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La síntesis de los elementos superpesados

Ciertos efectos observados en la estructura de los núcleos, junto con una técnica experimental de primera línea, han posibilitado producir los elementos de números atómicos 107 al 112.

Energía de las capas de los núcleos atómicos más pesados que el núcleo de plomo (número de protones Z = 82), calculada teóricamente. De acuerdo con el modelo de gota, todos los átomos de más de unos 100 protones serían inestables, desintegrándose espontáneamente una vez producidos. Sin embargo, la energía que liga los protones y los neutrones de los átomos superpesados depende también de efectos mecánico-cuánticos, lo que conduce a que estos nucleones posean niveles de energía discretos. Esta energía de capa es negativa, ya que estabiliza el núcleo. Cuando una capa está completamente llena de nucleones, solo es posible un cambio de su estado si se aporta una cantidad de energía suficiente para superar el salto hasta un nivel de energía superior. La energía de capa se representa en esta gráfica —debida a Peter Moller, 1993— como las curvas de nivel de un mapa topográfico. El efecto de estabilización es máximo en las hondonadas profundas (color violeta), como es el caso del plomo-208 (Z = 82, N = 126) y de las cercanías del núcleo superpesado hipotético 298114 (Z = 114, N = 184). Se halla otra depresión de estabilidad realzada para Z = 106 y N = 162. Con puntos rojos se señalan los núcleos sintetizados por el Instituto de Investigación en Iones Pesados de Darmstadt.

El año 1896 se produjo un cambio radical en la estructura de conocimiento de la física. An­toine Henri Becquerel (1852-1908), profesor del Museo Nacional de His­toria Natural de París, observó hacia finales de febrero de aquel año que las sales de uranio emitían una radiación que era capaz de velar las placas fotográficas y de atravesar incluso hojas metálicas. Ese descubrimiento de la radiactividad en sustancias naturales fue el origen de una nueva rama del conocimiento: la física nuclear.

Conviene recordar que hubo que esperar hasta mediados del siglo pasado para que se llegase al convencimiento de que la materia está formada por componentes diminutos, los átomos y las moléculas. Los átomos (del griego atomos, que significa indivisible) de los elementos químicos debían poseer además unas dimensiones y una masa fijas, para que no les afectasen las transiciones químicas. El descubrimiento de Becquerel originó un enorme número de trabajos de investigación, en los que quedó patente que los átomos no siempre son indivisibles, sino que por el contrario se descomponen a veces en unidades más pequeñas.

Al principio los únicos metales pesados conocidos que tenían esta propiedad eran el uranio y el torio. Pero la pareja científica constituida por Marie (1867-1934) y Pierre Curie (1859-1906) fue capaz de identificar dos nuevos elementos radiactivos, a saber, el polonio y el radio, ya en 1898, en muestras de pechblenda uranífera. Hasta 1940 se habían encontrado otros cinco elementos inestables: astato, radón, francio, actinio y protoactinio. Pudieron así rellenarse los vacíos que había en la tabla periódica de los elementos entre el bismuto, el elemento estable más pesado (al que inicialmente se denominaba wismuto), y el uranio, que era el elemento radiactivo natural más pesado.

En esa época pionera de la física nuclear —el período de la radiactividad— se puso de manifiesto que los átomos poseen un núcleo cargado positivamente y que está rodeado por una envoltura de electrones negativos, de tal forma que para un observador exterior aparecen como neutros. El núcleo está constituido por dos componentes bien diferenciados de masa muy similar: los protones, que son positivos, y los neutrones, que son neutros; pese a la fuerza de repulsión eléctrica entre los protones, el núcleo atómico se mantiene como un todo, debido a que entre todos sus componentes —denominados nucleones— existe una fuerza de atracción muy intensa que actúa a muy cortas distancias.

Las propiedades químicas de los elementos están determinadas por el número de los electrones de las capas (que en total es idéntico al número de protones del núcleo, el llamado nú­mero de orden o número atómico, Z). Su peso atómico, por el contrario, lo determina el número de protones y de neutrones. Núcleos de un mismo elemento pueden pues contener distinto número de neutrones; se dice que cons­tituyen isótopos distintos, que son químicamente idénticos pero que se distinguen por el número de nucleo­nes y, por ende, en el peso atómico. Mientras que los núcleos ligeros contienen aproximadamente el mismo número de protones que de neutrones, los pesados poseen muchos más de estos últimos.

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