El juego de los números: ampliando la tabla periódica Understand article

Traducido por Cristina Royo Tomás. Hasta hace pocos siglos, la gente creía que el mundo estaba hecho sólo de tierra, aire, agua y fuego. Desde entonces, los científicos han descubierto 118 elementos y continúa la búsqueda del elemento 119.

Imagen cortesía de Jim
Mikulak; Origen de la imagen:
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En laboratorios de la era espacial de toda Europa, los investigadores cooperan para descubrir nuevos elementos. Si tienen éxito, pasarán a formar parte del club de científicos que han reescrito la tabla periódica.

Quizás los Antiguos Griegos no tuvieran razón acerca de la única existencia de cuatro elementos – tierra, aire, fuego y agua – pero sí que tenían razón respecto a algo: los elementos son los ingredientes de todo lo que nos rodea, unidos entre sí en los compuestos y mezclados en diferentes proporciones. Pero si bien existe una variedad caleidoscópica de compuestos, en el caso de los elementos es bastante sencillo, y hasta el momento sólo hay 118 elementos conocidos para la cienciaw1. El descubrimiento de uno nuevo elemento tiene gran relevancia.

Imagen del átomo de Litio
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Los átomos, los ladrillos de la materia, están todos constituidos por los mismos componentes: diminutas partículas llamadas protones y neutrones, y todavía más pequeños electrones orbitando a su alrededor. El número de protones en un átomo – su número atómico – define qué elemento es. Un átomo de oxígeno, por ejemplo, tiene ocho protones, ocho neutrones (en general) y ocho electrones, mientras que los elementos más pesados pueden tener más de un centenar de cada.

* * *

El químico ruso Dimitri Mendeléyev no conocía ninguno de ellos cuando, en 1869, ordenó los elementos en una tabla en función de su peso atómico. Rápidamente vio que surgían algunos patrones: en particular, las columnas agrupaban elementos con propiedades sorprendentemente similares. Por ejemplo, potasio, rubidio y cesio, tres metales que reaccionan violentamente con agua, se ubican uno encima del otro.

Al principio, la tabla de Mendeléyev tenía un problema: estaba llena de huecos. Entre el cinc y el arsénico, por ejemplo, parecían faltar dos elementos. Pero él predijo audazmente que esos agujeros podrían ser completados con elementos recién descubiertos, y utilizó su tabla para predecir cuáles serían sus propiedades. Y tenía razón: el hueco fue pronto ocupado por el galio y el germanio.

Tabla periódica de
Mendeléyev, publicada en
1869. Haga clic sobre la
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Con unas pocas mejoras y modificaciones, la tabla que Mendeléyev creó se convirtió en lo que hoy utilizamos: la tabla periódicaw1, algo tan básico que nunca nos detenemos a pensar que tuvo que ser inventado.

En las siguientes décadas, los químicos compitieron por completar los huecos que quedaban. Al mismo tiempo, también descubrieron por qué la tabla periódica funciona: las filas y columnas reflejan la manera en que los electrones están distribuidos en sus órbitas en diferentes elementos, y los electrones a su vez dictan muchas de las propiedades de los elementos.

En 1945, el último hueco de la tabla periódica fue completado. ¿Había descubierto la ciencia por fin todos los elementos? Curiosamente, la respuesta es sí y no a la vez. Todos los elementos existentes de forma natural en la Tierra eran conocidos. Pero – y es un gran pero – nada indicaba que no se pudieran crear nuevos elementos artificialmente, etiquetados al final de la tabla periódica tras el elemento número 92, el uranio.

Dmitri Mendeleev
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Así, con el desarrollo de la investigación atómica en los años 40, justo cuando los últimos huecos de la tabla periódica estaban siendo completados, un goteo de nuevos elementos sintetizados en laboratorio comenzó a añadirse al final de la tabla periódica, hasta llegar a los 118 elementos conocidos hoy en día. Nadie sabe cuántos más quedan por ser descubiertos todavía.

Lo que se sabe, sin embargo, es que la creación de nuevos elementos es cada vez más difícil. Hoy en día, se necesitan los laboratorios más avanzados del mundo si se quiere tener una oportunidad: los más fáciles, han sido todos encontrados.

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Conocido por su nombre trabalenguas ununenio, el elemento predicho en el que trabaja hoy en día un equipo internacional parece ser el más difícil todavía.

Para crear el elemento 119,
los científicos planean
bombardear un intenso ha
de átomos de titanio sobre
berkelio
.
Imagen cortesía de stock
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El equipo, coordinado por el Centro GSI Helmholtz de Investigación de Iones Pesados (GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung), en Alemania, y con la participación de unos 20 centros de investigación de todo el mundo, planea crear el elemento 119. Su método suena engañosamente simple: disparar un rayo de átomos de titanio (número atómico 22) en algunos de berkelio (97). Suma las dos y – ¡eureka! – se obtiene 119.

Por supuesto, no es tan sencillo.

En primer lugar, el berkelio altamente radiactivo ni siquiera existe en la naturaleza: debe ser creado primero en un reactor nuclear. Por otra parte, es ridículamente difícil que choquen realmente los elementos.

