En 1869 el químico ruso Dimitri Mendeléiev presentó su sistema de ordenación de los elementos que, con el paso del tiempo, se ha convertido en un icono de la ciencia y la cultura. Para conmemorar su siglo y medio de vida, Naciones Unidas ha declarado 2019 como el Año Internacional de la Tabla Periódica, con un programa repleto de actividades en el que participan activamente los químicos españoles.

La tabla periódica más grande del mundo está en la fachada de la Facultad de Química de la Universidad de Murcia. / UM

Los elementos de la naturaleza se han agrupado de diversas formas a lo largo de la historia, pero fue hace 150 años cuando el ruso Dimitri Ivánovich Mendeléiev (Tobolsk, 1834 – San Petersburgo, 1907) presentó una tabla periódica para reunirlos a todos, incluso a los que estaban por descubrir. Con las aportaciones de otros científicos esta tabla se ha convertido en el colorido corazón de la química que conocemos hoy.

¿Qué es un elemento químico?

Elementos químicos que se fusionan en las estrellas. Otros se crean en explosiones supernovas, y, los artificiales, los que están más alla del Uranio, se crean en laboratorios. Se llaman Transuranidos.

Es la parte de la materia constituida por átomos de la misma clase y que no puede ser descompuesta en otras más simples mediante una reacción química. Cualquier ser, vivo o inerte, está constituido por elementos químicos. Por ejemplo, en un teléfono móvil se pueden encontrar alrededor de 30 distintos, y en el cuerpo humano casi el doble: 59 elementos.

Hasta ahora se han descubierto y confirmado 118 elementos químicos. Los cuatros últimos son nihonio, moscovio, teneso y oganesón. Grandes laboratorios de Japón, Rusia, EE UU y Alemania compiten por ser los primeros en obtener los siguientes: el 119 y el 120.

¿Qué es la tabla periódica?

Es una tabla donde todos los elementos se ordenan por su número atómico (número de protones), una disposición que muestra tendencias periódicas y reúne a aquellos con un comportamiento similar en una misma columna o grupo. Se trata de una herramienta única, que permite a los científicos predecir la apariencia y las propiedades de la materia en la Tierra y el resto del universo. Más allá de su papel crucial en química, la tabla periódica trasciende a otras disciplinas, como la física y la biología, y se ha convertido en un icono de la ciencia y de la cultura universales.

¿Cómo se hizo?

A mediados del siglo XIX ya se conocían 63 elementos, pero los químicos no se ponían de acuerdo sobre la terminología y cómo ordenarlos. Para resolver estas cuestiones se organizó en 1860 el primer Congreso Internacional de Químicos en Karlsruhe (Alemania), una reunión que resultaría trascendental.

Allí el italiano Stanislao Cannizzaro estableció de forma clara el concepto de peso atómico (masa atómica relativa de un elemento), en el que se inspirarían tres jóvenes participantes en el congreso (William Odling, Julius Lothar Meyer y Dimitri Ivánovich Mendeléiev) para crear las primeras tablas.

La de Mendeléiev fue la más rompedora al hacer predicciones y dejar huecos de elementos que se descubrirían después, como el galio (1875), el escandio (1879), el germanio (1887) y el tecnecio (1937). Para algunos autores, la versión definitiva de la tabla se consiguió gracias a la ley periódica que presentó el británico Henry Moseley a comienzos del siglo XX.

 

Tabla periódica original y su autor, Mendeléiev. / Archivo/Wiki

¿Cuándo completa Mendeléiev su tabla?

La fecha oficial –tomada como referencia para el aniversario de este año– es el 1 de marzo de 1869 según el calendario gregoriano, porque según el calendario juliano utilizado en Rusia en aquella época sería el 17 de febrero, como aparece en su documento titulado La experiencia de un sistema de elementos basados en su peso atómico y similaridad química.

Cuenta la leyenda que la idea del sistema periódico de los elementos le vino aquel día a Mendeléiev durante un sueño, pero el químico ruso replicó una vez: “Llevo pensando en esto desde hace 20 años, aunque creas que estaba sentado y de repente… ya está”.

¿Quién promueve la celebración del Año Internacional de la Tabla Periódica?

                                                  150 años de la tabla periódica

La Asamblea General de Naciones Unidas es la que ha proclamado 2019 como Año Internacional de la Tabla Periódica de los Elementos Químicos (IYPT2019), gestionado y promovido a través de la UNESCO. En su sede de París se celebrará la ceremonia de apertura el próximo 29 de enero.

Entre los ponentes estará el químico británico Sir Martyn Poliakoff, muy popular por sus vídeos en Youtube y el que propuso inicialmente organizar el IYPT2019 a la profesora rusa Natalia Tarásova, mientras fue presidenta de la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) en 2016.

