10 fenómenos que parecen magia pero son ciencia

Hay fenómenos que parecen trucos de magia: agua que hierve y se congela a la vez, líquidos que trepan por las paredes o metales que recuerdan su forma. Todos tienen una explicación científica.

En estos diez datos te contamos qué ocurre en cada caso, por qué pasa, cómo se descubrió y dónde se aprovecha en la vida real, desde la cocina hasta los hospitales y las naves espaciales.

DATO 10El agua caliente puede congelarse antes que la fría

En algunas condiciones, el agua caliente puede congelarse antes que la fría. Este fenómeno contradice la intuición: parece lógico que el agua caliente tenga que enfriarse primero hasta la temperatura de la fría, y luego seguir el mismo camino. Se llama efecto Mpemba, en honor a Erasto Mpemba, un estudiante de Tanzania que en 1963, con 13 años, se dio cuenta de que la mezcla caliente para hacer helado se congelaba antes que la fría. Cuando lo comentó en clase, su profesor se rio de él. Años después, se lo planteó al físico Denis Osborne, que hizo experimentos con él, y en 1969 publicaron juntos un artículo.

En realidad, la observación no era nueva. Ya Aristóteles, en el siglo IV a. C., mencionó que el agua calentada previamente se congela más rápido, y en el siglo XVII lo comentaron también Francis Bacon y René Descartes. Pero el nombre de Mpemba quedó ligado al fenómeno.

Lo interesante es que, más de 50 años después, no hay consenso sobre por qué ocurre, ni siquiera sobre si ocurre siempre. Se han propuesto varias explicaciones. La primera es la evaporación: el agua caliente pierde más agua al evaporarse, así que queda menos cantidad para congelar, y la evaporación además enfría. La segunda son los gases disueltos: el agua caliente contiene menos gases, lo que podría cambiar cómo se congela. La tercera es la convección: en el agua caliente se forman corrientes internas que distribuyen el calor y aceleran su pérdida por la superficie. Otra posible causa es el subenfriamiento: el agua puede enfriarse por debajo de 0 °C sin congelarse, y el agua fría a veces se subenfría más, lo que retrasa la aparición del hielo. También influye el recipiente: un vaso caliente puede derretir la escarcha del congelador y hacer mejor contacto con la superficie fría.

El problema es que el resultado depende mucho de los detalles del experimento: la forma y el material del recipiente, la cantidad de agua, el tipo de congelador, cómo se define “congelado”… En 2016, un estudio de Henry Burridge y Paul Linden, de la Universidad de Cambridge, repitió los experimentos con mucho cuidado y no encontró pruebas de un efecto Mpemba claro en las condiciones que midieron. Otros investigadores sí afirman haberlo observado.

Aun así, el efecto ha despertado mucho interés entre los físicos teóricos. En los últimos años se ha estudiado un efecto Mpemba más general en otros sistemas, como materiales magnéticos, partículas en suspensión o sistemas cuánticos, en los que un sistema que empieza “más lejos” del equilibrio llega antes a él. Algunos experimentos de laboratorio lo han confirmado en esos sistemas, lo que demuestra que, al menos en ciertos casos, el fenómeno existe.

En la vida diaria, el efecto no tiene mucha aplicación práctica, y no conviene meter agua hirviendo en el congelador, porque puede dañar otros alimentos o el aparato. Pero la historia de Mpemba es un buen ejemplo de cómo funciona la ciencia: una observación de un estudiante, tomada en serio, puede abrir preguntas que ocupan a investigadores durante décadas.

Por qué importa. El efecto Mpemba enseña que la ciencia avanza también gracias a observaciones cotidianas, y que hasta el agua, algo tan común, sigue teniendo misterios.

DATO 9El vidrio no es un líquido que fluye lentamente

Es un mito muy extendido que el vidrio es un líquido que fluye muy despacio y que por eso las ventanas medievales de algunas catedrales europeas son más gruesas por abajo que por arriba. La idea suena lógica: con el paso de los siglos, el vidrio se habría ido “escurriendo” hacia abajo, como la miel. Pero no es así.

