Este año la Tabla Periódica cumplió 150 años de haberse postulado. Durante este tiempo pasó de 63 a 118 elementos. Si bien los primeros elementos fueron descubiertos en la naturaleza hace siglos, los más recientes fueron creados mediante reacciones nucleares en laboratorios o en explosiones de bombas atómicas.

En 2015, la JWP (IUPAC/IUPAP Joint Working Party). anunció la incorporación de los últimos cuatro elementos de la Tabla Periódica, a saber, el 113, 115, 117 y 118.

De esta forma completamos los espacios vacíos, es decir, ya no quedan casillas desocupadas para elementos en la Tabla Periódica. Lo que sí queda es la pregunta fundamental: ¿hemos llegado al final de la Tabla Periódica? O lo que empíricamente es lo mismo, ¿existen elementos, dispersos en el Universo o que podamos crear artificialmente, más grandes que el elemento 118?

La respuesta no es sencilla, pues los científicos deben sopesar tres principios físicos antes de responder.

Primero. Los núcleos atómicos son agregados de protones y neutrones que no pueden crecer indefinidamente. Los nucleones (protones y neutrones) ejercen una especie de fuerza de repulsión entre sí, la cual aumenta a medida que crece su número. Esto hace que, en algún momento, la fuerza nuclear que los mantiene unidos en el núcleo ya no podrá sostenerlos.

Del mismo modo en que sabemos que no podemos verter café indefinidamente en una taza esperando que no se desborde, la naturaleza no permite agrupar protones y neutrones indefinidamente dentro de un núcleo sin que haya un momento en que este se desarme (formalmente, se fisione en núcleos más pequeños).

Segundo. A medida que el núcleo atómico crece, los electrones que lo rodean ganan energía. Esta tendencia indica que, para elementos muy grandes (v.g. por encima del 118), los electrones alcanzarían energías relativistas, es decir, que su masa y dinámica se alterarían. Lo que implica que nuestros modelos de canicas girando en orbitales alrededor de un núcleo ya no nos servirían. En su lugar, tendríamos una especie de nube electrónica caótica que haría literalmente indistinguibles a dos o más elementos grandes ante una misma prueba química. En otras palabras, ya no seríamos capaces de identificarlos químicamente.

Tercero. Los elementos por encima del 103, llamados Superpesados, poseen núcleos que existen únicamente durante breves fracciones de segundo antes de desintegrarse en otras cosas. Algunos modelos nucleares predicen que entre más grande sea el núcleo, es probable que vivan todavía menos tiempo.

Esto implica que podríamos llegar a tener núcleos grandes tan efímeros que no daría tiempo a que los electrones se organicen en torno suyo para formar un átomo. (Recuerde que un núcleo sin electrones no es un átomo, y por tanto, no puede ser catalogado como elemento en la Tabla Periódica).

Posibles respuestas

Con base en estos tres principios físicos (tamaño finito de los núcleos, energía de los electrones y tiempo de vida muy corta), los modelos científicos plantean cuatro alternativas de respuesta a nuestra pregunta inicial:

1). No hay elementos más grandes que el 118, por lo cual, al completar el Periodo 7, llegamos al final de la Tabla Periódica.

2). En un futuro cercano lograremos sintetizar los elementos 119 y 120, pero por encima de ellos cualquier núcleo será tan efímero e indistinguible que estaremos obligados a descartar nuevos hallazgos.

3). Si los elementos 119 y 120 son lo suficientemente estables, entonces podríamos pensar en alcanzar el 134, el 144 o incluso hasta el elemento 150 completando así el Periodo 8 de la Tabla Periódica, pero nada más por encima de ellos.

4). Que sorprendentemente se confirme la “Isla de Estabilidad” para elementos Superpesados, la cual es hoy una hipótesis que afirma que los núcleos grandes, en cierto punto, volverían a ganar estabilidad en forma y vida media; permitiéndonos soñar con crear núcleos gigantes lo suficientemente estables para crear elementos hasta el 172 o quizá más allá…

Actualmente equipos interdisciplinarios de Alemania, Japón, USA y Rusia siguen experimentando para crear los elementos 119 y 120, aunque de momento no han obtenido resultados prometedores.

Así que, estrictamente hablando, se va imponiendo la primera alternativa. No obstante, en lo personal, me gusta pensar como la Doctora. Nancy Stoyer: “La tabla periódica es una construcción viviente”.

Quizá muy pronto la física nuclear nos dé una respuesta definitiva… o quizá alguna sorpresa fantástica.

¿Quién es el científico?

Esteban Picado Sandí tienen formación en física y filosofía de la Universidad de Costa Rica, Universidad Complutense de Madrid y de la Universidad de Santiago de Compostela.

Cuenta con varias publicaciones científicas de alto nivel y ha participado en investigaciones avanzadas en física y aplicaciones nucleares en grandes laboratorios como el CERN, ILL o LSC. Hace varios años labora como académico, investigador y coordinador de posgrado en el Departamento de Física de la Universidad Nacional.

Actualmente es presidente de la Comisión de Energía Atómica de Costa Rica, es vicepresidente de la red LANENT y es Decano de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la Universidad Nacional.