Kathleen recibió el honor de Dame Commander of the Order of the British Empire (1956). Posiblemente mereció el Premio Nobel, y fue la primera mujer —junto a la bioquímica Marjory Stephenson (1885-1948)— en ser elegida miembro de la Royal Society, en 1945, tras 185 años de la prestigiosa institución.

Nació en Irlanda (en Newbridge, en el condado de Kildare). Se trasladó, con su madre y hermanos, a Inglaterra en 1908. Estudió en el Bedford College, una institución dependiente del University College de Londres, que impartía enseñanzas de grado medio para mujeres.

Empezó su investigación en el University College de Londres (entre 1922 y 1927); donde obtuvo un máster en Física, en 1924. Allí trabajó con W. H. Bragg (ver más adelante). En 1927 se trasladó a Leeds, pues su marido (Thomas) encontró un trabajo en la industria textil. Aunque en esa época permaneció al cuidado de su familia, siguió manteniendo contacto con Bragg y trabajando en casa calculando (sin ordenadores) factores de estructura (un dato importante para saber si una estructura cristalina está bien determinada). En 1934 volvió a Londres, para investigar con W. H. Bragg en la Royal Institution, consiguiendo el título de doctor en 1936.

En 1946 fue contratada como reader en el University College de Londres, llegando a ser catedrática de Química y directora del departamento de cristalografía en 1949 (la primera mujer en conseguir este puesto). En 1968, al llegar a la jubilación, fue nombrada profesora emérita.

Su gran prestigio científico entre sus colegas, hizo que la eligieran presidenta de la Unión Internacional de Cristalografía y presidenta de la Asociación Británica para el Avance de la Ciencia. Fue la primera mujer en ocupar ambos cargos. Entre otros galardones, hay que mencionar que recibió la medalla Davy, la más alta distinción de la Royal Society.

También hay que destacar su pacifismo activo, quizás basado en sus convenciones religiosas (baptista en su infancia y juventud; y cuáquera tras su matrimonio). Falleció el 1 de abril de 1971.

Los inicios de la cristalografía

A finales del siglo XIX y comienzos del siglo XX, se producen una serie de descubrimientos que han marcado el estudio de la Naturaleza desde entonces. Entre estos descubrimientos, podemos mencionar el del efecto fotoeléctrico, el descubrimiento del electrón, la radiactividad, la estructura del átomo, y el de los rayos X.

Este último, realizado por Karl Wilhem Röntgen (1845-1923; primer Premio Nobel de Física, 1901), en 1895, supuso un hito que cambió la física, la química, la biología y la ingeniería (que luego evolucionó a la ciencia de materiales).

En los primeros años, estaba el debate para decidir si los ‘misteriosos rayos’ son ondas o son partículas (actualmente este debate no existiría, pero estamos antes de la época de la propuesta de la dualidad onda-corpúsculo). Este asunto se zanjó (en junio de 1912) con un brillante experimento dirigido por Max von Laue (1879-1960, Premio Nobel de Física, 1914), realizado por Walter Friedrich y Paul Knipping y sugerido por Paul-Peter Ewald (1888-1985, olvidado por la Fundación Nobel). En este experimento se hizo pasar un haz de rayos X a través de un cristal de blenda (sulfuro de zinc, ZnS; un mineral cristalino). Se observó que los rayos X eran difractados por la red cristalina produciendo interferencias al atravesar la red cristalina. De esta manera se demostró que los rayos X eran de naturaleza ondulatoria.

Estos resultados llegaron al conocimiento de William Henry Bragg (1862-1942, Premio Nobel de Física, 1915) en julio de 1912. W. H. Bragg era un físico experimental que estaba haciendo investigaciones sobre la naturaleza y aplicaciones de los rayos X. Él creía que los rayos X eran de naturaleza corpuscular, por lo que el experimento de Laue le supusieron un contratiempo.

W. H. estaba de vacaciones en Yorkshire con su familia. Su hijo mayor, William Lawrence Bragg (1890-1971, W. L.; Premio Nobel de Física, 1915; el más joven en conseguir un Premio Nobel en Ciencia), era un joven físico que estaba empezando su carrera investigadora con el gran J. J. Thomson (1856-1940, Premio Nobel de Física, 1906) y le empezó a dar vueltas al experimento de Laue.

Y el joven Larry tuvo una idea genial: ‘Laue hizo el experimento con un cristal y desveló la naturaleza de los rayos X ¿Y si le damos la vuelta al problema?; es decir, usamos los rayos X para conocer la estructura (es decir para localizar las posiciones de los átomos) de un cristal’.

Con nociones elementales de trigonometría, W. L. determinó la relación entre la longitud de onda del rayo X y la distancia entre planos (constituidos por átomos) en el cristal; la famosa ecuación de Bragg. Por lo tanto, vamos a hacer el experimento.

