Dr. José Manuel Nieto Jalil / Director del Departamento Regional de Ciencias en la Región Centro-Sur Tecnológico de Monterrey Campus Puebla
Pocas creaciones científicas han moldeado nuestra comprensión del Universo como la tabla periódica. Desde que el eminente científico ruso Dmitri Mendeléyev la presentó en 1869, este sistema ha servido como un mapa para innumerables descubrimientos, permitiendo vislumbrar el orden subyacente del mundo atómico. Con más de un siglo y medio de historia, la tabla ha crecido enormemente, desde los 60 elementos conocidos en los tiempos de Mendeléyev hasta los 118 que conocemos hoy. Sin embargo, una pregunta persiste: ¿existen límites para la creación de nuevos elementos?
La búsqueda de elementos más allá del oganesón (elemento 118) enfrenta desafíos técnicos colosales. A medida que intentamos sintetizar núcleos más pesados, es necesario utilizar ciclotrones, aceleradores de partículas que emplean campos magnéticos y eléctricos para impulsar iones a velocidades extremadamente altas, cercanas a una décima parte de la velocidad de la luz. Estos dispositivos permiten colisionar los núcleos con precisión, aunque a costa de cantidades de energía inimaginables. Además, cada elemento nuevo demanda proyectiles más masivos, como los núcleos de californio o curio, cuya producción es ya de por sí compleja y costosa.
El laboratorio Dubna en Rusia, equipado con el ciclotrón DC-280, se ha posicionado como líder en esta carrera, capaz de acelerar chorros de 60 billones de iones por segundo. Japón, con el laboratorio Riken, ha emergido como un fuerte competidor, y se espera que Estados Unidos reactive su participación en esta emocionante contienda científica. Alemania, a través del prestigioso centro de investigación GSI en Darmstadt, ha decidido enfocarse en un análisis más detallado de los elementos superpesados ya descubiertos, explorando sus propiedades nucleares y químicas para ampliar nuestra comprensión de la materia en condiciones extremas. Esta carrera cientifica, aunque de largo recorrido, no deja dudas de que los elementos 119 y 120 se descubrirán eventualmente.
Más allá del interés académico, el estudio de los elementos superpesados ofrece una ventana hacia aplicaciones futuras. En el campo de la medicina, los isótopos radiactivos derivados de actínidos como el einstenio podrían utilizarse en terapias avanzadas contra el cáncer, enfocándose en técnicas de radioterapia altamente precisas. Asimismo, su capacidad de emitir radiación intensa podría ser aprovechada en equipos de diagnóstico más eficientes. En tecnología, las propiedades electrónicas y magnéticas únicas de los superpesados podrían inspirar la creación de nuevos materiales avanzados con aplicaciones en dispositivos electrónicos y sistemas energéticos.
En el ámbito de la exploración espacial, la investigación de estos elementos también podría tener un impacto significativo. Algunos isótopos de actínidos, como el plutonio-238, ya se utilizan como fuentes de energía para misiones espaciales, incluyendo las sondas Voyager y el rover Perseverance en Marte. Elementos aún más pesados, si pudieran estabilizarse, podrían generar mayores cantidades de energía en dispositivos compactos, revolucionando la manera en que alimentamos tecnologías en ambientes hostiles.
Las leyes de la naturaleza imponen barreras inevitables. En la década de 1960, el físico Richard Feynman propuso que la tabla periódica podría detenerse en el elemento 137 debido a los efectos relativistas. Esto se debe a que, en elementos con núcleos muy grandes, los electrones más cercanos al núcleo deben moverse a velocidades extremadamente altas, cercanas a la velocidad de la luz, lo que incrementa su masa y los hace inestables. Estudios más recientes sugieren que podríamos llegar hasta el elemento 174, aunque lograrlo sería extremadamente difícil.
A este reto teórico se suma la estabilidad nuclear. Los núcleos de elementos superpesados tienden a desintegrarse casi instantáneamente debido a la repulsión entre los protones. Sin embargo, los científicos creen que podría existir una isla de estabilidad, una región hipotética donde núcleos con proporciones específicas de protones y neutrones podrían tener una vida media más larga. Si se lograra sintetizar alguno de estos núcleos, podríamos abrir una nueva frontera en la química nuclear, con aplicaciones aún inimaginables.
