La Tabla Periódica cumple más de 150 años, y hoy es más importante que nunca
Si necesitas un imán muy fuerte para un disco duro, puedes pensar en el neodimio. ¿Sabes que hay tabla periodica de los ekemvoestaño en la pasta de dientes, o arsénico en tu computadora?
El inventor Buckminster Fuller describió una vez el progreso tecnológico como “efímero”.
Los rayos del sol y la brisa están reemplazando al carbón y al petróleo como fuentes de energía, las marcas son más importantes que los edificios para las corporaciones, y el dinero en papel ha suplantado al oro y a la plata.
Por esto, parece razonable concluir que la tabla periódica de elementos (esa taxonomía torcida de cosas físicas como cobre, hierro, mercurio y azufre) está pasada de moda, no es más relevante que una máquina de escribir.
Excepto que lo cierto es exactamente lo contrario. La materia todavía importa. Y en el aniversario de la formulación de la tabla periódica (1869) del químico ruso Dmitri Mendeleev, es más importante que nunca.
Es cierto, la tecnología ha hecho que la economía sea más virtual, pero también ha aumentado enormemente la capacidad y la sofisticación de los objetos materiales. Gran parte de la eficiencia mejorada de motores, chips para computadoras y medicamentos se reduce a lo que están hechos: los elementos.
¿Necesitas un imán súper fuerte para una unidad de disco duro? Prueba con el neodimio. ¿Un material para absorber neutrones en un reactor nuclear submarino? Hafnio. ¿Una llave inglesa a prueba de chispas? Berilio.
¿Un agente de contraste para la resonancia magnética? Gadolinio. Incluso el efímero mundo de software e ideas de Fuller vive en computadoras, servidores y redes de fibra óptica muy reales, construidas a partir de la famosa tabla de Mendeleev.
Durante el último siglo y medio, pero particularmente desde la Segunda Guerra Mundial, científicos e ingenieros han aprendido a tratar a la tabla periódica como una mesa de banquete, donde hay una variedad abundante para extraer lo que necesitan.
Hay escandio en cuadros de bicicleta, estaño (fluoruro estannoso) en pasta de dientes, tungsteno en catéteres y arsénico en algunos chips de computadora.
Ya pasamos la Edad de Piedra, la Edad de Bronce y la Edad de Hierro, y entramos a la Era de Todo, porque casi todo de la tabla periódica se está utilizando en la economía actual (excluyendo elementos sintéticos que son costosos para hacer y altamente radiactivos, como el einstenio).
Los teléfonos celulares ejemplifican la complejidad. Los primeros en la década de 1980 “tenían el tamaño de una caja de zapatos y constaban de 25 a 30 elementos”, detalló Larry Meinert, subdirector adjunto de energía y minerales del Servicio Geológico de Estados Unidos.
“Hoy, caben en tu bolsillo o en tu muñeca y están hechos de aproximadamente 75 elementos diferentes, casi tres cuartos de la tabla periódica”.
Eso puede incluir tantalio de Ruanda, potasio de Bielorrusia, plata de México, estaño de Myanmar, carbón de India y germanio de China.
La medicina nuclear es otro ejemplo, destacado en un artículo de 2013 de la revista Resources, Conservation & Recycling de Thomas Graedel y Aaron Greenfield del Centro de Ecología Industrial de Yale.
En 1936, los médicos utilizaron isótopos de fósforo y sodio para tratar la leucemia. En 1939 fueron pioneros en usar un isótopo de yodo para imágenes y tratamiento de tiroides. En 1957, usaron xenón para estudios de ventilación pulmonar.
Alrededor de 1964 utilizaron tecnecio para imágenes del esqueleto y músculo cardiaco. Y así hasta 2008, cuando se usó un isótopo de lutecio en aplicaciones para el cáncer de próstata.
Al explotar más de los elementos disponibles para nosotros, estamos siguiendo el curso para la evolución como especie.
A lo largo de millones de años, nuestro cuerpo ha evolucionado para aprovechar 30 o más miembros de la tabla periódica, cosas del entorno que ahora están incorporadas en nosotros. La mayor parte de lo que somos (96 por ciento) es carbono, oxígeno, hidrógeno y nitrógeno.
Pero nuestros cuerpos también usan, y están compuestos de, calcio, cloro, magnesio, fósforo, potasio, sodio y azufre, además de pequeñas cantidades de boro, cromo, cobalto, cobre, flúor, yodo, hierro, manganeso, molibdeno, selenio, silicio, estaño, vanadio y zinc, entre otros.
Como nuestra primera fábrica, nuestros cuerpos son un buen modelo a seguir para los ingenieros de productos y los científicos de materiales. Una lección es que las cantidades importan.
El cobalto, por ejemplo, es parte de la vitamina B12, que es esencial para la formación de proteínas y la regulación del ADN. Pero en exceso es un veneno. Otra lección es que todavía hay mucho por aprender.
Los biólogos están tratando de descubrir la utilidad, si la hay, de un par de docenas de otros elementos que se encuentran en nuestros cuerpos en aún más pequeñas cantidades.
Antes de que “vivir mejor a través de la química” se convirtiera en una referencia más relajada sobre el uso de drogas recreativas, era un eslogan de DuPont, una invocación seria para darle buen uso a la Tabla Periódica.
Había mucho para sentirse orgulloso. Los químicos modernos son un gran paso de los alquimistas medievales, que intentaron inútilmente transformar el plomo en oro.
La creación de la tabla periódica de Mendeleev ayudó a marcar el comienzo de la era dorada de la química, en la que Alemania fue uno de los primeros líderes.
