Así creamos nuevos elementos químicos

La Tabla Periódica de los elementos químicos representa una de las ideas más extraordinarias de la ciencia moderna, ya que dio un orden a la Química. Esta famosa tabla fue publicada por el ruso Mendeléyev en 1869 en su libro Los principios de la Química. Clasificó los 60 elementos conocidos hasta entonces, predijo la existencia de otros 10 aún desconocidos, y llegó a pronosticar algunas características de los elementos aún pendientes de descubrir. Nadie prestó especial atención a su tabla hasta que empezaron a descubrirse elementos predichos por él.

Con los años, el sistema de Mendeléyev se fue completando con el descubrimiento de una columna entera de elementos nuevos –los llamados gases nobles– o la aparición de un grupo de elementos muy semejantes entre sí por sus características químicas, llamados en principio tierras raras y que acabaron integrando un grupo aparte, bautizado con el sibilino nombre de lantánidos. Más tarde se introdujo otro semejante que conocemos como los actínidos. Hoy se conocen 118 gracias a una carrera de “construcción” de nuevos elementos donde compiten rusos, alemanes y americanos.

¿Cómo se “fabrica” un elemento químico?

El descubrimiento del neutrón en 1932, la partícula sin carga eléctrica que forma parte del núcleo atómico abrió una nueva etapa en la síntesis de nuevos elementos. Como no tienen carga, los neutrones pueden introducirse libremente en los núcleos atómicos y provocar cambios en ellos. Esta posibilidad fue investigada por el físico italiano Enrico Fermi en 1934. Poco tiempo después, en Berlín, la física Lise Meitner, junto con los químicos Otto y Strassmann, iniciaron la búsqueda de elementos transuránidos, lanzando neutrones contra el uranio. Pero lo que consiguieron fue otra cosa, la fisión nuclear.

El primer elemento artificial, el tecnecio, se obtuvo en 1937 gracias a la construcción de una máquina diseñada para acelerar partículas, el ciclotrón. En esta búsqueda de nuevos núcleos, científicos de la Universidad de Berkeley consiguieron, en 1940, sintetizar el neptunio. Ese mismo año, Glenn Seaborg, también en Berkeley, bombardeó uranio con núcleos de un tipo de hidrógeno llamado deuterio y produjo el elemento 94, el plutonio.

Pese a la búsqueda sistemática de nuevos elementos que se llevó a cabo, los dos siguientes, el einstenio y el fermio, se descubrieron de manera inesperada: en los desechos de la explosión de la bomba de hidrógeno experimental «Mike» que los Estados Unidos detonaron en el Pacífico en 1952. Investigando muestras de polvo acumuladas en los filtros de aire de aviones que sobrevolaron la zona se encontraron nuevos elementos.

Pero para seguir obteniendo elementos cada vez más pesados -con más neutrones y protones en el núcleo- había que diseñar nuevas máquinas: los aceleradores lineales. Sin embargo, estos sólo se encontraban en dos laboratorios: en el de la Universidad de California en Berkeley y en el Instituto Unido de Investigación Nuclear de Dubna (Rusia). Esta situación cambió cuando los alemanes irrumpieron en escena.

La carrera de la Tabla Periódica

En diciembre de 1969 se inauguró el Instituto de Investigación en Iones Pesados (GSI) en Darmstadt, Alemania. En 1975 se instaló allí el acelerador de iones superpesados UNILAC (Acelerador Universal Lineal). Se trataba del primer aparato de esta clase en el que era posible la aceleración de todo tipo de iones, incluidos los de uranio. La técnica es, en apariencia, simple: se fusionan dos núcleos para originar uno nuevo de carga suma. Así se obtuvo en Berkeley el elemento 101, el mendelevio.

Mas lo que parecía simple se complicó. Pasar del elemento 101 al 102 costó once años. Las dificultades técnicas eran enormes, con el añadido de que sólo sobrevive un núcleo de cada mil millones formados. Y, por supuesto, hay que probar que lo obtenido es nuevo.

Los dos últimos elementos, el 116 (livermorio, Lv) y el 118 (oganesón, Og), se obtuvieron en el Laboratorio Lawrence Berkeley en colaboración con las universidades de California y de Oregón. Después de 11 días de trabajo acelerando un haz de iones de krypton y haciéndolos colisionar con un blanco de plomo, se identificaron tres núcleos del 118, elemento que, en menos de un milisegundo, se desintegró en el 116.

La búsqueda se complica

Con unas vidas tan cortas, estos nuevos elementos tienen, por ahora, escaso interés salvo para los físicos nucleares, ya que el estudio del comportamiento de estos átomos superpesados puede ayudarles a entender los problemas de la estabilidad nuclear. Más allá de este uso, la búsqueda de nuevos elementos tiene también una meta tentadora. Se piensa que, a pesar de la inestabilidad de los últimos elementos, quizás los siguientes resulten ser muy estables, que no se desintegren –o por lo menos no lo hagan con tanta rapidez-. Se habla de una isla de estabilidad que debe iniciarse con el elemento 114 (flerovio) y, quizá, con el 113 (nihonio). El sueño es que la estabilidad sea tal como para poder fabricar nuevos materiales, algo que parece muy lejano si pensamos que las decenas de millones de átomos fabricados del elemento 105 (dubnio), uno de los mejor conocidos del final de la tabla, apenas pesan mil millonésimas de microgramo.