La IUPAC, que también celebra en 2019 su propio centenario, es otra de las organizaciones que apoya esta iniciativa. Es la autoridad mundial en nomenclatura química, la encargada de denominar los nuevos elementos de la tabla periódica de forma oficial.

Otras asociaciones que promueven el IYPT2019 son la Unión Internacional de Física Pura y Aplicada (IUPAP), la Sociedad Europea de Química (EuChemS), el Consejo Internacional para la Ciencia (ICSU), la Unión Astronómica Internacional (IAU) y la Unión Internacional de Historia y Filosofía de la Ciencia y la Tecnología (IUHPS).

¿Qué actividades se desarrollarán en España?

Ya se han celebrado algunas previas, como la VII Escuela de verano dedicada a este tema en la Universidad de la Rioja y la conferencia Mitología y arte en la tabla periódica de los elementos químicos impartida en la Residencia de Estudiantes, pero son numerosas las previstas para 2019.

El sello de Correos destaca los tres elementos químicos descubiertos por españoles.

 

Se pueden consultar en la sección de eventos de la Real Sociedad Española de Química y, junto a las de otros países, en la web del IYPT2019. Entre las actividades figuran el Simposio Internacional sobre la Mujer y la Tabla Periódica organizado en la Universidad de Murcia en febrero, diversas conferencias y cine-forum en la Universidad de Jaén y el concurso Apadrina un elemento dirigido a estudiantes de Bachillerato, ciclos formativos de FP grado medio y de 2º ciclo de ESO.

Además, este año Correos emite el 9 de enero un sello conmemorativo destacando los elementos descubiertos por investigadores españoles; y los décimos del sorteo de la Lotería Nacional del 2 de marzo tendrán como imagen protagonista la fachada de la Facultad de Química de la Universidad de Murcia, donde se encuentra la tabla periódica más grande del mundo.

¿Cuántos elementos han descubierto los científicos españoles?

Tres, o dos y medio: el platino (Pt), el wolframio (W) y, a medias según algunos autores, el vanadio (V). El naturalista y militar Antonio de Ulloa y de la Torre Giral descubrió el platino en América, en la región de Esmeraldas (entre Colombia y Ecuador), un preciado elemento que describió en 1748.

Medio siglo después se dio a conocer el wolframio, el único elemento aislado en España, un logro alcanzado en 1783 por los hermanos Juan José y Fausto Delhuyar en el Real Seminario Patriótico Bascongado de Bergara (Guipúzcoa).

Finalmente, en 1801 el científico hispano-mexicano Andrés Manuel del Río Fernández encontró el elemento 23 (el que tiene ese número atómico en la tabla periódica) en una mina de plomo mexicana. Lo llamó eritronio (entre otros nombres) por tornarse rojizo al calentarse y entregó unas muestras a su amigo Alexander von Humboldt para que las analizara el químico francés Hippolytte Victor Collet-Descotils. Este, equivocadamente, le respondió que era un compuesto de cromo, así que pensó que su descubrimiento era erróneo.

Tres décadas más tarde, en 1830, el químico sueco Nils Gabriel Sefström redescubrió el colorido elemento y lo denominó vanadio en honor a la diosa de la belleza Vanadis de la mitología escandinava. Al año siguiente, su colega alemán Friedrich Wöhler confirmó que se trataba del mismo elemento que ya había encontrado Del Río.

Antonio de Ulloa, los hermanos Juan José y Fausto Delhuyar, y Andrés Manuel del Rio. / Fotos: Andrés Cortés y Aguilar/Correos/Anónimo

¿Alguna mujer ha descubierto un elemento químico?

Más de una. La más conocida es Marie Curie, científica polaca nacionalizada francesa que recibió un premio Nobel en 1903 (de Física) y otro en 1911 (de Química) por el descubrimiento del polonio (Po) y el radio (Ra), pero hay más.

Las físicas austriacas Berta Karlik y Lise Meitner descubrieron, respectivamente y en colaboración con otros investigadores, el astato (At) y un isótopo del protactinio (Pa).

Por su parte, la química y física alemana Ida Noddack identificó el renio (Re) y la química francesa Marguerite Perey descubrió el francio (Fr). Algunas de las actividades del Año Internacional de la Tabla Periódica recordarán las aportaciones y el ejemplo que dieron estas científicas.

 

Marie Curie, Berta Karlik, Lise Meitner, Ida Noddack y Marguerite Pere. / Créditos fotos: Tekniska museet/© Archiv der ÖAW/Smithsonian Institution/Dome_de/© Gobonobo

 

T. Kaluza

Las dimensiones mas altas fueron introducidas en una teoría unificada por primera vez en 1919, en Alemania, por Theodor Kaluza. Kaluza le escribió a Einstein sugiriéndole que su sueño de hallar una teoría unificada de la gravitación y el electromagnetismo podía realizarse si elaboraba sus ecuaciones en un espaciotiempo de cinco dimensiones. Einstein al principio se burlo de la idea,  mas tarde, pensando y estudiando la sugerencia con mas frialdad y examen mas profundo, lo reconsideró y ayudo a Kaluza a que pudiera publicar su articulo.

