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¿Por qué si en la naturaleza solo hay 96 elementos, la tabla periódica tiene 118?

Plinio Sosa 21 / May / 19
Desde su origen en el corazón de las estrellas hasta los laboratorios en la Tierra, la historia del descubrimiento y la invención de las sustancias simples y las sustancias compuestas transformaron la civilización

Las reacciones de síntesis y las de análisis son quizás las más importantes en química. Ambos tipos de reacciones podrían describirse en forma muy simple. En las de síntesis, dos sustancias reaccionan entre sí y producen una tercera —es decir, desaparecen dos y aparece una—. Por el contrario, en las reacciones de análisis, una sola sustancia reacciona (mediante calor o electricidad) para producir dos sustancias —es decir, desaparece una y aparecen dos.

Mediante reacciones sucesivas de síntesis, es posible preparar sustancias cada vez más y más complejas. Y, al revés, mediante las de análisis se puede preparar sustancias cada vez más simples. 

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Mediante reacciones sucesivas de síntesis, es posible preparar sustancias cada vez más y más complejas. Y, al revés, mediante las de análisis se puede preparar sustancias cada vez más simples. 
Foto: Especial

Sustancias elementales y compuestas

Las posibilidades, en cuanto a diversidad y complejidad, en la síntesis de nuevas sustancias parecen no tener límites. Se estima que cada mes se añaden un millón de sustancias químicas al arsenal de que dispone el hombre. En la actualidad, dicho arsenal está formado por más de 150 millones de sustancias.

Sin embargo, en el otro sentido, en el del análisis, sí existe un límite. De esos 150 millones de productos, un poco más de 100 no presentan reacciones de descomposición. Es decir, son las sustancias más simples de todas. Pueden reaccionar con otras para generar sustancias más complejas, pero no se pueden descomponer para formar sustancias más simples.

A estas sustancias simples se les llama sustancias elementales (o simplemente elementos) y a partir de ellas se pueden sintetizar todas las demás llamadas sustancias compuestas (o simplemente compuestos).

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22 de los 118 elementos químicos son hechos en un laboratorio | Foto: Especial
 

Una historia elemental

Cuando el hombre apareció en el planeta, encontró una infinidad de materiales (madera, aire, rocas, agua de mar, etcétera) formados, en realidad, por la mezcla de muchas sustancias, casi todas ellas, compuestas. En esa confusión, descubrir y encontrar las sustancias elementales, supuso dos tareas de una enorme dificultad:
1. Separar las sustancias que se encontraban mezcladas en los materiales conocidos.
2. Realizar, con ellas, miles y miles de reacciones de descomposición hasta llegar a las más simples.

Así y todo, los humanos conocemos desde la antigüedad las siguientes sustancias elementales: antimonio, azufre, carbono, cobre, estaño, hierro, mercurio, oro, plata y plomo. Desde entonces hasta 1700 d. C. sólo se pudieron descubrir 5 elementos: arsénico, bismuto, fósforo, platino y zinc. En el siglo XVIII, 18 elementos más fueron encontrados. Entre ellos, el hidrógeno, el nitrógeno y el oxígeno. El descubrimiento de estos 3 gases fue, sin lugar a dudas, el preámbulo que dio origen a la química como ciencia.

Durante el siglo XIX y la primera mitad del siglo XX, se descubrieron el resto de las 92 sustancias elementales existentes en la naturaleza. Aunque en la naturaleza sólo hay 92 elementos, en la actualidad, se conocen 118. ¿De dónde han salido los demás? Fácil... ¡el ser humano los ha creado!

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Tabla periódica de los elementos | Foto: Especial

El origen de los elementos

Los átomos de una sustancia elemental son todos iguales. Además, los átomos de cada elemento son diferentes. Por lo tanto, en las sustancias compuestas hay átomos de un elemento unidos con átomos de otros elementos. Todos los átomos (sean del elemento que sea) tienen una parte positiva (los protones) concentrada en un núcleo, rodeada por una parte negativa (los electrones). Lo que hace distinto a un átomo de otro (y, por tanto, a un elemento de otro) es el número de protones. A este número se le llama número atómico y corresponde con la posición que ocupan los elementos en la tabla periódica. Además de los protones, en los núcleos atómicos hay otras partículas sin carga eléctrica llamadas neutrones.