La explicación real está en cómo se fabricaba el vidrio antes de la época industrial. Uno de los métodos más usados era el de corona: el vidriero soplaba una burbuja de vidrio fundido, la abría y la hacía girar rápidamente hasta formar un disco plano. Ese disco nunca quedaba del todo uniforme: era más grueso en el centro y más fino en los bordes. Luego se cortaba en piezas, que tenían distinto grosor de un lado a otro. Otro método, el de cilindro, también daba láminas irregulares.

Al colocar los paneles, los artesanos solían poner la parte más gruesa abajo, probablemente porque era más estable, aunque no siempre. De hecho, se han encontrado ventanas antiguas con la parte gruesa arriba o a los lados, lo que contradice la idea de que el vidrio fluye. Además, si el vidrio fluyera de forma apreciable, las lentes de los telescopios antiguos, con varios siglos de antigüedad, estarían deformadas, y no lo están.

En 1998, el investigador brasileño Edgar Zanotto calculó cuánto tiempo tardaría el vidrio de una catedral en deformarse de forma visible a temperatura ambiente. Su conclusión fue que necesitaría un tiempo mucho mayor que la edad del universo. Otro estudio de 2017 con vidrios muy antiguos llegó a conclusiones similares.

Entonces, ¿qué es el vidrio? Es un sólido amorfo. En un sólido cristalino, como la sal o el hielo, los átomos se ordenan en una estructura regular que se repite. En el vidrio, los átomos están desordenados, como en un líquido, pero “congelados” en esa posición, sin moverse. Se forma cuando un material fundido, sobre todo sílice procedente de la arena, se enfría tan rápido que los átomos no tienen tiempo de ordenarse en cristales. Por eso a veces se dice, de forma poco precisa, que el vidrio es un “líquido subenfriado”. La transición vítrea sigue siendo uno de los problemas abiertos de la física de materiales.

La confusión viene en parte de esa estructura desordenada, parecida a la de un líquido. Pero a efectos prácticos, a temperatura ambiente el vidrio se comporta como un sólido. Solo fluye cuando se calienta mucho, por encima de unos 500 °C en el vidrio común, como ocurre al soplarlo.

El vidrio se fabrica desde hace unos 4.500 años, en Mesopotamia y Egipto. Los romanos ya hacían vidrio soplado, y en la Edad Media, las vidrieras de colores de las catedrales se convirtieron en un arte. El vidrio plano moderno, el de las ventanas actuales, se fabrica con el método del vidrio flotado, inventado por Alastair Pilkington en los años 50: el vidrio fundido se vierte sobre un baño de estaño líquido, donde se extiende y queda perfectamente liso y de grosor uniforme.

Hoy el vidrio se usa en fibra óptica, pantallas de móviles, placas solares y hasta en materiales resistentes a los golpes.

Por qué importa. Muchos mitos científicos se basan en una observación real mal interpretada, y conocer cómo se fabricaban los objetos ayuda a explicarlos.

DATO 8Los plátanos son ligeramente radiactivos

Los plátanos contienen potasio, un mineral esencial para el funcionamiento de los músculos, los nervios y el corazón. Una pequeña parte del potasio natural, alrededor del 0,012 %, es potasio-40, un isótopo radiactivo. Esto significa que los plátanos son ligeramente radiactivos. Pero no hay que alarmarse: la dosis es insignificante y no supone ningún riesgo para la salud.

El potasio-40 existe en la naturaleza desde que se formó la Tierra. Tiene una vida media de unos 1.250 millones de años, lo que significa que tarda ese tiempo en desintegrarse la mitad de una cantidad dada. Está presente en el suelo, en las rocas, en las plantas, en los animales y en nuestro propio cuerpo. De hecho, una persona adulta contiene unos 140 gramos de potasio, y el potasio-40 de nuestro cuerpo produce unas 4.000 desintegraciones radiactivas por segundo. Somos, literalmente, un poco radiactivos.