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En 1910, el alemán Carl Bosch amplió el proceso de su compatriota Fritz Haber para hacer reaccionar al nitrógeno del aire con hidrógeno para producir amoniaco, el ingrediente principal de los fertilizantes.
La producción de cultivos se disparó, haciendo posible alimentar a más personas incluso con menos gente trabajando en las granjas.
Si trabajas en una oficina hoy en lugar de en una granja, agradece a Haber, Bosch y a la fijación del nitrógeno. (Del lado negativo, Haber también convirtió en un arma el cloro, usado como gas venenoso en la Primera Guerra Mundial).
Como se muestra en la historia del nitrógeno, no solo a los elementos difíciles de encontrar se les ha dado un nuevo uso. Silicon Valley fue construida sobre una base de silicio común, el segundo elemento más abundante en el planeta, después del oxígeno.
Otro elemento común, el hidrógeno, el más abundante en el universo, podría un día salvar al planeta al detener el cambio climático.
Ahora mismo, el hidrógeno se produce principalmente a partir del gas natural, junto con algo de carbón, en procesos que cada año emiten tanto carbono como las emisiones combinadas del Reino Unido e Indonesia, de acuerdo con la Agencia Internacional de Energía.
Pero el hidrógeno puede derivar también del agua corriente con una descarga eléctrica, produciendo nada más que oxígeno como subproducto. Ese hidrógeno puede luego combinarse con oxígeno en una celda de combustible para producir energía para una nave espacial o un automóvil. Lo único que sale del tubo de escape es agua.
El hidrógeno, en otras palabras, puede funcionar como el último portador de energía limpia. La clave para el medio ambiente es encontrar formas más baratas y limpias de generar electricidad que electrolice el agua. La energía solar parece una buena candidata.
El hidrógeno también es el principal actor en otras tecnologías para salvar el planeta, el reactor de fusión nuclear, el cual (algún día) fusionará átomos de hidrógeno con helio y emitirá energía limpia.
El uso moderno de elementos ha traído nuevos problemas, como nuevas formas de escasez. La madera, el sustrato de una era anterior, puede no ser un material milagroso, pero al menos es más fácil de conseguir.
La tecnología actual es vulnerable a las interrupciones de las cadenas de suministro que se extienden a cada rincón de la Tierra. China es el proveedor dominante de metales de tierras raras, un grupo de 17 elementos usado en imanes avanzados, baterías y otros dispositivos.
Un solo submarino de ataque de clase Virginia de la Marina de EU utiliza casi cinco toneladas de ellas.
Si el libre mercado funciona de manera eficiente, la escasez inminente de elementos debería corregirse con el aumento de los precios, lo que desalienta el consumo, mientras que impulsa una mayor producción o el desarrollo de sustitutos.
Como dice el mercado, la cura para los altos precios son los altos precios. El biólogo Paul Ehrlich, autor de ‘The Population Bomb’, perdió una apuesta con el economista Julian Simon cuando predijo en 1980 que los precios del cromo, cobre, níquel, estaño y tungsteno aumentarían en la siguiente década. Los cinco se volvieron más baratos.
Pero hay razones para no confiar por completo en el mercado. Una de ellas es la seguridad nacional. Si la guerra amenazara con estallar entre EU y China o Rusia, ningún precio sería lo suficientemente alto para atraer a esos enemigos a suministrar a la máquina de guerra de EU con materias primas.
La guerra es a menudo el resultado cuando un país no puede obtener los recursos naturales que necesita.
Japón, pobre en recursos, ocupó Manchuria antes de la Segunda Guerra Mundial para obtener hierro. Alemania, carente de casi todos los recursos excepto el carbón, buscó Lebensraum (literalmente, “sala de estar”) para tomar cobalto, cobre, hierro, petróleo, caucho, tungsteno y bauxita para el aluminio.
Los poderes del Eje finalmente perdieron en parte porque los Aliados cortaron su acceso a esas materias primas tan críticas.
Saleem Ali, profesor de Planificación Ambiental de la Universidad de Delaware, está a favor de un tratado internacional para prevenir una repetición de “antiguas luchas coloniales por la riqueza”, que señala que han ocurrido no solo con minerales sino también con azúcar, especias y vainilla.
Las fuerzas del mercado también pueden responder de manera lenta. Graedel de Yale, profesor emérito de Ecología Industrial, estima que toma entre 15 a 30 años lograr que una nueva mina entre a la producción comercial.
El permiso acelerado ayudaría con eso, indica, siempre y cuando no abra la puerta a los abusos de las compañías mineras.
Irónicamente, la economía verde depende de muchos elementos cuya producción es todo menos verde.
Sin estandartes globales sólidos, el libre mercado puede empujar la producción a los países que hacen menos para proteger al medio ambiente.
Tanto la economía como la geopolítica conducirán al mundo hacia una mayor reutilización de los elementos. El reciclaje se integrará en el diseño de los productos. Eso favorecerá que los elementos sean más adaptables.
“El carbono, que puede ser tan suave como el grafito, o tan duro como un diamante, puede ser el material de elección”, escribió Jamais Cascio, investigador del Instituto para el Futuro, un grupo de expertos de Palo Alto, California, en 2012.
“En lugar de preocuparnos por minimizar la producción de carbono, deberíamos ponernos a trabajar para maximizar las entradas de carbono”, agregó.
El valor de la producción mundial sigue aumentando en términos de dólares por tonelada (más valor por menos masa). Pero Buckminster Fuller estaba equivocado. El progreso tecnológico no es efímero. Es una invención, y no hay un ejemplo más claro de invención que la explotación de la tabla de elementos de Mendeleev.
¿Sabes cómo interactúas día a día con los elementos de la Tabla Periódica?
