Cómo fabricar un elemento químico

Ángeles Gallar

La carrera para encontrar nuevos elementos de la tabla periódica no ha llegado a su fin, pero se ha desacelerado. Hoy en día, los esfuerzos de la comunidad química no se centran tanto en sintetizar nuevas estructuras atómicas como en comprender mejor los elementos súper pesados ya conocidos. Estos elementos se encuentran en las últimas posiciones, del 100 en adelante. No fueron descubiertos, aislados, estudiados y colocados en su lugar, sino que se fabricaron.

Tres minutos después del Big Bang, un electrón comenzó a orbitar alrededor de un protón y dio lugar al elemento químico que hoy denominamos hidrógeno. Después, llegarían otros elementos ligeros como el helio y el litio, pero durante los primeros 380.000 años de vida del Universo, hacía demasiado calor para permitir la existencia de cualquier otro átomo. Todo era una especie de sopa de partículas, hasta que la temperatura bajó de los 2.700ºC y, finalmente, más electrones pudieron empezar a unirse alrededor de un núcleo de carga opuesta. Unos cuatro billones de años después, nos hemos puesto de acuerdo en definir un elemento químico como la forma fundamental de la materia constituida por átomos del mismo tipo. Cada elemento tiene propiedades particulares y se le puede distinguir por tener un número determinado de protones en su núcleo, lo que llamamos número atómico. ¿Todos los elementos son consecuencia de la gran explosión de energía que creó el Universo? No. Están los elementos que se dan de forma natural y los elementos que ha creado la humanidad, en su ansia de imitar el poder mismo de las estrellas.

El método para sintetizar un nuevo elemento químico es, en teoría, tan sencillo como hacer una suma. Pero, en la práctica, es un reto técnico y energético abrumador. El objetivo de la química nuclear es conseguir un isótopo estable al combinar dos isótopos en condiciones extremas, en un proceso conocido como fusión nuclear. Fabricar el elemento 119 requiere tomar un poco de berkelio (número atómico 97) previamente manufacturado en un reactor nuclear y bombardearlo con un rayo de iones de titanio (22) acelerado a una décima parte de la velocidad de la luz. También se podrían sumar los núcleos atómicos del einstenio (99) y el calcio (20). Si se acierta en la diana, los núcleos de ambos elementos se fusionarán durante 1/10.000 segundos. Las partículas y ondas generadas por la fusión serán suficiente testimonio de que el elemento 119 ha llegado a producirse, pero conseguir que este nuevo isótopo sea estable es tremendamente difícil.

A partir del bismuto (83), los elementos presentan inestabilidad, con la excepción del tecnecio (43) y del prometio (61), que también presentan al menos un isótopo inestable. En estos elementos, las fuerzas que mantienen unido el núcleo de protones y neutrones, llamadas fuerzas de cohesión nuclear, son insuficientes. En ese caso, los átomos se degradan y rompen en isótopos. Este fenómeno produce la radiactividad, que puede darse en forma de rayos X, gamma, electrones, positrones u otras. A pesar de todo, la fila 8 de la tabla periódica -la de los súper pesados o transactínidosse completó oficialmente en 2016 y en los próximos años podría inaugurarse la fila 9.

El visto bueno a los nuevos elementos se da en la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (en sus siglas inglesas IUPAC). Sus normas permiten nombrar el elemento con una referencia a la mitología, a un mineral, un lugar, una propiedad del elemento o una personalidad científica. Algunos de los últimos elementos se han nombrado oganesón (118), nihonio (113) y moscovio (115). El caso del prometio es particularmente curioso. Según la mitología griega, el titán Prometeo robó el fuego del cielo para entregárselo a los seres humanos, lo que provocó la furia de Zeus. Por eso, se consideró a Prometeo introductor del fuego e inventor del sacrificio. La conexión entre el mito y el elemento responde al heroico esfuerzo que se realizó para aislarlo, ya que el prometio no se encuentra en la corteza terrestre y se obtiene de la fisión del uranio (92).

Los primeros elementos artificiales se descubrieron durante la Segunda Guerra Mundial y durante un tiempo se mantuvieron en secreto. Hoy en día los aceleradores de partículas forman parte de la cultura popular, pero la comunidad científica discute sobre la viabilidad de seguir expandiendo la tabla periódica. A partir del hipotético elemento 172, sólo descrito sobre el papel, las leyes de la física empiezan a ser impredecibles. Esto implicaría que, a partir de aquí, la tabla de los elementos dejaría de ser periódica. Las cualidades de un elemento no se podrían suponer en base a la configuración de sus orbitales. Es más, según el modelo de Bohr, cualquier elemento por encima del 137 debería tener electrones más rápidos que la velocidad de la luz. En este mundo atómico, las hipótesis se basan en la física nuclear, donde la relatividad es la ciencia que dicta los movimientos y los tiempos de las partículas atómicas. El físico teórico Richard Feynman propuso el número 137 como el límite de la tabla periódica. Feynman decía que todo físico debía tener ese número colgado en su despacho como recordatorio de las cosas que no sabe.

Agradecemos al catedrático de Química Inorgánica de la UMH Ricardo Mallavia su colaboración como asesor científico para la realización de este artículo.