Precisamente por eso existe una unidad informal llamada dosis equivalente a un plátano, en inglés banana equivalent dose. Se usa para explicar de forma sencilla lo pequeñas que son algunas dosis de radiación. Comer un plátano supone una dosis de alrededor de 0,1 microsieverts. Para comparar, una radiografía de tórax son unos 20 a 100 microsieverts, un vuelo de ida y vuelta entre Europa y Estados Unidos, unos 50 a 100, y la radiación natural que recibimos en un año, de media, unos 2.400 microsieverts.

En realidad, esa comparación es algo engañosa, y los expertos lo señalan. Comer un plátano no aumenta la radiactividad del cuerpo de forma duradera, porque el organismo regula la cantidad de potasio que contiene: cuando comemos más, eliminamos el exceso por la orina. Así que el nivel de potasio-40 del cuerpo se mantiene estable. Aun así, la comparación sigue siendo útil para dar una idea de escala.

El plátano no es el alimento más radiactivo. Las nueces de Brasil pueden contener radio, porque el árbol que las produce lo absorbe del suelo, y tienen una radiactividad bastante mayor. Las patatas, las judías, los frutos secos y otros alimentos ricos en potasio también contienen potasio-40.

Hay una anécdota curiosa sobre esto: los detectores de radiación de algunos puertos y fronteras, que se usan para buscar material nuclear de contrabando, a veces han dado falsas alarmas al paso de camiones cargados de plátanos, arena para gatos (que contiene minerales con potasio y otros elementos radiactivos) o azulejos cerámicos.

La radiación es algo que nos rodea de forma natural. Viene del espacio, de las rocas, del gas radón que sale del suelo y se puede acumular en sótanos y viviendas mal ventiladas, y de los alimentos. Lo que importa para la salud es la dosis. Las dosis muy altas, como las de accidentes nucleares graves, son peligrosas, pero las dosis bajas de la vida cotidiana no suponen un riesgo significativo.

Los propios médicos usan isótopos radiactivos, en dosis controladas, para diagnosticar y tratar enfermedades.

Por qué importa. Entender que la radiación está en todas partes y que lo importante es la dosis ayuda a interpretar mejor las noticias y a no alarmarse sin motivo.

DATO 7El helio líquido puede trepar por las paredes de un recipiente

Por debajo de unos −271 °C, apenas unos dos grados por encima del cero absoluto, el helio-4 se convierte en un superfluido, un estado de la materia en el que fluye sin ninguna fricción ni viscosidad. En ese estado, el helio hace cosas que parecen desafiar las leyes de la física: puede trepar por las paredes de su recipiente formando una película finísima y salir por encima del borde, puede atravesar poros microscópicos por los que ningún líquido normal pasaría y, si lo pones a girar, sigue girando indefinidamente.

El helio es el único elemento que no se solidifica a presión normal, ni siquiera en el cero absoluto. Fue licuado por primera vez en 1908 por el físico neerlandés Heike Kamerlingh Onnes, que recibió el Premio Nobel en 1913. La superfluidez se descubrió en 1937 por Pyotr Kapitsa, en Moscú, y, de forma independiente, por John Allen y Don Misener, en Cambridge. Kapitsa recibió el Premio Nobel de Física en 1978, y el físico soviético Lev Landau, que desarrolló una teoría para explicarla, lo recibió en 1962.

¿Por qué ocurre? La explicación está en la mecánica cuántica. A temperaturas tan bajas, una parte de los átomos de helio pasa a comportarse como si fuera una sola entidad cuántica, compartiendo el mismo estado. Esto se parece a un fenómeno llamado condensado de Bose-Einstein. En ese estado, el líquido no puede perder energía por rozamiento de la forma habitual, y por eso fluye sin fricción.

