El 150 cumpleaños de la tabla periódica recuerda que todo es polvo de estrellas

La herramienta más importante para la sociedad moderna no es una máquina de hacer túneles ni un avión, ni siquiera el ordenador, es una tabla que clasifica todos los elementos existentes en el Universo por su estructura y comportamiento. Las propiedades químicas que indican sus afinidades e incompatibilidades mutuas fijan lo que se puede o no hacer con los metales, los no metales y los metaloides en que se dividen los 94 elementos naturales y los 24 creados artificialmente. Sin ese conocimiento no se podría, por ejemplo, construir ningún aparato electrónico ni existiría la medicina nuclear.

Fruto de la acumulación de investigaciones que modernamente se remontan a hace 230 años, la tabla periódica de los elementos nació hace 150 años y sigue sin estar terminada, aunque a efectos prácticos es como si lo estuviera. Su importancia ha merecido que la sociedad, en este caso a través de la Unesco, le dedique 2019 con motivo del aniversario. Dice la Unesco que este año celebra que la tabla periódica permite encontrar soluciones para el desarrollo sostenible en campos tan diversos como la salud, la seguridad alimentaria y la energía, al facultar a los científicos predecir la apariencia y las propiedades de la materia. Sin embargo, también es una oportunidad de recordar que casi todos los elementos, incluidos aquellos de los que estamos hechos, proceden del ciclo de vida y muerte de las estrellas, que los produjeron a lo largo de la historia del Universo.

Al principio, tras la Gran Explosión hace unos 13.700 millones de años, había muy pocos elementos y muy ligeros, no se habría podido hacer una tabla periódica. “Durante 100 millones de años tras el Big Bang solo existían el hidrógeno, el helio y el litio”, recuerda la astrónoma Jennifer Johnson. “Después llegaron el carbón, el oxígeno y otros elementos muy importantes”. Se calcula que hasta ahora solo el 2% del hidrógeno y el helio de nuestra galaxia se han transformado en otros componentes por varios procesos.

En las estrellas masivas, se fusionan el hidrógeno y el helio para formar carbono, la base de la vida en la Tierra, y el carbono se transforma en elementos que tanto conocemos y usamos como el magnesio y el sodio. Al morir en una explosión de supernova, estas estrellas diseminan elementos pesados por el espacio, desde oxígeno a silicio y selenio, comenta Johnson, en un número especial conmemorativo de la revista Science. Sin embargo, el proceso es distinto en estrellas como el Sol, de poca masa, que terminan como enanas blancas, o en la fusión de estrellas de neutrones. Ahí se crean elementos como el calcio, el hierro, el rodio o el xenón. Al ser un proceso en marcha, la composición del Universo cambia con el tiempo, algo que pasa inadvertido. 

Los pocos elementos existentes unos 100 millones de años después del origen del Universo procedían del propio Big Bang (azul), la fisión de rayos cósmicos (rosa) y la explosión de estrellas masivas (verde). Otros procesos estelares crearon después la mayor parte del resto. / OSU

De hecho, el Universo está en continua evolución desde que nació y continuará cambiando a medida que los elementos se combinan y se reducen en elementos nuevos en las estrellas capaces de nucleosíntesis. “Lo que más me gusta de esto es que existen diferentes procesos por los cuales las estrellas fabrican elementos y estos procesos están distribuidos por toda la tabla periódica. Es interesante recordar cuántas vidas de estrellas diferentes se invirtieron y se invierten en producir los elementos que utilizamos”, dice la astrónoma de la Universidad de Ohio. Sin embargo, da que pensar que dentro de mucho tiempo, unos 10 billones de años tras el Big Bang, ya no quedarán estrellas y no se producirán más componentes.

¿Hay elementos en el Universo que no están en la Tierra? Alguno, como el tecnecio, que es radiactivo y en la Tierra ya no existe naturalmente, pero se puede hacer artificialmente. También alguno, como el helio, se detectó antes en el Sol (de ahí su nombre) que en la Tierra pero nuestro planeta encarna una concentración de todos componentes universales, con la posible salvedad, claro, de la misteriosa materia oscura que nadie sabe de qué está compuesta. 

Aparte del interés histórico de los elementos, la investigación más avanzada busca exprimir sus aplicaciones, como explican varios especialistas. Un área activa es la utilización de los metales de transición más comunes, como el cobre y el cinc, para crear nuevos tipos de células solares. Y también se está avanzando en la extracción y purificación de las tierras raras con métodos menos complicados y costosos que los actuales. Quince de esta clase de 17 elementos (como el disprosio, el erbio, el europio y el lantano) figuran en la lista de 2017 de materias primas fundamentales para la UE, ya que se utilizan en muchas industrias y no tienen sustitutos, aunque su producción está ahora casi por completo en manos de China. 

Volviendo a la historia, esta vez más reciente, se puede recordar que el científico ruso Dimitri Mendeleiev presentó a principios de 1869 la ordenación de todos los elementos químicos conocidos entonces (63) en una tabla en la que había huecos, que investigaciones posteriores rellenaron al encontrar los nuevos elementos predichos, como el galio y el germanio. Por eso se le considera el padre de la tabla periódica, que ha ido ampliándose y modificándose hasta 2016, en que se publicó la última versión, por ahora, con 118 elementos. Sin embargo, Mendeleiev no obtuvo el premio Nobel durante su vida (murió en 1907).