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Carlos del Porto Blanco

En el vasto y ordenado mosaico de la Tabla Periódica, algunos elementos son para nosotros muy familiares, como el oxígeno que respiramos o el hierro que constituye la hemoglobina de nuestra sangre. Pero en sus confines más remotos, más allá del uranio, se extiende un territorio misterioso: la tierra de los elementos superpesados. Allí, los átomos son gigantes inestables y fugaces, un testimonio del ingenio humano y de la búsqueda incansable por expandir las fronteras del conocimiento. A uno de ellos dedicaré la columna de hoy el darmstadtio.

La química es como un rascacielos majestuoso. La base segura de hormigón de la química se compone de un sinnúmero de hechos observados experimentalmente. Ernest R. Toon.

Historia y descubrimiento

El darmstadtio (símbolo Ds, número atómico 110) es un elemento químico sintético que no existe en la naturaleza y forma parte de los llamados elementos superpesados. Fue descubierto por primera vez el 9 de noviembre de 1994 por un equipo de científicos liderado por Peter Armbruster, Sigurd Hofmann y Gottfried Münzenberg en el Helmholtz Centre for Heavy Ion Research (Gesellschaft für Schwerionenforschung, GSI) en la ciudad alemana de Darmstadt. Su nombre honra a la ciudad donde se llevó a cabo su síntesis, manteniendo la tradición de nombrar elementos según el lugar de descubrimiento, oficializado en 2003 por la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC).

El equipo de científicos utilizó un instrumento formidable: un acelerador de partículas. En él, hicieron chocar iones de níquel-62 (con 28 protones) contra un blanco de plomo-208 (con 82 protones). La idea era simple en teoría, pero de una complejidad técnica abrumadora: forzar la fusión de esos dos núcleos para crear uno nuevo cuyo número de protones fuera la suma de los dos (28 + 82 = 110). Se produjeron tan pocos átomos, que su estudio fue un desafío extremo para la física y química.

Imagine intentar unir dos gotas de agua lanzando una contra la otra a una velocidad increíble; la mayoría de las veces se destrozan. Así ocurrió en el acelerador. Entre billones de colisiones, solo se produjeron unos pocos átomos del nuevo elemento. Y no eran átomos para quedarse: el darmstadtio es un elemento radiactivo con una vida extremadamente corta. El isótopo descubierto aquel día, el darmstadtio-269, tiene una vida media de apenas unos 170 microsegundos. En un abrir y cerrar de ojos, ese átomo gigante se desintegraba, transformándose en elementos más ligeros.

El descubrimiento no estuvo exento de polémica. En la feroz competencia científica por crear nuevos elementos, un equipo conjunto ruso-estadounidense en el Joint Institute for Nuclear Research (JINR) en Dubna, Rusia, también reclamó haber creado el elemento 110 en 1987, utilizando una combinación diferente (azufre y plomo). Durante años, hubo un debate sobre quién tenía el mérito del descubrimiento.

Finalmente, la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC), el organismo que actúa como juez supremo en esas cuestiones, otorgó el crédito del descubrimiento al equipo alemán del GSI. El derecho a bautizar un nuevo elemento es uno de los mayores honores para un científico, y el equipo de Darmstadt no desaprovechó la oportunidad.

En agosto de 2003, se anunció oficialmente el nombre: darmstadtio, con el símbolo Ds. Era un reconocimiento no solo a la ciudad, sino a la institución que había sido pionera en el descubrimiento de varios de esos superpesados (como el bohrio, el hassio y el meitnerio). El nombre rompió con la tradición de homenajear a científicos o países, aunque siguió la estela de localizar en el mapa el lugar donde nació la ciencia que lo hizo posible. El darmstadtio se suma a una lista que incluye el californio (por California) y otros que han marcado el avance del conocimiento sobre la materia.

Propiedades y características

El darmstatio o darmstadtio es un elemento químico de la tabla periódica cuyo símbolo es Ds y cuyo número atómico es 110, lo cual lo hace uno de los átomos superpesados. Es un elemento sintético que decae rápidamente; sus isótopos de números másicos entre 267 y 273 tienen periodos de semidesintegración del orden de los microsegundos. Sin embargo, isótopos más pesados, de números másicos 279 y 281, sintetizados recientemente, son más estables, con periodos de semidesintegración de 180 milisegundos y 11,1 segundos, respectivamente. Debido a su presencia en el grupo 10de la tabla periódica, lo que sugiere que podría comportarse químicamente de forma similar a metales como el platino y el níquel, siendo probablemente un metal sólido y brillante a temperatura ambiente. Recibe su nombre en honor a la ciudad alemana de Darmstadt donde fue descubierto.

¿Por qué es tan inestable el darmstadtio? La respuesta reside en el corazón del átomo. Con 110 protones apiñados en su núcleo, las fuerzas de repulsión electrostática son enormes. Los protones, todos con carga positiva, se repelen con una fuerza tremenda. La «cola» que mantiene unido el núcleo, la fuerza nuclear fuerte, actúa a muy corta distancia y lucha por mantener la cohesión. En esos elementos superpesados, la batalla está casi perdida desde el principio.

