En este nuevo año se preveen nuevos avances tanto tecnológicos como científicos. A lo largo de los meses siguientes, y previos a la publicación de mi libro “Cuaderno de Ciencia».
Les acercaré estos avances y descubrimientos para que consigan entender de una manera sencilla y clara todo lo expuesto en los mismos.
Con ese único objetivo les intentaré hacer llegar la ciencia a todos y cada uno de ustedes.
Espero que logre tal misiva, y disfruten de la ciencia en toda su extensión.
En esta ocasión les hablaré del hidrógeno metálico -Los autores de este estudio son: Isacc Silvera y Ranga Dias, ambos son investigadores de la Universidad americana de Harvard situada en Cambridge (Boston) -, que supuestamente se ha obtenido finalmente .Si esto fuera así, cambiará el mundo tal y como lo conocemos, ya que habría una revolución en el campo de la energía y de los transportes, tanto en el campo terrestre como el transporte interestelar.
EL HIDRÓGENO
El hidrógeno por definición como ustedes rememorarán de sus estudios primarios, era un gas incoloro, inodoro e insípido, eso sí a temperatura ambiente. Y, a mayores, el más abundante del universo.
De todos los elementos químicos este es el más liviano de todos ellos, y si comparamos al mismo con el aire es aproximadamente unas 14 veces menos pesado que él. Por ello, no existe en grandes cantidades en nuestro planeta, debido a que asciende a la atmósfera con el resto de los gases, terminando por escaparse.
Siempre y cuando demos por válida la teoría del Big Bang, o del gran estallido; el hidrógeno se creó tras él, dando origen a todo lo que nos rodea.
Sea como fuere el hidrógeno está presente en más del 90 % de átomos del universo, el 75% de la masa total del universo, y en nuestro 60% de masa corporal en forma de agua (2 átomos de hidrógeno y uno de oxígeno).
Aparte de la importancia del hidrógeno en nuestro organismo no sólo aportando agua; también es clave en la composición de las biomoléculas (lípidos, proteínas e hidratos de carbono), y es el que mantiene las estructura de ADN.
EL HIDRÓGENO COMO COMBUSTIBLE DE LAS ESTRELLAS
El hecho de que las estrellas brillen se debe a algo tan básico, como que las estrellas conviertan el hidrógeno en helio.
El sol como estrella consume la ingente cantidad de 700 millones de toneladas por segundo de hidrógeno, esto es lo que genera la energía que recibimos los terrícolas en forma de luz y de calor.
BREVE HISTORIA DEL HIDROGENO, Y PARACELSO
La primera referencia que nos consta del hidrógeno es del alquimista más célebre de todos los tiempos: el médico y astrólogo Paracelso.
En el s. XVI lo obtuvo artificialmente mezclando metales con ácidos fuertes. No era consciente de que este gas inflamable generado en estas reacciones químicas estaba compuesto por un nuevo elemento químico (el hidrógeno).
Me detendré en la exposición en la figura de Paracelso.
Paracelso fue un alquimista, médico y astrólogo suizo, nacido en el año 1493.
Fue altamente reconocido en su época porque se creía que había logrado la transmutación del plomo en oro mediante procedimientos alquímicos.
El médico psiquiatra también de nacionalidad suiza Carl Jung exploró ampliamente la figura de Theophrastus Bombast von Hohenheim, en su libro «Paracélsica», con motivo del 400 aniversario de la muerte del alquimista.
Le define como «un viajero incansable y médico altruista. Un precursor de la medicina química, así como de la psicología empírica y de la terapéutica psicológica».
No obstante, un hecho que me parece reseñable es que el propio Paracelso afirmó haber encontrado un homúnculo mientras intentaba encontrar la piedra filosofal.
Ese homúnculo, sería una criatura de unos 30 centímetros, y que hacía el trabajo de los golems. Para los neófitos en mitología judía, un golem es un ser animado fabricado a partir de materia inanimada (a partir de arcilla o de barro).
