Por Alfonso Padilla Vivanco
En el mes de junio de 1812, la Grande Armée compuesta por 675 mil hombres, comandada por el emperador francés Napoleón Bonaparte, cruza el río Nieman. La intención era ocupar la Rusia del zar Alexander I (Александр I Павлович). Para finales de ese mismo año, el ejército del primer imperio sufre grandes estragos por el frío del invierno ruso, por lo que cae en la más grande de las tragedias militares de esa época. Prácticamente, la Grande Armée ya se ha reducido a unos 15 mil hombres. Existe una teoría del porqué tantos militares pierden la vida. Los botones de las casacas de los soldados del ejército napoleónico fueron hechos de estaño. Es bien sabido hoy día que el estaño tiene dos formas alotrópicas conocidas como: α o estaño gris, y β o estaño blanco. Por abajo de los 13 grados centígrados, el estaño blanco cambia paulatinamente a estaño gris (Física y Química del Estado Sólido). La estructura del metal se modifica y cambia a una estructura tetragonal, que con las bajas temperaturas lo debilita, haciéndolo quebradizo. Se cree que los botones de los uniformes se quebraron, por lo que los hombres de Napoleón ocuparon mucho tiempo usando sus manos para cubrirse, debido al crudo invierno, distrayendo su propia defensa ante los embates del ejército ruso.
A mediados del siglo XIX, un estudiante de Química en San Petersburgo, Dimitri Mendeleev (1834-1907), pasa el tiempo jugando solitario, organizando palos y valores de cartas de acuerdo con ciertas reglas específicas. El mismo sentido de orden y estrategia le resultará muy útil cuando escriba años después su propio libro de química. Pero al principio no sabe en qué orden debe tratar con los elementos químicos. La variedad de elementos no parece seguir ningún orden significativo, entonces se le ocurre una solución. Si ordena los elementos en orden ascendente de su peso atómico (hoy: masa atómica), se repiten propiedades similares en ciertos intervalos. Los elementos se pueden presentar claramente en una tabla, ordenados tanto en orden ascendente de masa atómica como en grupos con propiedades similares. En al año 1871, los rusos llamaron a este sistema: regularidad periódica. Los químicos de los siglos XIX lograron grandes avances en la identificación de nuevos elementos químicos. La tabla resultante revelaba patrones recurrentes, o periodicidades, de ciertas propiedades dentro de los grupos de elementos hasta entonces conocidos. Mendeleev tenía tanta certeza en la validez de la tabla, que propuso cambios en los valores generalmente aceptados para el peso atómico de ciertos elementos. Incluso predijo las ubicaciones dentro de la tabla de elementos aún por descubrir y sus propiedades probables. A medida que se descubrieron los elementos predichos, la tabla periódica de Mendeleev fue ampliamente aceptada y esto le dio fama. Hasta la fecha se han descubierto un total de 118 elementos (pero solo 111 confirmados oficialmente). En 1955 investigadores estadounidenses describen el elemento número 101: el Mendelevio.
En Física del Estado Sólido se ha clasificado justamente a los sólidos de acuerdo con su estructura molecular en dos grandes grupos: cristalinos y amorfos. En un sólido cristalino las moléculas tienen un ordenamiento estricto y regular. Por lo que se han encontrado siete tipos de celdas unitarias en las que se ordenan las moléculas, éstas son: 1) Cúbica simple, 2) Tetragonal, 3) Ortorrómbica, 4) Romboédrica, 5) Monoclínica, 6) Triclínica y 7) Hexagonal. Cada una de estas estructuras mantiene sus propiedades físicas mientras la temperatura no cambie. Por ejemplo, el diamante tiene una estructura cristalina cúbica centrada en la cara. El cuarzo cristaliza en dos sistemas dependiendo de la temperatura: por encima de los 573 grados centígrados es un sistema hexagonal. Por debajo de los 573 grados es un sistema trigonal. Evidentemente, que sus propiedades físicas y químicas cambian. Por ello, para ciertas aplicaciones de los materiales, en donde exista cambios de temperatura, deberán ser considerados estos cambios en su estructura cristalina, y de esa forma evitar tragedias.
Una forma de saber el tipo de estructura cristalina de los materiales, es mediante el método de difracción de rayos X. Esto es, los materiales se someten a la radiación de este tipo de luz y se toman placas fotográficas. Cada una de las siete estructuras forma un patrón de difracción diferente. Con lo que se puede hoy día clasificar de que tipo de celda unitaria se trata. El método fue propuesto por el físico alemán Von Laue (1879-1960), quien recibió el premio Nobel de Física en 1914.
Un material con estructura cristalina, en realidad se divide en planos, en cada plano existe una repetición de su estructura. Por lo que los físicos, William H. Bragg (el padre) y Sir William L. Bragg (el hijo), compartieron el premio Nobel de Física en 1915, por encontrar una ecuación que relaciona, el ángulo de incidencia de los Rayos X sobre el plano del cristal, la longitud de onda de los Rayos, y la distancia entre planos adyacentes. Esta ecuación es conocida como: Ecuación de Bragg. Evidentemente, no solo los solidos pueden ser radiados con Rayos X, también el agua en su fase liquida, ha sido sometida a este tipo de radiación para saber su estructura. El interés sigue ahora, con el estudio de cristales líquidos, los cuales han sido llamados el cuarto estado de la materia. Sus aplicaciones son ya comerciales para fabricar: pantallas de televisión, monitores de ordenador, proyectores de vídeo, cabezales de impresoras, pantallas de calculadora, relojes, además de aplicaciones biomédicas.
Universidad Politécnica de Tulancingo. alfonso.padilla@upt.edu.mx