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“Es extremadamente difícil crear haces intensos de titanio. Para conseguir esto, tenemos secretos que no vamos a compartir con otros” explica el Profesor Jon Petter Omtvedt, uno de los miembros del equipo. “Vamos a bombardear la placa con un haz de cinco billones [5 x 1012] de átomos de titanio por segundo. […] La probabilidad de un impacto directo [entre los átomos] es extremadamente baja. Cuando en raras ocasiones los átomos chocan unos con otros, suelen ser simplemente desmenuzados o parcialmente destrozados por la colisión. Sin embargo, menos de una vez al mes, tendremos un átomo completo.”

Creando el ununenio: los
miembros del equipo
Profesor Christoph Düllmann
y Dr Alexander Yakushev
delante del equipo
experimental. Con la ayuda
de un acelerador de
partículas, los iones de
titanio son acelerados a
velocidad cercana a la de la
luz, tras lo cual pasan a lo
largo del tubo de plata de la
izquierda y chocan contra un
blanco hecho de berkelio (en
el cuadro de rayas amarillas
en el centro). Con tres
imanes (cajas de color rojo a
la derecha), los iones de
ununenio resultantes se
separan de todas las demás
partículas, después de lo cual
entran en el detector, donde
se puede registrar su
descomposición.

Imagen cortesía de G Otto /
GSI

Es como si te toca la lotería cuando compras suficientes boletos como para tener garantizado un premio. Es lento e ineficiente, pero es un juego de azar, y al final se acaba consiguiendo.

Pero hay otro problema. Todos los elementos pesados son radiactivos: sus átomos se descomponen en otros más ligeros, liberando radiación. Y los elementos más pesados descubiertos han resultado ser increíblemente inestables. El Ununoctio (elemento 118) se descompone en cuestión de milisegundos tras haber sido creado; el ununennio puede ser aún de más corta duración.

No es que sean peligrosos – las cantidades son tan pequeñas que la dosis de radiación es segura. Pero resulta difícil de estudiar el elemento que se acaba de crear: no se puede poner en un tubo de ensayo o calentarlo a la llama de un mechero Bunsen, ya que sólo tenemos un único átomo cada vez y por una fracción de un segundo.

La solución del equipo es crear el ununenio con ayuda de un acelerador de partículas, y luego disparar a un detector y buscar los signos reveladores de los núcleos de ununenio desintegrándose – radiación y los átomos en los que se descompone – en lugar del propio ununenio.

Es una solución inteligente, pero deja una de las ambiciones del equipo fuera del alcance: les encantaría poder estudiar cómo los átomos de estos elementos exóticos reaccionan entre sí. Pero eso probablemente nunca va a ser posible, al menos no con cualquier tipo de tecnología que podemos imaginar hoy.

Pero si trabajas ganándote la vida creando nuevos elementos, superando las cifras del premio mayor de lotería en camino, «imposible» puede sonar como un desafío….

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Imagen cortesía de NikNaks; Origen de la imagen: Wikimedia Commons

Agradecimientos

Los editores de Ciencia en la Escuela quieren mostrar su agradecimiento al Profesor Christoph Düllmann del Centro de Investigación de Iones Pesados GSI Helmholtz por su ayuda con este artículo.

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Web References

  • w1 – La Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) es el organismo oficial que decide si un elemento ha sido descubierto. La tabla periódica IUPAC incluye todos los elementos del 1 al 112, así como los elementos 114 y 116. Los elementos 113, 115, 117 y 118 no son reconocidos oficialmente por la IUPAC, a pesar de las reclamaciones que se han hecho en la literatura científica sobre el descubrimiento de estos elementos.
     

Resources

Author(s)

Oli Usher es un escritor científico. Posee un título de postgrado en historia y filosofía de la ciencia, ha sido periodista y comunicador científico, y actualmente trabaja como agente de información pública officer para el Telescopio Espacial Hubble de la  NASA / ESA. Es co-autor del libro Un Elemento de Controversia: La Historia del Cloro en Ciencia, Tecnología, Medicina y Guerra.


Review

Después de un breve resumen de la creación y evolución de la tabla periódica, este artículo presenta la investigación actual para descubrir nuevos elementos. Podría ser utilizado en clases de física y química, sobre todo en el estudio de la química nuclear, la física atómica o la historia de la ciencia. El artículo también se podría utilizar para discutir el método científico, la velocidad del progreso científico, las dificultades que encuentran los investigadores y la utilidad de la investigación básica.

La historia de la ciencia es un tema poco frecuente en la escuela secundaria y que puede ser muy útil para hacer más atractiva la ciencia a los estudiantes, especialmente a aquellos más interesados ​​en las humanidades. Este artículo puede ser utilizado para demostrar los vínculos entre las ciencias y las humanidades.

Posibles preguntas de comprensión:

  1. ¿De acuerdo con los antiguos griegos, cuántos elementos había?
  2. ¿Qué es el número atómico?
  3. ¿Cuántos elementos incluye la tabla periódica actualmente?
  4. Descubre el método utilizado por el equipo para tartar de descubrir nuevos elementos. ¿Cuáles son los problemas asociados a este método?

Mireia Güell Serra, España




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