Pasaron más de cien años, y nos situamos en el 1761 Robert Boyle literalmente redescubrió, aparte de describir la reacción que se producía entre limaduras de hierro y ácidos diluidos, generando así hidrógeno gaseoso.
En 1766, Henry Cavendish lo aisló, recogiéndolo sobre mercurio, reconociendo así el hidrógeno gaseoso como una sustancia discreta, y descubriendo que la combustión del gas generaba agua.
En 1783, Antoine Lavoisier bautizó a nuestro elemento con el nombre “hidrógeno”, debido a una de sus reacciones más características: arde en presencia de oxígeno para formar agua.
Comúnmente, consideramos a Cavendish como el descubridor de este elemento.
EL HIDRÓGENO METÁLICO: UNA HISTORIA CASI CENTENARIA
En el año 1935 se predijo que si se ejercía una presión de 25 gigapascales (GPa) sobre el hidrógeno, este se convertiría en hidrógeno metálico. Y, además que este hidrógeno metálico resultante sería sólido.
Los científicos en cuestión fueron:Hillard Bell Huntington (físico americano), y el premio Nobel de Física de 1963 de origen judío Eugene Paul Wigner.
Antes de dicha predicción científica y hasta la fecha: sólo tenemos la casi certeza de que el interior del planeta Júpiter está conformado por hidrógeno metálico.
Esta casi certeza viene infundada por el “supercampo” magnético joviano.
A partir del análisis de las emisiones de radiofrecuencia, sabemos que el campo magnético de Júpiter es casi 20.000 veces más fuerte que el campo magnético terrestre.
Con un campo de la Tierra de aproximadamente 0,5 Gauss, esto implica un campo magnético joviano de aproximadamente 10.000 Gauss o 1 Tesla.
Existen supuestos en los que el interior del planeta Saturno, también está conformado por hidrógeno metálico. No obstante, el campo magnético saturniano es mucho más débil que el de Júpiter, y su magnetosfera es una tercera parte de la de Júpiter.
Desde 1935 el hecho de conseguir hidrógeno metálico ha sido en gran medida uno de los hitos de cualquier buen laboratorio de Física de los materiales.
Y, al aparecer en 2016 se ha conseguido una muestra. Todo esto lo matizaré posteriormente.
No obstante, el experimento que detallaré a continuación se hizo con una presión de 495 GPa, no con 25GPa como enunciaba la predicción.
Para que tengan una clara referencia: el núcleo terrestre está sometido a una presión de 360 gigapascales (GPa). A su vez, 1 GPa es un millón de atmósferas. Y en su defecto 495 GPa serían 35500 toneladas por metro cuadrado.
¿CÓMO LO CONSIGUIERON?
Mediante un dispositivo de celda de yunques de diamantes.
Este dispositivo es utilizado usualmente para el estudio de los minerales del interior terrestre. Y, hasta la fecha ha obtenido muy buenos resultados.
Como saben el hidrógeno en su estado natural es gaseoso. Por ello, tuvieron que bajar radicalmente la temperatura de la muestra hasta que la misma pasará al estado líquido, y finalmente al metálico. La temperatura final fue de aproximadamente 270 grados centígrados bajo cero.
Una vez que la muestra fue sólida la introdujeron entre los dos yunques de diamantes artificiales.
LOS DIAMANTES SINTÉTICOS (O ARTIFICIALES)
El diamante, tanto sintético como natural , es carbono cristalino puro; sendos contienen inclusiones dentro de su estructura cristalina. Ergo, es el material más duro conocido por el hombre, y tiene la conductividad térmica más alta a temperatura ambiente y la expansión térmica más baja de cualquier sustancia conocida por el hombre.
Erróneamente pueden pensar que podrían haber utilizado diamantes naturales. Pero, no es así por la siguiente razón: Las propiedades del diamante sintético dependen de los detalles de los procesos de manufactura, y pueden ser superiores a las de los diamantes naturales: la dureza, conductividad térmica y movilidad electrónica.
