Los cuatro nuevos elementos de la tabla periodica

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Para algunos (los que no la entienden), la química es pura magia. Para otros (los que la entienden) es una ciencia en sí misma. Y para algunos otros (los que la entienden mejor), no es más que una parte de la física. De estas palabras se deduce en que lado de la filosofía de la química estoy. Y es que hasta el día de hoy no conozco un químico que haya podido demostrarme que la química es algo más que fuerzas de Van der Vaals; o lo que es lo mismo, mecánica cuántica. Estaré encantado, eso sí, de debatir con cualquiera este punto. Pero entremos en materia, porque teoría final de la física o no, la química es apasionante.

Sin lugar a dudas, la tabla periódica de los elementos es un logro para la ciencia en general. De un vistazo, el científico obtiene información de todos los elementos químicos, su masa atómica, y la forma que va a tener de reaccionar ante otro elemento químico, simplemente observando su posición en la tabla. El padre de la misma, el químico ruso Mendeleiev (1834-1907), realizó una primera ordenación de los elementos químicos. Pero su tabla original era poco amigable, por decirlo suavemente. Y en 1895, el químico suizo Alfred Werner (1866-1919) “le dio una vuelta” a la misma proponiendo la disposición actual.

Hay que tener en cuenta que en la época de Mendeleiev y Werner no existía aún el concepto de número atómico y la ordenación realizada por Werner tiene que ver con el peso atómico o masa atómica para los muy puristas. Claro es que la masa atómica tiene que tener relación con el número atómico, si tenemos en cuenta que el número atómico nos dice el número de protones en el núcleo y cuanto más grande sea, más protones hay, luego más masa atómica tendrá el elemento en cuestión.

Pero Werner se encontró con más de un problema a la hora de configurar la tabla. Había huecos con elementos desconocidos en aquel entonces y se conocían elementos, como los lantanoides, que parecían no tener un lugar claro. De ahí que Werner los sacara fuera de la tabla, dejando en la misma ese aspecto curioso actual. Los lantanoides son lo que se conocía antiguamente como “tierras raras”, que en realidad no son tan raras y que hubo una vez en que se conocieron como lantánidos, pero que hoy en día es más correcto denominar lantanoides debido al primer elemento del grupo, el lantano.

Por cierto, fue el físico Henry Moseley (1887-1915) aquel al que debemos el concepto de número atómico, ya que encontró una correlación entre un dato experimental en el espectro de emisión de los rayos x y una propiedad de cada elemento químico: el número atómico o número de protones que tiene el átomo. Es precisamente su número atómico el que caracteriza las propiedades de un átomo. El átomo de mayor número atómico es el que tiene también más masa atómica por las razones expuestas anteriormente. La excepción (toda regla tiene una) es el potasio. Pero esto último es algo menor y sin importancia, que no pasa de la anécdota.

El común de los mortales podría pensar que la tabla periódica es algo estático, sin cambios. En definitiva, los átomos son los que son. Pero esto no es del todo cierto. Cada cierto tiempo se van descubriendo nuevos elementos. Elementos que son creados en el laboratorio y que tienen una vida media de apenas una fracción de segundo. Recientemente, en enero de este año (2016), se han incorporado cuatro nuevos elementos, los número atómico 113, 115, 117 y 118. Son, obviamente, elementos superpesados, y que esta vez han sido sintetizados en el laboratorio por científicos de Japón, Rusia y EEUU. Estos elementos fueron verificados por la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada, el organismo que rige la nomenclatura química, su terminología y medición. Estos cuatro elementos son los primeros en añadirse a la tabla desde la incorporación en 2011 de los elementos 114 y 116.

La obtención de nuevos elementos es un ejercicio puro de física teórica y práctica. Se obtienen por el fenómeno de fusión, haciendo chocar generalmente calcio con otro elemento superpesado. Los físicos teóricos dan una idea de lo que debe ocurrir al fusionar el calcio con el elemento en estudio y luego los físicos o químicos prácticos hacen chocar los núcleos atómicos en aceleradores de partículas y se analizan los resultados, siempre teniendo en cuenta que si se forma un nuevo elemento su vida media va a ser de una fracción de segundo, por lo que no se espera que el resultado permanezca en el laboratorio para ser analizado.

