Sobre elementos químicos

Tomado de la revista mensual que publica el “Ilustre Colegio Oficial de Doctores y Licenciados en Filosofía y Letras y en Ciencias.” Firmado por Ignacio F. Bayo (periodista científico). Título original: “El nuevo elemento químico 114 se acerca a la isla de estabilidad.”

Uno de los descubrimientos más sorprendentes de la historia es el haber podido descifrar la composición de las estrellas y de la materia interestelar sin salir de la Tierra. Resulta tranquilizador saber que todo el cosmos está hecho con los mismos elementos que nosotros mismos y las cosas que nos rodean, aunque existe una pequeña diferencia: El hombre ha sido capaz de fabricar una veintena de elementos que la naturaleza no parece haber logrado y ha extendido la tabla periódica por medios artificiales.

El átomo más pesado que haya existido en la Tierra, y probablemente en el Universo, tiene una masa atómica de 289 (114 protones y 175 neutrones en su núcleo), superando ampliamente la del elemento 112 (277), el más pesado hasta ahora, y en cerca de un 50 por 100 a la de un átomo de plomo. Fue creado en diciembre pasado en el Instituto de Investigación Nuclear de Dubna (Rusia), por un equipo de investigadores rusos y estadounidenses, liderado por Yuri Oganessian, tras cuatro meses de experimentos.

Los 30 segundos de vida que tuvo el nuevo átomo parecen confirmar la existencia de una «isla de estabilidad» en las inmediaciones de los elementos 114 o ll5. Aunque 30 segundos puedan parecer un periodo demasiado corto de tiempo, hay que tener en cuenta que los elementos inmediatamente anteriores apenas sobreviven unas milésimas de segundo, siendo el 111 el más fugaz, ya que su vida media es de sólo 1,5 milisegundos. De hecho, todos los elementos transuránidos, que son los que ocupan los puestos 93 en adelante, son inestables y se desintegran en periodos de tiempo cada vez más cortos, y a partir del 107 ninguno supera el segundo. De ahí la esperanza que suscita entre los físicos nucleares el hallazgo, que aún debe ser confirmado.

Los teóricos consideran que la isla de estabilidad predicha debe encontrarse en núcleos cuya masa atómica se acerque a 298. La razón de esta predicción es puramente geométrica y se debe a que los protones y neutrones concentrados en semejante número deben formar una esfera perfecta. Es lo que ocurre con otros isótopos, como el oxígeno-16 y el plomo-208. Protones y neutrones van formando capas sucesivas de partículas y parece ser que cuando completan una nueva capa tienden a ser estables. Los isótopos con 298 partículas, que podrían ser de diferentes elementos, como el l l4 y el l l5, cumplirían esta norma y podrían ser lo bastante estables como para tener vidas medias de varios millones de años de duración. Y además los núcleos de masa cercana podrían tener vidas medias de varios años.
La historia de la «creación» de elementos químicos en laboratorio se inició en 1937, cuando faltaban aún cuatro elementos por descubrir, el tecnecio, que fue obtenido ese mismo año de forma artificial (de ahí su nombre), el francio, identificado en 1939, el astato, que fue aislado en 1940 y el prometio, que hubo de esperar hasta 1945. La tabla parecía definitivamente cerrada con el elemento 92, el uranio, como último componente. La naturaleza parecía haber encontrado aquí su límite. Pero este límite natural lo empezó a transgredir el hombre en los años treinta. Enrico Fermi y Emilio Segré por un lado, y Otto Hahn y Lise Meitner por otro, investigaban lo que ocurría cuando se lanzaban neutrones sobre núcleos de uranio. Hahn y Meitner descubrieron así la fisión del uranio 235 (92 protones y 143 neutrones), que llevaría al desarrollo de la bomba atómica, mientras Fermi y Segré se plantearon qué ocurriría si un núcleo absorbía un neutrón. En principio se produciría otro isótopo de uranio y si el número de neutrones del núcleo original era ya elevado, cabía la posibilidad de que se alterase su precaria estabilidad y que el nuevo neutrón (u otro) sufriese una desintegración beta, por la que se convertiría en un protón y emitiría un electrón y un neutrino. Al incrementarse el núcleo en un protón se conseguiría un átomo del elemento 93.

Siguiendo esta intuición, científicos de la universidad de Berkeley consiguieron, en 1940, sintetizar dicho elemento, que recibió el nombre de neptunio. Ese mismo año, Glenn Seaborg, también en Berkeley, bombardeó uranio 238 con núcleos de deuterio y produjo el elemento 94, llamado plutonio. Se iniciaba así una carrera por conseguir fabricar nuevos elementos en la que durante ese decenio sólo participarían algunos laboratorios estadounidenses, esencialmente Berkeley, pero a la que se incorporarían después los soviéticos del Laboratorio de Reacciones Nucleares de Dubna, cerca de Moscú, y, ya en los años setenta, los alemanes con el Laboratorio de Investigaciones de Iones Pesados de Darmstadt.