En este caso los diamantes se hacen más resistentes mediante un tratamiento de pulido.
El tratamiento de pulido utilizado en primera instancia fue el tratamiento mediante «polvo de diamante». Con este tratamiento sacamos el carbono de superficie, pero al observar el resultado mediante un microscopio atómico se vio que este carbono de superficie podría debilitar y romper el diamante en cuestión.
Para poder resolver el problema de pulido, se utilizó la técnica del «grabado iónico reactivo», es la comúnmente utilizada en la fabricación de semiconductores.
Una vez concluido el proceso de pulido, a los diamantes se les recubrió con una capa de alúmina u óxido de aluminio ( una cerámica de ingeniería) para evitar que el hidrógeno se fundiera con la estructura cristalina del diamante.
Una vez bajada la temperatura de la muestra a -270 grados centígrados, se fue «aplastando» la muestra hasta someterla a una presión de 495 GPa.
Finalmente, y debido a la gran presión sometida a la muestra su volumen se redujo unas 15 veces. Llegando a obtener una lámina de «hidrógeno metálico» de 5 micras (una micra es la milésima parte de un milímetro). En este caso, la lámina resultante equivaldría a la décima parte de uno de nuestros cabellos).
Y, esta lámina cuando llegó a la presión con la temperatura adecuada, comenzó a brillar, con lo que según las fotografías publicadas, con un reflejo del 90% de un espejo de aluminio.
Con esta prueba visual, concluyeron que se trataba de hidrógeno metálico.
APLICACIONES DEL HIDRÓGENO METÁLICO: LA NUEVA REVOLUCIÓN INDUSTRIAL.
Sea como fuere, si realmente se consiguiera obtener hidrógeno metálico, sería una revolución del mundo tal y como hoy en día le conocemos.
Una vez obtenido el hidrógeno metálico, evidentemente en mayores cantidades, deberíamos comprobar si el hidrógeno metálico obtenido es: sólido o superconductor.
Y, si este fuera superconductor se abriría una nueva era tecnológica.
Supongamos que el experimento nos diera como resultado hidrógeno metálico. El problema obvio que se nos presenta, sería que al reducir la descomunal presión a la que está sometido el material pudiera ser o no estable.
En el peor de los casos, si este no fuera estable: tendríamos hidrógeno metálico como superconductor, pero si fuera estable tendríamos un superconductor a temperatura ambiente.
EL HIDRÓGENO METÁLICO COMO SUPERCONDUCTOR
Este hidrógeno metálico obtenido nos serviría para estudiar tanto el espacio exterior (interiores de las estrellas y otros planetas), como para el estudio del interior de nuestro planeta (aún no completamente comprendido).
EL HIDRÓGENO METÁLICO COMO SUPERCONDUCTOR A TEMPERATURA AMBIENTE
Aquí estaría la verdadera nueva revolución industrial, ya que afectaría a los dispositivos electrónicos; y a los transportes tanto de humanos, mercancías, como de la energía.
TRANSPORTES EN HUMANOS
Podríamos diseñar coches eléctricos más eficaces.
Aplicación al transporte mediante los trenes de levitación magnética: Maglev.
Aunque dedicaré todo un artículo tanto “on line”, como en el libro: “Cuaderno de Ciencia”, les explicaré a grosso modo la importancia del medio de transporte.
Me basaré en el modelo japonés que utiliza levitación mediante superconductores.
Actualmente, y desde el año 1964 funciona en la línea Tokio-Osaka. Dicha linea ferroviaria recorre los 550 km que separan las dos ciudades en 150 minutos. Al día da servicio a unos 1300 viajeros mediante 140 trenes.