Uno de los efectos más espectaculares es el efecto fuente. Si se calienta un poco el helio superfluido dentro de un tubo con un tapón poroso, el helio fluye hacia la zona caliente y puede salir disparado formando un chorro, como una fuente, sin necesidad de bombas. También presenta una propiedad llamada segundo sonido, en la que el calor no se difunde de forma lenta como en otros materiales, sino que viaja como una onda, a una velocidad determinada.

El helio superfluido es también un conductor de calor extraordinario, mucho mejor que el cobre. Por eso se usa para refrigerar instrumentos que necesitan temperaturas extremadamente bajas y estables. El ejemplo más famoso es el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN, en Ginebra. Sus imanes superconductores, que guían a las partículas por un anillo de 27 kilómetros, se enfrían con helio superfluido a unos −271,3 °C. El LHC utiliza unas 130 toneladas de helio, y es una de las mayores instalaciones criogénicas del mundo.

El helio superfluido también se usó en telescopios espaciales infrarrojos, como el Spitzer o el Herschel, para enfriar sus instrumentos y poder detectar el calor tenue de objetos lejanos.

Hay otro isótopo, el helio-3, mucho más raro, que también se vuelve superfluido, pero a temperaturas aún más bajas, unas milésimas de grado por encima del cero absoluto. Su descubrimiento, en 1972, también mereció un Premio Nobel.

Por cierto, el helio es un recurso limitado en la Tierra: se extrae junto al gas natural, y el que se escapa a la atmósfera acaba perdiéndose en el espacio. Por eso los científicos piden no desperdiciarlo, por ejemplo en globos.

Por qué importa. La superfluidez es una de las pocas ocasiones en que los efectos cuánticos se ven a simple vista, y es clave para tecnologías como los aceleradores de partículas y los escáneres médicos.

DATO 6El fuego en el espacio es una esfera azul

En la Tierra, las llamas suben y tienen forma de lágrima porque el aire caliente es menos denso y asciende, arrastrando la llama hacia arriba. Ese movimiento, llamado convección, trae además aire fresco con oxígeno por la base de la llama y se lleva los gases de la combustión, como el dióxido de carbono y el vapor de agua. Sin darnos cuenta, la gravedad es la que da forma a cada vela o cada cerilla.

En el espacio, en microgravedad, esto no ocurre. Como el aire caliente no pesa menos que el frío en ausencia de gravedad, no hay convección. El oxígeno solo llega a la llama por difusión, un proceso lento en el que las moléculas se mueven al azar. El resultado es que las llamas forman esferas, casi perfectamente redondas, y suelen ser de color azul, más tenues que en la Tierra.

El color azul se debe a que, en microgravedad, la llama arde de forma más lenta y a menor temperatura en algunas zonas, y se forma menos hollín. En la Tierra, las partículas de hollín que se calientan en la llama brillan con un color amarillo y naranja, como las brasas. Sin ellas, se ve el color azul que emiten algunas moléculas durante la combustión, igual que en la llama de una cocina de gas bien ajustada.

La NASA y otras agencias han estudiado las llamas en el espacio durante años, en experimentos a bordo de la Estación Espacial Internacional, como el FLEX (Flame Extinguishment Experiment), que empezó en 2009. En ellos se descubrió algo sorprendente: las llamas frías. Algunos combustibles, como el heptano, parecían apagarse, pero seguían ardiendo de una forma invisible, a temperaturas de solo unos 500 °C, frente a los más de 1.500 °C de una llama normal. Estas llamas frías también existen en la Tierra, pero son muy difíciles de estudiar porque la gravedad las altera.

¿Por qué interesa todo esto? En primer lugar, por la seguridad de los astronautas. Un incendio en una nave espacial es muy peligroso: no hay a dónde huir y el humo se acumula. En 1997, un incendio en la estación espacial rusa Mir, provocado por un generador de oxígeno, llenó la estación de humo y puso en peligro a la tripulación. Entender cómo arden los materiales en microgravedad ayuda a diseñar mejores detectores y extintores.

Otro experimento de la NASA, llamado Saffire, se hizo dentro de naves de carga no tripuladas, después de dejar la Estación Espacial, para estudiar incendios más grandes sin poner en peligro a nadie.