Un descubrimiento clave en la expansión de la tabla periódica ocurrió en 2016, con la adición de nihonio, moscovio, tenesino y oganesón. Estos elementos, aunque inestables, representan décadas de investigación en laboratorios de todo el mundo. Ofrecen datos cruciales sobre las fuerzas nucleares que mantienen cohesionados los núcleos y plantean preguntas sobre cómo se comportan los elementos más pesados.
Por ejemplo, el oganesón (elemento 118) pertenece a la columna de los gases nobles, pero no comparte las propiedades químicas esperadas de esta familia. Este comportamiento, también observado en algunos lantánidos y actínidos, plantea un desafío a la periodicidad que define la tabla. ¿Podrán los elementos futuros seguir las tendencias químicas establecidas o será necesario reimaginar las reglas de la química?
El einstenio (símbolo Es, número atómico 99) ejemplifica los retos de estudiar elementos superpesados. Descubierto en 1952 durante la explosión de Ivy Mike, la primera bomba de hidrógeno, este elemento es extremadamente radiactivo y de vida corta. Su isótopo más estable, el einstenio-252, tiene una vida media de 276 días, lo que dificulta su manipulación y estudio.
En 2021, un equipo de investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley logró sintetizar y analizar el einstenio con mayor detalle. Utilizando el reactor de isótopos de alto flujo en Oak Ridge, produjeron pequeñas cantidades de este elemento, revelando aspectos inéditos de su geometría electrónica y comportamiento químico. Este avance no solo amplía nuestra comprensión de los actínidos, sino que también sienta las bases para explorar elementos más allá del oganesón.
El estudio del einstenio destaca cómo los elementos superpesados, a pesar de su inestabilidad, pueden ofrecer pistas sobre el comportamiento químico en condiciones extremas. Por ejemplo, se descubrió que el einstenio puede formar enlaces inusuales, lo que abre la puerta a nuevas aplicaciones en materiales avanzados y tecnología nuclear.
Además de sus aplicaciones tecnológicas, los elementos superpesados tienen un valor científico incalculable al ayudarnos a comprender las fuerzas fundamentales del Universo. Cada descubrimiento no sólo amplía nuestro conocimiento sobre los átomos, sino que también nos permite explorar preguntas más profundas sobre el origen de los elementos en el cosmos. Eventos extremos como la colisión de estrellas de neutrones podrían ser responsables de la formación de estos elementos, vinculando su estudio directamente con nuestra comprensión del Universo.
El descubrimiento del elemento 119 inaugurará el octavo periodo de la tabla periódica. Este cambio no será trivial: implicará la necesidad de añadir nuevas columnas y explorar un nuevo orbital, el g, para los electrones. Este orbital podría dar lugar a propiedades químicas completamente nuevas, alterando nuestra comprensión actual de la materia.
Más allá del elemento 118, las simulaciones sugieren que podríamos acercarnos a los límites impuestos por las leyes físicas. Si bien estas investigaciones son técnicamente desafiantes, también representan una oportunidad para descubrir comportamientos atómicos inéditos que podrían revolucionar campos como la ciencia de materiales y la física cuántica.
La tabla periódica no sólo organiza los elementos conocidos; también cuenta una historia de descubrimientos que han expandido los límites del conocimiento humano. La búsqueda de nuevos elementos, como el 119 y el 120, no es simplemente una cuestión académica: es una exploración de las leyes fundamentales del Universo.
Mientras laboratorios en todo el mundo continúan esta carrera, enfrentando desafíos técnicos, económicos y geopolíticos, la curiosidad científica sigue siendo el motor principal. Cada nuevo elemento descubierto, por efímero que sea, es un recordatorio de nuestra capacidad para desentrañar los misterios de la naturaleza.
En última instancia, los confines de la tabla son un reflejo de los confines de nuestra curiosidad, una frontera que, con esfuerzo y creatividad, siempre podemos empujar más allá.
