La cuchara menguante. 16) Química muy, muy bajo cero

Comenzamos la quinta parte:
La ciencia de los elementos de hoy mañana

Empieza el bloque que nos muestra a los elementos llamados a dejarnos desarrollar aplicaciones futuras a partir de lo que estamos descubriendo ahora.

Tras una época de vacas gordas en cuanto a descubrimientos llegan la flacas, ahora es necesario forzar las condiciones para conseguir nuevos datos. Como dice el título, en este capítulo  toca pasar frío. Lo hemos clavao en la temporalización.

Hablando de frío empezamos con la conquista del Polo Sur, de este tema no voy a hablar, buscad a Peláez. El punto en común de la aventura con la tabla son las soldaduras de estaño. El stannum cristaliza en su forma metálica conocida, pero al enfriarse por de bajo de 13.2º C va cambiado a su otra forma alotrópica que se desmenuza al ocupar mucho más volumen. Pierde la resistencia e incluso un trozo enfermo puede contagiar a uno sano, de ahí la denominación Peste del estaño. Este proceso es más rápido cuanto más puro sea el estaño y logra su máxima velocidad sobre los -35º C.
Volviendo al polo, después de reirse de los soldados de Napoleón, encontramos que las botellas de combustible que llevó Scott eran el último grito y estaban soldadas con estaño. El autor nos cuenta que por ello las encontraron vacías a la vuelta y perecieron aunque también dice al acabar la historia que algunas estaban intactas.

Seguimos avanzando y pasamos de cambios de alótropos a cambios de estado  (Kean aprovecha para divagar un poco sobre lo que es y no cambiar de estado). Además de los tres estados que notan nuestros sentidos sabemos que existe el plasma y el condensado Bose-Einstein. Sobre el último continuamos hilando el capítulo aunque vamos a ir bajando poco a poco la temperatura.
Hablando de condiciones extremas y cambio de comportamiento un buen ejemplo podrían ser los gases nobles. Los llamamos así porque no se relacionan con los demás elementos, no reaccionan químicamente con otros átomos. Bueno, si la cosa se pone fea se lo pueden pensar, lo dicho, clase alta de la tabla.
El xenón se une a temperatura ambiente con el flúor pero sólo forzándolo con un reactivo muy potente, el PtF_6.. Más información.
Para conseguir unir al kriptón con flúor hubo que bajar hasta -150ºC, ahora ya hay otros métodos.
Y si queremos relacionar al argón con algún superligando tenemos que bajar a -265ºC.
Ampliación.

Ya que estamos tan fresquitos demos un pasito más. A -270ºC Kamerlingh Onnes descubrió que el mercurio conducía la corriente eléctrica sin ofrecer resistencia. Los electrones podían moverse todo el tiempo por él sin perder energía. Habían sido descubiertos los superconductores.

Superconductores de nuestra juventud

La explicación teórica vino con la teoría de Bardeen, Cooper y Scherieffer. Simplificando mucho, los electrones se mueven en parejas de forma que uno ayuda al otro a no detenerse. La cosa es que el acoplamiento proviene de la onda de densidad de carga positiva que crea un electrón al pasar junto a los núcleos que facilita el paso del siguiente.
Curiosamente Bardeen es el mago de los semiconductores y  también consiguió emparejar dos Nobel.

Poco más podemos enfriar, nos quedan 3 gradicos para el límite. Perdón, a estos niveles 3.15 grados.
El primero en bajar a estos infiernos congelados fue Einstein, en sus estudios descubrió un nuevo estado de la materia ultrafría, pero no creyó que fuese posible y lo desechó.
El siguiente paso lo dio Bose (otro que no es americano y es descrito con cierta sorna), deduciendo esta teoría cometió un error pero llegó a una conclusión "errónea" que explicaba la naturaleza mejor que la buena. Intentó publicar pero no aceptaron su trabajo. Lejos de rendirse acudió a su fuente, Einstein, que estudió la posibilidad e hizo una publicación conjunta. Era un genio hasta para aceptar el trabajo de otros modificando el suyo. Había nacido, para el resto de los mortales, el condensado Bose-Einstein.

Para lograr llegar a ese estado hay que enfriar mucho pero mucho, mucho: 10^-9K
Lo lograron Conwell y Wieman ayudados por un láser.
Anda, pero ¿eso no es lo que sale en la pelis y calienta mucho?¿Cómo funciona un láser?
Sencillo, damos energía a los átomos para excitarlos, de una forma especial logramos que vuelvan a un estado de menor energía pero no al fundamental sino al siguiente. De esta forma tendremos una inversión de población, muchos átomos excitados aunque sea poco. Si consigo que todos vuelvan al estado fundamental a la vez tendré una luz con muchos fotones iguales, todos emitirán con la misma energía y gran en cantidad, mucha intensidad.
Nuestros últimos héroes del capítulo lanzaron fotones de baja intensidad sobre átomos de rubidio para que al impactar los frenasen haciéndoles perder energía. Llegaron a una diezmilésima de grado pero no era suficiente. Con un imán (y algún aparatejo más) fueron quitando los átomos más energéticos lo que bajaba la temperatura* de la muestra. Así llegaron a la milmillonésima de grado y observaron, pero no se "veían" los átomos, no los podían diferenciar, se confundían. Era un condensado de átomos.
Al bajar tanto la temperatura también lo hace la velocidad de los átomos acercándose a cero.
Finalmente llegamos a Heisenberg, no había escapatoria.

Traducimos, la incertidumbre en la posición por la incertidumbre en la velocidad (p = m v) es por lo menos un valor constante. A mayor control de una de las variables menos precisos podemos ser en la otra.
Si conocemos muy bien la velocidad, casi cero en el experimento, poco sabremos de la posición así que se nos mezclan los átomos, se condensan.

Hasta aquí el capítulo pero no el post.


* La temperatura es una medida macroscópica de la media de energía de las partículas de la muestra que se distribuyen normalmente. El promedio de una distribución es el centro pero tendré muchas partículas con más y con menos energía. Y no tantas con mucha más o mucha menos.

De regalo otro vídeo, la reacción del mercurio con aluminio:

Y por fin la introducción al debate

Cuestión 1: Sobre las soldaduras, ¿crees que el decir que había algunas en buen estado es para que investigues o un error al dejar un cabo suelto?

Cuestión 2.1:  Divaga, ¿qué pudo pensar Bose al tener un desarrollo válido a partir de un error?

Cuestión 2.2: Divaga más sobre lo que pensó Einstein al recibir la carta de Bose

Que disfrutéis de la semana