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Las formas extrañas en que científicos extraordinarios hicieron elementos sintéticos

La tabla periódica celebra su 150 aniversario este año y actualmente cuenta con 118 elementos químicos. Sin embargo, no hay elementos naturales más allá del uranio (elemento 92). En cambio, estos elementos sintéticos (también conocidos como elementos transuránicos) se descubrieron por primera vez en laboratorios.

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Aquí hay cinco de las formas más extrañas que hemos agregado a nuestro conocimiento del universo químico.

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El más famoso de los elemento de la síntesis fue encontrado en un maloliente ático. En 1940, Edwin McMillan y Philip Abelson, dos científicos que trabajaban con un acelerador de partículas en la Universidad de California, Berkeley, crearon un nuevo elemento bombardeando una muestra de uranio con partículas subatómicas llamadas neutrones. Por lo general, esto daba lugar a la explosión del átomo de uranio, pero ocasionalmente un neutrón entraba en el corazón del átomo, el núcleo, y se convertía en un protón. Como el número de protones determina el elemento que tiene, agregando un elemento 93 descubierto por McMillan y Abelson.

Dr. Edwin McMillan (izquierda) y Dr. Glenn Seaborg (derecha) apuntando a un espacio en la carta (98-CF) que designa californium © Bettmann/Getty Images
Dr. Edwin McMillan (izquierda) y Dr. Glenn Seaborg (derecha) señalando un espacio en la carta (98-CF) que designaba californium © Bettmann/Getty Images

La segunda guerra mundial significó que el dúo tuvo que mantener su descubrimiento en secreto. Sin embargo, McMillan explicó su investigación a un amigo, Glenn Seaborg, que estaba convencido de que podía crear el siguiente elemento en secuencia. A principios de 1941, trabajando en un pequeño laboratorio escondido en el techo del departamento de química, el equipo de Seaborg tuvo éxito. El uranio recibió el nombre del planeta Urano, por lo que McMillan y Seaborg decidieron nombrar sus elementos también por planetas del sistema solar: neptunio y plutonio.

El descubrimiento le valió a McMillan y Seaborg el premio Nobel, y el plutonio se utilizó para fabricar la primera bomba atómica del mundo. Sin embargo, Seaborg siempre recordaba el hedor de todos los productos químicos en su pequeño espacio de trabajo, por lo que el símbolo del plutonio es Pu (pee – eew).

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Einsteinium y fermium-Hijos de la bomba

En la década de 1950, el equipo de Seaborg había descubierto otros cuatro elementos: americio, curio, berkelio y californio. Desafortunadamente, hacer cada elemento nuevo era cada vez más difícil y requería una mayor concentración de neutrones. De hecho, el único lugar en la Tierra con suficientes neutrones volando alrededor estaba en el corazón de una explosión termonuclear. Así que ahí es donde el equipo decidió buscar.

El 1 de noviembre de 1952, Estados Unidos detonó la primera bomba de hidrógeno del mundo en el Atolón de Enewetak en el Océano Pacífico, causando una explosión equivalente a 10,4 megatones de TNT. Curiosos sobre lo que podría haber dentro, la Fuerza Aérea de los Estados Unidos ordenó a los pilotos de combate volar hacia la nube de hongos con filtros conectados a las alas de sus aviones, con la esperanza de recoger desechos nucleares para realizar pruebas. Era una tarea peligrosa y un piloto, Jimmy Robinson, murió durante la misión cuando se quedó sin combustible.

Fuerza Aérea Teniente Merle D. Kimball de Salt Lake City explica el aparato utilizado para adquirir muestras de radiación durante la primera detonación de la bomba de hidrógeno en el Atolón de Enewetak © Bettmann/Getty Images
El teniente de la Fuerza Aérea Merle D. Kimball de Salt Lake City explica el aparato utilizado para adquirir muestras de radiación durante la primera detonación de la bomba de hidrógeno en el Atolón de Enewetak © Bettmann/Getty Images

fueron enviados a los EE.UU., el equipo de Seaborg fue capaz de aislar dos nuevos elementos. Decidieron nombrarlos einsteinium y fermium en honor a Albert Einstein y Enrico Fermi, dos de los más grandes físicos del siglo XX.

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Mendelevium-Un coche y una alarma de incendios

En 1955, el equipo de Berkeley decidió que tenían suficiente einsteinium (elemento 99) para intentar dispararlo directamente con partículas alfa radiactivas (que tienen dos protones) en su acelerador. Esto formaría el elemento 101 no descubierto. El único problema era que el nuevo elemento sería tan inestable que se desintegraría en minutos, y su acelerador de partículas estaba en la parte inferior de una colina empinada, mientras que su laboratorio de química estaba en la parte superior. No había una manera fácil de llevar las muestras al laboratorio a tiempo para demostrar que se había fabricado un nuevo elemento.

