EL URANIO: UN METAL FUERA DE ÉPOCA, Y SUS COMPAÑEROS : NEPTUNIO Y PLUTONIO

En el entorno de la zona de las mina de Joachimsthal en Bohemia, se conocía una serie de minerales raros, con diferentes nombres, según quien los catalogara; muchos de ellos eran un desperdicio y se tiraban como gangas inservibles en la extracción de otros. Uno de ellos fue llamado por Brückmann, en 1727, como "yacimiento de mineral negro". Wallerius  en 1747, lo denomina BECKBLENDE,  clasificándolo como un mineral de cinc, y lo describe como una blenda de cinc ennegrecida; de ahí el nombre. Once años mas tarde, en la primera clasificación seria de los minerales hecha por el sueco Cronstedt, lo denomina BLENDA NEGRA, indicando que en Alemania, se le conocía desde muy antiguo como  PECHBLENDA, derivado de PECH pez (betún), con el significado de negro, y BLENDA el conocido mineral de cinc; por lo tanto era como una blenda negra, que en aquel tiempo se creía compuesta de hierro y cinc, por eso su color era negro. Von Born  en 1772 y Brücnnich  en 1777, lo clasifican como mineral de cinc, mientras que Werner en 1789, mantiene que por su fractura, dureza y densidad, deberá tratarse de un mineral de hierro, denominándolo EISENPECHERZ (hierro embetunado), aunque admite que quizá el hierro  pueda estar combinado a través de un Atungstato@.

Pues bien, en 1789, nuestro viejo conocido Klaproth, analizaba una Pechblenda extraída de las minas bohemias de Joachimsthal, que hicieron famoso a Agrícola, dos siglos antes. Al tratarlo con ácido nítrico (HNO₃) y luego con potasa (KOH), obtuvo un residuo amarillo ^[1] que no correspondía a cualquier compuesto de cinc, hierro o tungsteno, por lo que creyó sería el óxido de un metal desconocido. Por ello le aplica el tratamiento reductor de todos los óxidos para aislar el metal. Lo reduce con carbón, y obtiene por fin un polvillo negro, disponiéndose a bautizarlo. Aficionado a la astronomía y amigo personal del astrónomo Herschel, que había descubierto un planeta nuevo unos años antes, en 1781, decide poner el nombre de dicho planeta ^[2] al mineral, y así será la URANITA; por eso al metal que de él se obtiene, se le conocerá como URANIUM, que dará el URANIO español, iniciándose aquí la nomenclatura astronómica de los elementos químicos.

Todos los nombres en los diferentes idiomas corresponden a URANIUM, o sus derivaciones,  aunque su símbolo que ahora es U, fue anteriormente Ur. En japonés para nombrarlo emplean un sistema de traslado fonético abreviado (toman la primera sílaba) del alemán al japonés, introduciendo el radical metal en los ideogramas representativos. Así el Ur de uranium, lo leen como YU, y los dos ideogramas, interpretan al radical metal, precediendo al fonético del elemento. En chino, actualmente lo han modificado hasta YIU.  

El uranio  no servía para nada ni se le encontraba ninguna aplicación; ni siquiera era inerte a los ácidos, como el platino, que se emplearía por ello para confeccionar material de laboratorio. En las minas de Joachimsthal se amontonaba la pechblenda en verdaderos terraplenes, sin encontrar quien se la llevara de allí. Cien años más tarde abriría las puertas a la energía nuclear. Por eso decimos que se adelantó a su época.

      )Por qué a finales del siglo XVIII, no tenía utilidad el uranio?

Cada metal y cada elemento químico, tenía su campo de aplicaciones. Las metalúrgicas estaban acaparadas por el hierro, el cobre y el estaño. Las monetarias y de decoración, por el oro, la plata, el cobre y el cinc (latones). Las médicas por el magnesio, antimonio, azufre, e incluso mercurio y arsénico combinados con los compuestos orgánicos necesarios. Las pictóricas, por el plomo, el hierro, el manganeso ^[3] , el cadmio  y el cobalto. Las químicas para obtener otros metales, con los electroquímicos. No se habían creado los aceros ni los aceros especiales (la edad del acero comenzará en la segunda mitad del siglo XIX). No había nuevos usos. Por lo tanto no es de extrañar que algunos de los metales existentes en la Tierra más caros del siglo XX; el uranio  y el platino , apenas lo tuvieran  ciento cincuenta años antes y prácticamente fueran menospreciados.