Sin embargo, existe un concepto fascinante en física nuclear: la «isla de estabilidad». Los científicos teorizan que ciertas combinaciones «mágicas» de protones y neutrones podrían dar lugar a isótopos de elementos superpesados con vidas significativamente más largas, quizás incluso de minutos, días o años. El darmstadtio-281, un isótopo descubierto posteriormente, tiene una vida media de unos 11 segundos, un suspiro eterno comparado con sus parientes. Ese hallazgo es una pista tentadora de que quizás nos estamos acercando a esa isla mitológica, lo que convierte al estudio del darmstadtio y sus vecinos en una carrera no solo por crear elementos, sino por encontrar versiones más estables de la materia.

El darmstatio no tiene isótopos estables o naturales. Se han sintetizado varios isótopos radiactivos en el laboratorio, ya sea mediante la fusión de dos átomos o mediante la observación de la descomposición de elementos más pesados. Se han informado nueve isótopos diferentes de darmstadtio con masas atómicas 267, 269–271, 273, 277 y 279–281, aunque el darmstadtio-267 no está confirmado. Tres isótopos de darmstatio, darmstatio-270, darmstatio-271 y darmstatio-281, han conocido estados metaestables, aunque el de darmstatio-281 no está confirmado. La mayoría de esos se desintegran predominantemente a través de la desintegración alfa, pero algunos sufren fisión espontánea.

Todos los isótopos de darmstatio son extremadamente inestables y radiactivos; en general, los isótopos más pesados son más estables que los más ligeros. El isótopo de darmstatio conocido más estable, 281Ds, es también el isótopo de darmstatio más pesado conocido; tiene una vida media de 12.7 segundos. El isótopo 279Ds tiene una vida media de 0.18 segundos, mientras que el 281Ds no confirmado tiene una vida media de 0.9 segundos. Los siete isótopos restantes y dos estados metaestables tienen vidas medias entre un microsegundo y 70 milisegundos. Sin embargo, algunos isótopos de darmstadtio desconocidos pueden tener vidas medias más largas.

El cálculo teórico en un modelo de tunelización cuántica reproduce los datos experimentales de vida media de desintegración alfa para los isótopos de darmstatio conocidos. También predice que el isótopo no descubierto 294Ds, que tiene un número mágico de neutrones (184), tendría una vida media de descomposición alfa del orden de 311 años; sin embargo, exactamente el mismo enfoque predice una semivida alfa de aproximadamente 3500 años para el isótopo no mágico 293Ds.

Es lícito que alguien se pregunte: ¿para qué sirve un elemento que existe solo durante microsegundos y del que solamente se han producido unos pocos átomos? La respuesta va más allá de la utilidad práctica inmediata. El darmstadtio, como los demás elementos superpesados, es un laboratorio único para poner a prueba los modelos teóricos sobre la estructura de la materia. Al estudiar cómo se forma y cómo se desintegra ésta, los científicos pueden validar o refinar el modelo de capas nuclear, análogo al modelo de capas de los electrones, pero aplicado al núcleo. Cada nuevo átomo de darmstadtio creado es un dato precioso que ayuda a responder preguntas fundamentales sobre las fuerzas que gobiernan el universo a la escala más pequeña.

Importancia científica y anécdotas

Curiosamente, antes de su nombre oficial, el darmstadtio fue conocido temporalmente como “ununnilio” (del latín un-un-nil-ium, es decir, “uno-uno-cero”), siguiendo las reglas sistemáticas de la IUPAC para elementos no confirmados. Algunos científicos sugirieron el nombre policium para el nuevo elemento puesto que 110 es el número telefónico de emergencias de la policía alemana.

El darmstadtio es mucho más que una casilla en la Tabla Periódica con el número 110. Es un símbolo de la colaboración internacional, una demostración de la tecnología más avanzada y un recordatorio de que la curiosidad humana no conoce límites. Su existencia efímera es un eco de los primeros instantes del universo, donde elementos inestables se formaban y destruían en un frenesí cósmico.

Ese elemento químico cuya existencia y propiedades solamente pueden estudiarse mediante métodos indirectos debido a su alta inestabilidad y producción limitada. Su estudio no solo amplía la tabla periódica, sino que también impulsa la investigación en física nuclear y química de elementos superpesados, mostrando la capacidad humana de explorar incluso los confines más extremos de la materia.

La próxima vez que consulte una Tabla Periódica, permita que su mirada se deslice hacia su extremo derecho, a la séptima fila. Allí, entre otros nombres exóticos, encontrará el darmstadtio. Un elemento que no se puede ver, tocar o almacenar, pero que encarna la audaz aventura de la ciencia: crear lo que la naturaleza, en nuestro rincón del cosmos, ha olvidado o nunca llegó a forjar. Es, en esencia, un monumento al ingenio humano, tallado no en piedra, sino en los brevísimos destellos de un núcleo atómico.

Me propuse en esta entrega, mostrar de forma clara y actualizada la historia y naturaleza del darmstadtio, un elemento químico que, aunque desconocido para el gran público, representa una conquista científica relevante del final del siglo XX y el inicio del XXI.

Referencias

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