Este tren tiene todo ventajas, desde la seguridad debido a que sus características constructivas hacen imposible su descarrilamiento, el mantenimiento del mismo (no hay contacto entre las partes móviles), y evidentemente la contaminación acústica sumamente baja.
TRANSPORTES EN EL ESPACIO EXTERIOR
Esto permitiría explorar fácilmente otros planetas.
Desde el año 2014 los investigadores del grupo (NIAC) perteneciente a la agencia americana NASA, buscan usar hidrógeno metálico como propelente para cohetes. Eso si, siempre y cuando el hidrógeno metálico fuera metaestable. Esto significaría que el hidrógeno metálico pasaría a ser hidrógeno molecular, evidentemente con un estímulo correcto. En esta transformación de cambio de estado se liberan 216 Megajulios por kilogramo.
Para que se hagan una idea de dicho potencial: el explosivo TNT libera 4,2 Megajulios por kilogramo.
Volviendo a los cohetes…el sistema de propulsión de los mismos se mide en “Impulso específico” (Isp). Con el hidrógeno metálico podríamos conseguir entre 1000 a 1700 s.
Actualmente los motores criogénicos convencionales rondan los 460s.
Con el (Isp) obtenido con el hidrógeno metálico se podrían hacer sistemas de lanzamiento de una sola etapa.
Obviamente el hidrógeno metálico ocuparía a mayores menos volumen que el hidrógeno convencional (tiene menor densidad).
LA DEMOCRATIZACIÓN DE LA ENERGÍA
Lejos del sueño del genial Nikola Tesla de que la energía fuera libre y gratuita. El hecho de obtener superconductores a temperatura ambiente, haría que tanto en la producción como el almacenamiento de la misma no hubiera pérdida.
El problema del transporte de la energía reside que en el transporte de la misma se pierde o disipa el 15%.
Si consiguiéramos hacer un cableado de la red eléctrica de hidrógeno metálico, no habría ningún tipo de pérdida de energía.
Pero, aún hay más, si este hidrógeno metálico fuera un superconductor de resistencia cero: podríamos almacenar la electricidad sin pérdida ninguna en bobinas superconductoras.
Con ello llegaríamos a la ansiada «democratización de la energía».
LA POLÉMICA
Tras la publicación del hallazgo el 1 de octubre del 2016 en el archivo en línea para prepublicaciones de artículos (ArXiv) han sido muchas las voces críticas respecto al mismo; llegando en algunos casos a la descalificacion (hecho que dice demasiado de los susodichos).
Pero, tras la publicación en enero del 2017 en la revista “Science” (revista con revisores, a la par que prestigiosa), las críticas han crecido exponencialmente
Sea como fuere, realmente tras el estudio publicado puedo concluir que es un estudio falto de datos.
Y, principalmente el mayor error antes de la publicación fue no repetir el experimento. Es clave antes de la publicación de cualquier experimento científico, que el mismo sea reproducible.
Aparte de la no repetición del experimento, faltan pruebas esenciales y adicionales como son: la dispersión de rayos X, y la espectroscopia Raman. Las mismas, darían información acerca de la estructura, composición y de la resistencia eléctrica.
Incluso con una única prueba que nos diera un dato sobre la conductividad eléctrica, no habría tanta controversia respecto a este experimento.
Una vez concluidas dichas pruebas, se debería haber liberado la presión a la que estaba sometido el material con el fin de saber si este era estable. Aparte de saber si el mismo era: líquido o sólido.
Personalmente deduzco, que aunque todos los físicos del mundo estaríamos encantados de poder tener al fin hidrógeno metálico: lo que seguramente se haya observado no sea otra cosa que el óxido de aluminio (alúmina) que recubriría la punta de los diamantes, como describí en el punto anterior.
MISCELÁNEA
“Las artes y las ciencias aman en efecto al que las ama, es decir, a aquellos a quienes Dios ha conferido esa Gracia”.
– Paracelso, T. (1566), Tratado de las Enfermedades de la Matriz Libro IV –.
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