Realmente Klaproth  no había obtenido el uranio , sino su óxido. El verdadero uranio  sería aislado en 1841, por el francés Peligot. El metal compacto en forma de lingote fundido, fue obtenido por primera vez por Moissan  en mayo de 1896, utilizando un horno eléctrico inventado por él para obtener temperaturas más altas. Pues bien, este primer lingote se lo regaló a su amigo Becquerel , y en él descubriría la radiactividad, abriendo un nuevo camino en el desarrollo de  la humanidad.

La investigación sobre los nuevos metales comienza a partir del descubrimiento de la radiactividad artificial por el matrimonio Federico Joliot  e Irene Curie, la hija de María, en 1934. Lo que aquellos lograron con los núcleos ligeros pretende conseguirlo Enrico Fermi , profesor de Física Teórica de la Universidad de Roma, junto con su equipo formado por los científicos Segré  y Amaldi , con los pesados. Para ello ya que no dispone de los poderosos aceleradores de partículas norteamericanos para  superar el rechazo de los núcleos pesados con su gran carga positiva, deberá emplear la partícula sin carga, descubierta dos años antes y de forma independiente  por Chadwick  y  los Joliot-Curie. Curiosamente comprueba que la reacción se activa cuando el conjunto irradiado se protegía con plomo, o cerca de la fuente neutrónica existía parafina o agua. 

El análisis de esas circunstancias le permite demostrar que los neutrones resultaban frenados por el plomo, el agua o la parafina aumentando la probabilidad de su captura por los núcleos; habían nacido los neutrones térmicos o lentos ^[4] . En junio de 1934 publica en la revista Nature, los primeros resultados del bombardeo neutrónico del uranio 92, el elemento más pesado que existía. El trabajo "Posible producción de elementos de número atómico superior al 92", será un clásico en el descubrimiento de nuevos metales. En el bombardeo con esos neutrones aparecía una actividad radiactiva que se mantenía durante 13 minutos. Evidentemente al emitir radiación beta, los núcleos bombardeados deberían dar lugar a elementos de número atómico superior al uranio, y que por lo tanto serían nuevos elementos químicos. Fermi  los llama TRANSURÁNIDOS. Él mismo, lo comenta así: 

"La imposibilidad de identificación de la actividad de 13 minutos con la de un gran número de elementos pesados, sugiere que es debida a un elemento cuyo  número atómico puede ser superior al 93, que lo haría químicamente homólogo al manganeso y al renio. Esta hipótesis se confirma por el hecho de que la actividad durante 13 minutos es transportada por un precipitado de sulfuro de renio insoluble en ácido clorhídrico. Aunque algunos elementos precipitan de esta forma, esta evidencia puede considerarse como muy importante". 

En estos primeros comunicados al hipotético elemento formado se le denomina PRODUCTO DE 13 MINUTOS.  La actividad era transportada cuando se precipitaba el dióxido de manganeso hirviendo la solución con clorato sódico. Pese a las explicaciones contrarias de Grosse  y Angruss , de la universidad de Chicago ^[5] , la idea de Fermi ^[6] se plasmaba en las siguientes reacciones nucleares:

 

²⁹⁸U₉₂ + ¹n₀ = ²³⁹U₉₂ = ²³⁹X₉₃ + ⁰β_-1             ²³⁹X₉₃ = ²³⁹Y₉₄ + ⁰β_-1

  

Así llegan hasta el elemento de número atómico 96, pero sólo bautiza al 93 y 94. Al primero lo llama AUSONIUM,  y al segundo HESPERIUM,  tomando seudónimos de Italia que aparecen en la Eneida de Virgilio ^[7] , puesto que el trabajo fue realizado en la Real Universidad de Roma, y por un equipo formado íntegramente por científicos italianos.

Poco después Ida Nodack, la descubridora del elemento RHENIUM replica y contesta el descubrimiento de Fermi. Así el 15 de septiembre de 1934 en su publicación "Sobre el elemento 93", sugiere que la actividad radiactiva encontrada era debida a elementos de número atómico medio. Como se puede observar, los descubrimientos italianos no fueron tenidos muy en cuenta por los escépticos científicos europeos de París y Berlín, que intentaron comprobarlo, pero el hecho de que en 1938,  Irene Joliot  Curie  y Sávich , también discreparan de Fermi, recalcando que uno de los productos del bombardeo neutrónico del uranio "se comportaba químicamente como el lantano" ^[8] , llamándolo R_3,5,  va a  abrir las puertas para que en Berlín, Hahn  y Strassmann , "redescubran" por decirlo así la fisión nuclear del uranio. 