      Oskar Klein

Pocos años mas tarde, el físico sueco Oskar Klein publico una version del  de Kaluza que lo mejoraba dejando un diseño matemático mas fino, de mas calidad y que explicaba de manera mas contundente lo que la teoría quería significar al elevar la teoría a cinco dimensiones y lograr unificar la gravedad con el magnetismo. Desde entonces, la teoría es conocida como de Kaluza-Klein y, aunque parecía muy interesante, en realidad nadie sabia que  con ella hasta los años setenta, cuando resulto beneficioso trabajar en la supersimetria.

Pronto Kaluza-Klein estuvo en los labios de todo el mundo (los físicos mas destacados del hablaron de esa teoría). Aunque la teoría de cuerdas en particular y la supersimetría en general apelaban a mas dimensiones, las cuerdas tenían un modo de seleccionar su dimensionalidad requerida. Pronto se hizo evidente que la teoría de cuerdas solo seria eficaz en, diez, once y veintiséis dimensiones, y solo invocaba dos posibles grupos de simetría: SO(32) o E_{8 x} E₈. Cuando una teoría apunta  algo tan tajantemente, los científicos prestan atención, y a finales de los años ochenta había muchos físicos que trabajaban en “las cuerdas”.

El Modelo estándar se nos quedó pequeño, iremos más lejos

La cuerda es cuántica y gravitatoria, de sus entrañas surge,  por arte de magia, la partícula mensajera de la fuerza de gravedad: el gravitón. Funde de  natural las dos teorías físicas más poderosas de que disponemos, la mecánica cuántica y la relatividad general, y  se convierte en supercuerda -con mayores grados de libertad- es capaz de describir bosones y fermiones, partículas de fuerza y de materia. La simple vibración de una cuerda infinitesimal podría unificar todas la fuerzas y partículas fundamentales.

Parece que todo está hecho de cuerdas, incluso el espacio y el tiempo podrían emerger de las relaciones, más o menos complejas,  cuerdas vibrantes. La materia-materia, que tocamos y nos parece tan sólida y compacta, ya sabíamos que está conformada por grandes espacios vacíos, pero no imaginábamos que era tan sutil como una cuerda de energía vibrando. Los átomos, las galaxias, los agujeros negros, todo son marañas de cuerdas y supercuerdas vibrando en diez u once dimensiones espaciotemporales.

Lo cierto es que, andamos un poco perdidos y no pocos físicos (no sabemos si de forma interesada), insisten una y otra vez, en cuestiones que parecen no llevar a ninguna parte y que, según las imposibilidades que nos presentan esos caminos, ¿no sería conveniente elegir otros derroteros para indagar nuevas físicas mientras tanto?, para dejar que avanzasen las tecnologías, se adquieran más potentes y nuevas formas de energías que nos puedan permitir llegar a sondear las cuerdas y poder vislumbrar si es cierto, que puedan existir esas cuerdas vibrantes que, con sus resonancias crean las partículas y la materia.

Nos queda mucho  poder oír las vibraciones de esas “cuerdas” que la física trata de encontrar, y, mientras tanto, oiremos vibrar esas otras que nos ofrece el violín en las manos expertos del músico con experiencia. Mientras tanto, esas otras cuerdas cuya existencia intuimos y soñamos, si es cierto que están ahí, seguirán silenciosas vibrando y creando materia a partir de esa ínfima sustancia que no hemos podido observar… ¡por el momento!

Quedaba mucho y duro trabajo por hacer, pero las perspectivas eran brillantes. y, de entre todos ellos, los mas destacados fueron Schwarz y sus colaboradores en supercuerdas Green y Edward Witten. Ellos fueron los artífices de un gran periodo de aventura intelectual que desembocó en la más moderna versión de la teoría de cuerdas que elaboro E. Witten con el  de Teoría M. Esta teoría de más altas dimensiones nos ha llevado a una enorme profundidad matemática en el campo de la topología y, desde luego, ha dejado un panorama muy optimista en el horizonte.