Uno de los miembros del equipo de Berkeley, Albert Ghiorso, era conocido por su inusual forma de resolver desafíos. Su respuesta fue tomar la sustancia radiactiva del acelerador lo antes posible, lanzarla en un frasco de ácido, luego correr hacia un Volkswagen Beetle sobrealimentado y conducir cuesta arriba a una velocidad vertiginosa. En el departamento de química, Ghiorso había activado la alarma de incendios del edificio para que se activara si su muestra emitía radiación como prueba de que había creado el elemento 101.

Albert Ghiorso ca 1970 © Lawrence Berkeley Laboratory (Dominio público), a través de Wikimedia Commons
Albert Ghiorso ca 1970 © Laboratorio Lawrence Berkeley (Dominio público), a través de Wikimedia Commons

Las carreras de medianoche de Ghiorso en el Escarabajo se hicieron notorias en el campus, pero una noche la alarma de incendios sonó varias veces: el equipo había creado el elemento mendelevium. A pesar de su victoria, al día siguiente Ghiorso se encontró en problemas con el director del laboratorio. En su excitación, se había olvidado de desenganchar la alarma de incendios y se había vuelto a disparar, causando una evacuación masiva.

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Nihonio – La espera de siete años

No todos los elementos se crearon en los EE. Para el siglo XXI, tanto los rusos como los alemanes también habían tenido éxito, estirando la tabla periódica a 112 elementos. Otro equipo, dirigido por Kōsuke Morita en RIKEN en Japón, quería participar. Copiando una técnica iniciada por sus rivales, Morita disparó iones de zinc (elemento 30) en una rueda giratoria de bismuto (elemento 83) para hacer el elemento 113.

Al principio, el equipo japonés tuvo éxito, creando dos átomos del elemento en 2004 y 2005. Sin embargo, la comunidad internacional no estaba convencida y quería que los japoneses produjeran otro átomo. Aquí, la suerte de Morita se acabó, no importa cuánto corriera su experimento, no pudo crear el átomo final.

Kosuke Morita sonríe mientras señala una placa que muestra el nuevo elemento atómico 113 durante una conferencia de prensa © Kazuhiro Nogi/AFP/Getty Images
Kosuke Morita sonríe mientras señala una placa que muestra el nuevo elemento atómico 113 durante una conferencia de prensa © Kazuhiro Nogi/AFP/Getty Images

El equipo japonés estuvo a punto de rendirse, pero en 2011 el desastre nuclear de Fukushima hizo que los precios de la electricidad se dispararan en todo el país. A Morita se le ordenó que cerrara todos los experimentos excepto uno, y decidió mantener viva su búsqueda del elemento 113. Fue una buena elección: después de una espera de más de siete años y el equivalente a 553 días continuos corriendo su acelerador, el equipo japonés produjo un tercer átomo. El equipo decidió llamar al elemento nihonium, por nihon, la palabra japonesa para su tierra natal.

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Tennessine-Ida y vuelta

Hoy el equipo líder de element discovery se encuentra en Dubna, Rusia, dirigido por el físico Yuri Oganessian. Desde 1989, el grupo se ha asociado con el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore en California, EE.UU., lo que llevó a la creación de cinco elementos. Estos incluyen el elemento 118, el más pesado descubierto hasta ahora, que fue nombrado oganesson en honor al líder del equipo. Pero fue el elemento 117 el que causó más problemas.

Yuri Oganessian asiste a una ceremonia para conmemorar el reconocimiento oficial de cuatro nuevos elementos químicos 113, 115, 117 y 118, añadidos a la Tabla Periódica © Nikolai GalkinTASS a través de Getty Images
Yuri Oganessian asiste a una ceremonia para conmemorar el reconocimiento oficial de cuatro nuevos elementos químicos 113, 115, 117 y 118, añadidos a la Tabla Periódica © Nikolai Galkin\TASS a través de Getty Images

El equipo de Oganessian hizo sus descubrimientos disparando una forma rica en neutrones de calcio (elemento 20) en una selección de diferentes blancos radiactivos. Desafortunadamente, para hacer el elemento 117 el equipo necesitaba un objetivo hecho de berkelio (elemento 97), un elemento que solo puede ser creado por dos reactores nucleares en el mundo. Peor aún, el berkelio no tiene ningún uso conocido, por lo que nadie lo estaba haciendo, simplemente no había ningún berkelio en la Tierra para que los oganeses lo compraran.

En 2008, Oganessian se enteró de que uno de los reactores, ubicado en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge en Tennessee, EE.UU., estaba fabricando californio: un proceso que también crearía un poco de berkelio como producto de desecho. El equipo de Oak Ridge (incluida Clarice Phelps, la primera mujer estadounidense negra en descubrir un elemento) acordó aislar y purificar el berkelio y enviarlo a Rusia en una aerolínea comercial antes de que se deteriorara. Las cosas no fueron bien. El papeleo del equipo no estaba en orden y la muestra fue rechazada por la aduana dos veces, lo que significa que tuvo que sobrevolar el Océano Atlántico cinco veces antes de que Oganessian pudiera obtenerla.

Los rusos todavía tenían suficiente berkelium para ejecutar su experimento y crear el elemento 117. Para celebrarlo, el equipo decidió llamarlo tennessine, en honor a la contribución del estado a la tabla periódica.

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