Los investigadores alemanes del Instituto Kaiser Guillermo II de Berlin, bombardean  el uranio con neutrones lentos y también encuentran a mediados de 1937, los elementos transuránidos hasta el elemento 97. Los procesos que proponen son:

 

U₉₂ + ¹n₀ = X-β (10s) =  Eka Re₉₃ –β (2,2m) =  Eka Os₉₄ –β (59m) =  Eka Ir₉₅-β (66h)  =  

₌ Eka Pt₉₆-β (2,5h) = Eka Au₉₇

U₉₂ + ¹n₀ = Y-β (40s) = Eka Re₉₃ –β (16m) = Eka Os₉₄ –β (5,7h) =Eka Ir₉₅

U₉₂ + ¹n₀ = Z-β (23m) = Eka Re₉₃

 

Cada proceso correspondería a los diferentes isótopos del uranio, aunque con especial relevancia al U238. Los elementos obtenidos con números atómicos 93, 94, 95, 96 y hasta 97, son los EKA, de los inmediatamente encima siguiendo la sistemática de Mendeléev; esto es EKA RHENIUM  (93), EKA OSMIUM   (94), EKA IRIDIUM   (95), EKA PLATINUM  (96) y EKA AURUM  (97). Era el recurso normal, cuando no se quería bautizar todavía a un elemento. Al año siguiente se comprobaría que no eran tales nuevos elementos, ya que su β actividad se debía a isótopos de fragmentos de fisión; esto es una reacción mucho más importante 

Siguiendo un proceso completamente distinto, el 4 de septiembre de 1939, el profesor Hulubei  y su colaboradora Cauchois, a través del espectro de rayos X, obtienen pruebas de la existencia del elemento 93, en minerales de uranio extraídos de Madagascar y Brasil; lo denominan SEQUANIUM ^[9] .  

La situación política europea se va a modificar y en cierto modo dirigirá la investigación científica mundial. Fermi  con parte de su equipo emigra a Norteamérica y estalla la segunda guerra mundial. Los descubrimientos son secretos de estado que sólo posteriormente serán desvelados.

En los años 39 y 40, un equipo de la universidad de California formado por Mc.Millan  y Abelson, repiten las experiencias de Fermi  y Hahn, comprobando la fisión de uranio, pero demostrando que una vez separados los productos de fisión, existía en la muestra una sustancia con actividad radiactiva diferente de la que cabría esperar del uranio 239 o del uranio 238. Se trataba del elemento de número atómico 93, redescubierto en Estados Unidos. Se le llama "ELEMENTO 93". Posteriormente lo obtendrán por desintegración del uranio 237, ligeramente más estable, según esta reacción:

 

²³⁸U₉₂ +¹n₀ = ²³⁷U₉₂ + 2 (¹n₀)              ²³⁷U₉₂ = ²³⁷X₉₃ + ⁰e_-1

 

En 1941, Seaborg, Segré, Kennedy  y Wahl , bombardean uranio con neutrones acelerados por un ciclotrón y obtienen también, un isótopo del elemento 93 pero beta emisor que se va a transformar en el siguiente, de número atómico 94. El 7 de marzo de 1941, aparece en The Physical Review, el comunicado  sobre el descubrimiento del "ELEMENTO 94" que se había realizado el 23 de febrero anterior. Las comunicaciones científicas fechadas el 7 de marzo y el 28 de junio de 1941 sobre estos hechos permanecen ocultas ya que existe la creencia de que el nuevo metal puede ser material fisionable.  Así toda la información pasa a ser alto secreto, codificándose  tanto el elemento 93 como el 94, con los nombres respectivos de SILVER (PLATA) y  COPPER (COBRE). Pasando a ser el cobre real, "HONEST-TO-GOD-COPPER". Pero los metales seguían sin nombrarse y el equipo tenía que presentar sin falta un informe al comité del Uranium en Washington, así que, a toda prisa, Mc.Millan  llama al "ELEMENTO 93", NEPTUNIUM (Np)  por ser el planeta NEPTUNO el que sigue a URANO, que había dado nombre siglo y medio antes al elemento anterior. Continuando la mecánica de nombramiento anterior, el "ELEMENTO 94", deberá referirse la planeta PLUTO (en inglés), con lo que el nombre del metal podría ser PLUTIUM o PLUTONIUM, "decididamente porque sonaba mejor tomamos este último" dice Seaborg. Así nace el nombre de PLUTONIUM ⁶⁷⁵(Pu), que producirá el PLUTONIO  español.

 

Sin embargo la investigación continuó y el equipo destinado a la búsqueda de los elementos TRANSURÁNIDOS (por encontrarse después del uranio), formado por Seaborg, Segré, James  y Giorso, seguirá trabajando en la universidad de Berkeley en California. Debemos recordar estos nombres ya que al no existir más planetas después de PLUTÓN, las corrientes nominadoras pasarán de las astronómicas iniciadas por  Klaproth a finales del XVIII, a las geográficas y honoríficas.