Tal optimismo,  luego, podría ser equivocado, ya que, de momento, solo contamos con el aparato teórico de la teoría y su verificación experimental se nos escapa al requerir disponer de la energía de Planck de 10¹⁹ GeV para comprobarla y, de momento, dicha energía  fuera del alcance humano.

         nadie las ha podido ver, las imaginamos de mil maneras y, de las dimensiones extra nos imaginamos modelos que quieren (pero no pueden) significar esas dimensiones que no podemos contemplar en el Universo

Einstein, como todos sabeis, dedico buena  de la segunda mitad de su vida a intentar hallar una teoría de campo unificada de la gravitación y el electromagnetismo, con expectativas populares tan altas que las ecuaciones de su labor en marcha eran expuestas en escaparates a lo largo de la Quinta Avenida de Nueva York, donde eran escudriñadas por multitud de curiosos que no las entendían. En aquel tiempo, Einstein desconocía que las matemáticas precisas  desarrollar una teoria asi, aun no existían. De ahi su fracaso en el intento. Él paradógicamente, había ignorado los principios cuánticos, a pesar de haber sido uno de los padres de la teoría.

, retomemos las cuerdas. Los críticos del concepto de supercuerda señalaron que las afirmaciones sobre sus posibilidades se basaban casi enteramente en su belleza interna. La teoría no había siquiera repetido los logros del Modelo Estándar, ni había hecho ni una sola predicción que pudiera someterse a prueba mediante experimentos. Una teoría así, más que teoría era una gran conjetura a la que le quedaba mucho camino por andar.

Hemos podido ver otras muchas cosas …, ni fotinos ni selectrones han aparecido nunca

 puedo admirar la imagen de un púlsar o un magnetar, me siento transportado a regiones lejanas del espacio en las que, ese magnetar o magnetoestrella (que es una estrella de neutrones alimentada con un campo magnético extremadamente fuerte y, simplemente se trata de una variedad de púlsar cuya característica principal es la expulsión, en un breve período -equivalente a la duración de un relámpago-, de enormes cantidades de alta energía en  de rayos X y rayos gamma. ), ha surgido a partir de una estrella masiva y se ha conformado  un extraño objeto exótico que nos produce sorpresa y admiración al ver como, a partir de una cosa totalmente diferente, por medio de transiciones de fase de diversa índole, se llega a formar otro objeto totalmente distinto del que fue.

“Mucha gente opina que si la supersimetría no se observa en el LHC del CERN, el modelo estándar se convertirá en una teoría aburrida y con pocas sorpresas. Todo lo contrario, hay muchos problemas en el modelo estándar para los que la supersimetría no aporta ninguna solución. La física de precisión de baja energía, que ya dio la sorpresa al descubrir que los neutrinos tienen masa en reposo, es un portal que permitirá acceder a física más allá del modelo estándar fuera del alcance de los grandes aceleradores de partículas. Parafraseando a Feynman “There’s Plenty of Room at the Bottom.”

La supersimetría ordenaba que el Universo debía contener familias enteras dee nuevas partículas, entre ellas “selectrones” (equivalente supersimétrico del electrón) y “fotinos” (equivalentes del fotón), pero no especificaba las masas hipotéticas de tales partículas. La ausencia de pruebas aducidas en búsquedas preliminares de partículas supersimétricas, como las realizadas en el acelerador PEP de Stanford y el PETRA de Hamburgo, por lo tanto no probaban nada; siempre se podia imaginar que las partículas eran demasiado masivas para ser producidas en esas maquinas y habría que esperar a otras mas adelantadas del futuro que, como  el LHC, nos pueda sacar a la luz, algunas de esas partículas supersimétricas que confirmarían la teoría.

¡Fotinos y selectrones! ¿Dónde? El LHC con sus 14 TeV ha llegado (según nos cuentan) al Bosón de Higgs pero… ¡cuerdas!

Cuando Edgar Witten expuso ante la Comunidad Científica su Teoría M, algunos escucharon extasiados sus explicaciones, otros no podían comprender lo que estaba diciendo pero, todos, sin excepción comprendieron que se había estrado en otro capítulo de la física que habría que verificar.

La Teoria M que antes mencionaba, es una version mas adelantada, en 11 dimensiones, nos ha dejado un cuadro que ilusiona y,  luego, si finalmente se puede verificar lo que predice, estaríamos ante una teoría cuántica de la gravedad y, desde luego, nos explicaría el Universo como nunca antes se pudo hacer. Claro que, nosotros, pobres mortales e ignorantes, nos seguimos haciendo las mismas preguntas:

¿Donde, pues, hemos de buscar ese universo hiperdimensional de la simetría perfecta? El mundo en el que vivimos esta lleno de simetrías rotas, y solo tiene cuatro dimensiones. La respuesta llega de la Cosmología, la cual nos dice que el universo supersimétrico, si existió, pertenece al pasado. La implicación de esto es que el universo empezó en un  de perfección simétrica, del que evoluciono al universo menos simétrico en el que vivimos. Si es así, la búsqueda de la simetría perfecta es la búsqueda del secreto del origen del universo, y la atención de sus acólitos puede, volverse con buenas razones, como las caras de las flores al alba, hacia la blanca luz de la génesis cósmica.

¡Nos queda tanto por saber!

emilio silvera