Problema: para hacer el experimento hace falta un rayo X monocromático (de la misma longitud de onda); pero en aquella época, los rayos X eran policromáticos. Sin embargo, el joven Larry contaba con la ayuda de su padre, que era un hábil diseñador de equipos científicos.

¡Dicho y hecho! Con la dirección de W. H., se construyó el primer difractómetro de rayos X (así se llama el aparato), que no patentó (lo donó a la humanidad). Una vez construido, se ensayó el primer compuesto químico, el cloruro de sodio (NaCl, la sal común). Y el resultado fue otro momento Eureka, que se ha contado en este post. Con esto quedaba inaugurada la ciencia de la cristalografía química.

Este inciso histórico es por cuatro razones: 1) destacar el origen de esta apasionante aplicación de la cristalografía; 2) mencionar el papel científico de los Bragg y su apoyo a las mujeres científicas; 3) remarcar que en los orígenes, los difractómetros eran mucho más rudimentarios que en la actualidad (y el cristalógrafo tenía que construírselo) y en aquella época, los cálculos de las intensidades de cada pico y las distancias entre los mismos había que medirlas manualmente; con esto datos se usaban unas matemáticas que implicaban bastantes cálculos que también había que hacer con lápiz y papel.

Breves apuntes de la investigación de Kathleen Lonsdale

Una de las mujeres tutorizada por W. H fue la protagonista de nuestra efeméride, Kathleen Lonsdale. Fue una de las pioneras de la cristalografía química. Como ella misma cuenta, W. H. fue examinador de su trabajo de graduación en el Bedford College (1922). Tras esta etapa, Kathleen pensó en buscar trabajo en la industria, aunque con pocas esperanzas, por la escasez de ofertas.

La joven Kathleen debió causar muy buena impresión al mayor de los Bragg, que la invitó a formar parte de su grupo en la Universidad de Londres, pagada con una modesta beca (que 20 años después, cuando W. H. falleció, seguía siendo modesta, esta vez trabajando en la Royal Institution).

Cuando empezó su trabajo, Kathleen no tenía experiencia en cristalografía, W. H. le encomendó tres cosas: 1) que fuese buscando los componentes para montar su propio equipo de difracción; 2) que estudiase el libro Mathematical Crystallography, escrito por su profesor en el college, (aunque ella no sabía que este señor era un experto en el tema); y 3) que eligiese un compuesto químico para estudiar su estructura cristalina.

Lonsdale tuvo que un elegir un compuesto orgánico, pues sabía que los inorgánicos eran el tema de trabajo de William Lawrence en la universidad de Manchester. Escogió ácido succínico, del que consiguió una enorme cantidad de cristales de buena calidad, que sorprendió a compañeros (señores) de laboratorio, que atribuyeron el éxito a la ‘suerte del novato’.

El caso es que Lonsdale era una brillante investigadora (cualidad imprescindible —junto a la meticulosidad y persistencia— para un buen cristalográfico). Poco después de este éxito, W. H. le encomendó determinar experimentalmente la densidad del naftaleno. El valor que determinó Kathleen era un 10% mayor que el descrito en la bibliografía (que era 1,8 kg/L); lo que hubiese supuesto un error considerable, pero W. H. estuvo muy satisfecho con el resultado, pue él había determinado, a partir de los resultados cristalográficos, que la densidad debía ser alrededor de 2,0 kg/L.

A comienzos de 1923 ya estaba construido su difractómetro (para ello contó con la ayuda de Thomas Lonsdale, con el que se casó en 1927), con el que investigó la estructura del ácido succínico, en el que se planteaba un interesante problema de la posible presencia de confórmeros en estado cristalino.

En esa etapa inicial de investigadora, desarrolló un método para determinar el grupo espacial cristalino a partir de las primeras reflexiones producidas por el cristal. Esta es una información fundamental para empezar a resolver una estructura cristalina. Estos resultados le permitieron hacer contribuciones importantes en las tablas cristalográficas (una especie de ‘biblia’ de los cristalográficos) con los datos de los 230 grupos espaciales.

Como ya mencionado anteriormente, durante su estancia en Leeds realizó un trabajo teórico y desarrollo de métodos de los que benefició toda la comunidad cristalográfica.

En 1929 consiguió otro de los hitos en química: determinó la estructura del hexametilbenceno, demostrando que era una estructura plana de hexágono regular con todas las distancias iguales de los enlaces del anillo aromático (intermedias entre un enlace sencillo y uno doble). A esta estructura siguió el estudio cristalográfico de otros compuestos aromáticos, como el hexaclorobenceno, que confirmaron la propuesta estructural sobre los compuestos aromáticos. La investigación de Lonsdale sobre compuestos aromáticos continuó durante muchos años. Para facilitar los cálculos matemáticos, Lonsdale fue una pionera en usar el desarrollo en serie de Fourier en cristalografía.

En sus últimas etapas de su carrera se interesó por los cristales que se forman en nuestro organismo, como los cálculos renales o biliares, y sus implicaciones biológicas.