Modificar el número de protones de los átomos no es cosa fácil. Para ello se requiere de reacciones nucleares. Por eso, los alquimistas fracasaron en su empeñoso afán por transmutar la materia.

Sin embargo, en las estrellas las reacciones nucleares se dan de manera natural. En las estrellas como el Sol, los núcleos de hidrógeno se transforman constantemente en núcleos de helio. La energía que se libera de este proceso ha impedido (durante 4 mil 500 millones de años) que el Sol se colapse debido a la atracción gravitacional. Y se sabe que hay suficiente hidrógeno en su interior para mantenerlo así otros 5 mil millones de años.

En las Gigantes Rojas (que es en lo que se va a convertir nuestro amado Sol cuando se le acabe el hidrógeno), a partir de los núcleos de helio, se forman los elementos cuyo número atómico va desde 3 hasta 26, es decir, desde el litio hasta el hierro. Del cobalto al uranio (92 protones), los núcleos no liberan energía al formarse; más bien la absorben. Por eso, no es posible que se formen en las Gigantes Rojas, sino que se producen en las espectaculares explosiones estelares conocidas como Novas y Supernovas.

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El momento de la explosión de la estrella captada por el telescopio Hubble | Foto: NASA

Los elementos terrícolas

Hay otro lugar en el Universo donde se forman elementos: en el planeta Tierra. En los años 40 y 50, los científicos de la época crearon los elementos 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99, 100 y 101. Esto se logró mediante dos tipos de reacciones nucleares: el decaimiento beta y la captura alfa. En el primero, se bombardean núcleos de elementos pesados con neutrones. Cada neutrón capturado se transforma en un protón y un electrón (partícula beta). Como resultado se crea un nuevo elemento con un protón de más, es decir, con el siguiente número atómico al del elemento original. En el segundo, los núcleos pesados son bombardeados con núcleos de helio (partículas alfa) haciendo que el número atómico se incremente dos unidades cada vez.

De 1961 a 1974, se sintetizaron desde el elemento 102 hasta el 106. Para ello, bombardearon los núcleos recién creados con iones de elementos ligeros como el boro. Para lograrlo, se requirió el desarrollo de grandes aceleradores de partículas. Más allá del elemento 106, fue imposible crear nuevos núcleos con esta técnica.

El éxito de las colisiones frías

En 1974, un grupo de investigadores dirigidos por Yuri Oganessian en Dubna, Rusia descubrieron una técnica que podía servir para la síntesis de nuevos elementos. Se les ocurrió invertir los papeles: usar como proyectiles a los núcleos pesados y como blanco a los iones de elementos ligeros. Esto permitía colisiones "frías" que no liberaban tanta energía dando tiempo a que se estabilizaran los nuevos núcleos.

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Para sintetizar los elementos del 102 al 106 fue necesaria la creación de aceleradores de partículas. Se bombardearon los núcleos recién creados con iones de elementos ligeros como el boro Foto: Especial

Esta técnica se empezó a utilizar a partir de 1975 cuando se abrió el UNILAC (Universal Linear Accelerator) en Darmstadst, Alemania con el cual se podía acelerar incluso los iones más pesados hasta alcanzar las más altas energías. Con este poderoso equipo, el grupo alemán dirigido por Peter Armbruster logró a principios de los 80 sintetizar los elementos 107, 108 y 109. Hubo que esperar hasta 1994 para crear los elementos 110, 111 y 112. Finalmente, en los últimos años, entre el grupo ruso y el grupo alemán, han logrado sintetizar los elementos 113, 114, 115, 116, 117 y 118.

Una reflexión elemental

Sabemos que el número de elementos, que pudiéramos preparar los humanos, no puede ser infinito. Sin embargo, ¿qué tan lejos podremos llegar?

Autor: Plinio Sosa
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