos, el Premio Carothers de la American Chemical Society, la Medalla Benjamín Franklin de Química, el premio Hermann Staudinger 2002 y muchas condecoraciones más.

Desde 1996 es Miembro Honorario de la Royal Society of Chemistry y su nombre se menciona constantemente en las entregas del Premio Nobel.