Este tipo de investigaciones, tanto su parte teórica como práctica, llevan décadas y es muy curioso el hecho de que los átomos con número atómico par son más estables que los átomos con número atómico impar. Esto es un hecho experimental altamente demostrado y existe algún modelo teórico que lo explica, aunque no con el suficiente detalle como para que sea un modelo definitivo y que dé todas las respuestas. Es, por lo tanto, un campo de investigación donde aun quedan muchas cosas por hacer.

Dice el premio Nobel de Química de 2001, el japonés Ryoji Noyori (1938-) que la obtención de uno de estos elementos en el laboratorio y su reconocimiento posterior es el equivalente en deporte a ganar una medalla olímpica. Los grupos son muy competitivos. Están haciendo ciencia básica y de ahí que sólo países como EEUU, Alemania o Japón, copen los puestos altos en el “medallero”. Y dice el químico español Bernardo Herradón, que si uno de estos elementos los descubriese un equipo español, sería algo más que conseguir una medalla. Lo dice, supongo, por las escasas condiciones que se dan en nuestro país para este tipo de investigaciones. Admiro a Herradón quien, por cierto, está en el polo opuesto a mis pensamientos en lo que a la filosofía de la química se refiere y no creo que la vea como una teoría final de la física.

Una vez descubierto el elemento, toca ponerle nombre. Este proceso no es nada sencillo. En primer lugar porque, aunque son los grupos investigadores los que tienen prioridad, estos grupos suelen ser numerosos y de países distintos incluso. Deben asignar un nombre y un símbolo de dos letras. Para esto cuentan con aproximadamente seis meses. Pasado ese tiempo y ya con un nombre y un símbolo, es la comunidad científica la que entra en el debate. Esta parte es interesante porque a veces ocurre que el nombre o el símbolo ya existen y, por tanto, no son válidos. Hay también normas para la nomenclatura: no dar, por ejemplo, el nombre de un científico vivo; no se puede volver a proponer un nombre que se haya rechazado una vez, etc. Así pues, poner un nombre es una tarea ardua que puede llevar cerca de un año.

Muchos se preguntan si existe algún límite en cuanto al número de elementos a conseguir. En realidad el límite es tecnológico. Acelerar núcleos y fusionarlos requiere instalaciones complejas y mucha energía: dinero en definitiva. El átomo con el número atómico mayor de nuestro planeta es el uranio, con un número atómico de 92. A partir de aquí, los elementos se conocen como transuránidos hasta llegar al elemento 100, el fermio. Y desde el 100, los nuevos elementos que se van incorporando y los antiguos se conocen como elementos superpesados. Aunque no existen en la tierra de manera natural debido a que son radiactivos y hace tiempo que se desintegraron, existen dos elementos más ligeros que el uranio: son el promecio, número 61 y el tecnecio, número 43. Los fabricados en laboratorio tienen una vida media de fracción de segundos, por lo que no tienen una utilidad práctica en sí como nuevos materiales para fabricar cosas. Su utilidad está más relacionada con la ciencia básica y el conocimiento que adquirimos al fabricarlos. La fusión de estos elementos son experimentos de eso mismo: fusión. Y la fusión es, sin duda, la forma en la que la humanidad resolverá en el futuro no muy lejano, espero, todos sus problemas energéticos.

En la tabla actual y contando con los últimos descubrimientos, se conocen los elementos que van del 1 al 118. No hay ningún hueco entre ellos. Estamos en una frontera muy interesante, porque la teoría nos predice que a partir del 120 y hasta el 132 nos vamos a encontrar con una zona estable en el sentido en el que los elementos que ahí se encuentren, en vez de tener vidas medias de fracción de segundo, van a tener vidas medias del orden de segundos. Se entiende, pues, que la comunidad química esté deseando llegar a los elementos 120, 122, 124… Hablo de los elementos pares porque ya hemos visto que son más estables y fáciles de conseguir que los impares.

Por cierto, los nombres propuestos para 113, 115, 117 y 118 son: nihonio, moscovio, tenesino y oganesón. Ahora le toca el turno a la IUPAC aceptar o rechazar las cuatro propuestas.