Durante los años cuarenta se consiguió fabricar hasta el elemento 98 siguiendo diferentes métodos. Para conseguir el americio (elemento 95), Glenn Seaborg, el investigador que más éxitos obtuvo en los inicios de esta carrera, utilizó átomos de plutonio en los que provocó la desintegración beta. Después empleó núcleos de helio (o partículas alfa), con los que bombardeó plutonio hasta obtener curio (el 96) por fusión. Para superar el rechazo de las cargas positivas de los protones de ambos núcleos tuvo que acelerar las partículas alfa mediante un ciclotrón. El berkelio (97) y el californio (98) se consiguieron por el mismo método pero empleando como blanco americio y curio respectivamente. La síntesis de los elementos 99 (einsteinio) y 100 (fermio) se encontraron entre las cenizas del ensayo nuclear de la primera bomba de hidrógeno, en 1952 en las islas Bikini.

La paternidad de algunos de los elementos siguientes ha sido motivo de disputa entre los científicos americanos y los rusos. Disputa que aún no ha terminado, 40 años después del descubrimiento de alguno de ellos, a pesar de los dictámenes que la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) ha realizado. Oficialmente, el 101 se atribuye a Berkeley con fecha del año 1958 y el 102 a los rusos de acerca a Dubna en 1965. El 103, en juicio salomónico lo atribuye a ambos por investigaciones realizadas entre 1961 y 1971. El 105 también se lo disputan ambos grupos, que fechan su síntesis en 1969, mientras que el 106 está plenamente atribuido a Berkeley, que anunció su consecución en 1974.

A partir de 1981 los alemanes de Darmstadt entraron en escena. Desde su laboratorio se ha anunciado el nacimiento de seis nuevos elementos (del 107 al 112) en dos oleadas. La primacía, sin embargo no ha sido cuestionada por los americanos aunque sí, en algún caso, por los rusos. Entre 1981 y 1984, los alemanes consiguieron los elementos 107, 108 y 109 al provocar la fusión de dos núcleos, como en los casos anteriores, pero en lugar de emplear como blanco elementos superpesados y como «balas» núcleos ligeros, usaron dianas algo más leves, bismuto y plomo, y dardos algo más pesados, como cromo y hierro.

Para el siguiente paso hubo que esperar diez años. En el Laboratorio de Investigación de 1ones Pesados de Darmstadt, el 9 de noviembre de 1994 se consiguió sintetizar el elemento ll0, acelerando núcleos de níquel hasta alcanzar una lámina de plomo. De la dificultad del proceso da cuenta el que sólo uno de cada trillón de núcleos de níquel consiguieron fusionarse con uno de plomo y un milisegundo después ya se habían desintegrado. Apenas un mes más tarde, el mismo equipo detectó el hallazgo de tres átomos del elemento 111, esta vez empleando un blanco de bismuto y dardos de níquel. Finalmente, el 9 de febrero de 1996 se consiguió un átomo, uno solo, del elemento l l2 en el mismo centro de investigación, al unir un núcleo de zinc con otro de plomo.

Pero en este campo, como en el espacial, parece llegada la hora de la colaboración. De hecho, en el centro de investigación ruso donde se ha conseguido el elemento l l4 han participado 18 científicos del propio centro y cinco estadounidenses del Lawrence Livermore Laboratory, que también ha proporcionado los isótopos de calcio y plutonio empleados. Además, la confirmación del hallazgo se intentará realizar en el ciclotrón de 88 pulgadas de Ber-keley, según ha confirmado Albert Ghiorso, uno de los científicos más reputados en este campo v que ha participado en la elaboración de 12 elementos nuevos.

Según revelaba hace unos meses la revista Science, los tres laboratorios preparaban experimentos para conseguir el nuevo elemento y acercarse al número mágico de masa atómica 298, incluso saltándose el elemento l l3, que aún no ha sido fabricado. El isótopo conseguido se aproxima a ese número mágico pero a cierta distancia aún, de modo que el reto de alcanzar la masa atómica exacta que la teoría predice como altamente estable continúa siendo un objetivo válido que ahora será atacado con mayor interés.

La ciencia-ficción ha explotado ya la idea de los materiales hechos con este tipo de elementos, y en Star-Trek, por ejemplo, aparece una nave enemiga revestida con un material hecho de un elemento superpesado y desconocido, que posee cualidades sorprendentes. Pero a pesar del entusiasmo de los físicos, la posibilidad de hacer realidad esta idea es enormemente remota, ya que los medios necesarios para fabricar artificialmente estos elementos en cantidades significativas están por ahora fuera de nuestro alcance. Del elemento 114 sólo se ha conseguido un átomo, pero del 105, uno de los mejor conocidos en esta zona de la tabla periódica, se han fabricado ya decenas de millones de ellos y sin embargo todos juntos apenas pesarían una milmillonésima de miligramo.

IGNACIO F. BAYO Periodista científico

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