En segundo lugar, estos estudios mejoran nuestro conocimiento de la combustión en la Tierra. Al eliminar la convección, los científicos pueden estudiar la química de las llamas en su forma más simple. Eso ayuda a diseñar motores más eficientes y menos contaminantes, y a reducir la formación de hollín, que es perjudicial para la salud y el clima.

Por cierto, en la Estación Espacial está prohibido encender llamas fuera de los experimentos controlados, y los materiales se eligen para que sean poco inflamables.

Por qué importa. Estudiar el fuego en el espacio mejora la seguridad de los astronautas y ayuda a crear motores más limpios y eficientes aquí en la Tierra.

DATO 5Un rayo es unas cinco veces más caliente que la superficie del Sol

Un rayo calienta el aire por el que pasa hasta unos 30.000 °C en una fracción de segundo. La superficie visible del Sol, llamada fotosfera, está a unos 5.500 °C, así que el rayo alcanza una temperatura unas cinco veces mayor. Eso sí, solo durante un instante, en un canal muy estrecho, de apenas unos centímetros de ancho, y sin comparación con el núcleo del Sol, que está a unos 15 millones de grados.

¿Cómo se forma un rayo? Dentro de las nubes de tormenta, los cumulonimbos, hay fuertes corrientes de aire que suben y bajan. Allí chocan gotas de agua, cristales de hielo y granizo blando. En esos choques se transfieren cargas eléctricas: las partículas más ligeras, con carga positiva, suelen subir a la parte alta de la nube, y las más pesadas, con carga negativa, se acumulan en la parte baja. Cuando la diferencia de carga es lo bastante grande, el aire, que normalmente es un aislante, se rompe y se produce una descarga eléctrica gigantesca: el rayo. Puede llevar corrientes de decenas de miles de amperios.

El calor del rayo explica el trueno. El aire se calienta tan rápido que se expande de forma violenta, como una explosión, y produce una onda de choque que oímos como un estruendo. Como la luz viaja mucho más rápido que el sonido, vemos el relámpago antes de oír el trueno. Un truco útil: cuenta los segundos entre el destello y el trueno, y divide entre tres: obtendrás la distancia aproximada de la tormenta en kilómetros.

Cada segundo caen en la Tierra unos 40 a 50 rayos, lo que suma más de 1.000 millones al año. La mayoría no llegan al suelo, sino que ocurren dentro de las nubes o entre nubes. Son más frecuentes en las regiones tropicales. El récord de rayos lo tiene el lago de Maracaibo, en Venezuela, como veremos en otro artículo.

Los rayos también tienen efectos químicos importantes. Su enorme energía rompe las moléculas de nitrógeno del aire, que son muy estables, y permite que se combinen con el oxígeno. Se forman óxidos de nitrógeno que la lluvia arrastra al suelo, donde sirven como fertilizante natural para las plantas. Cuando un rayo cae sobre arena, puede fundirla y formar tubos de vidrio llamados fulguritas.

Un mito común es que un rayo nunca cae dos veces en el mismo sitio. Es falso: los edificios altos reciben muchos rayos al año. El Empire State Building de Nueva York recibe unos 20 a 25 rayos al año. El pararrayos, inventado por Benjamin Franklin en el siglo XVIII, aprovecha esto: ofrece un camino seguro para que la electricidad llegue al suelo sin dañar el edificio.

Para protegerse de los rayos, hay algunas recomendaciones clave. Si oyes truenos, estás lo bastante cerca como para que te alcance un rayo. Lo más seguro es refugiarse en un edificio o en un coche con techo metálico, con las ventanillas cerradas. Hay que evitar los árboles aislados, las zonas altas, el agua y los objetos metálicos. Si te pilla en campo abierto, agáchate con los pies juntos, sin tumbarte en el suelo.

Por qué importa. Los rayos son un fenómeno natural peligroso pero también útil, y conocer las precauciones básicas puede salvar vidas durante una tormenta.

DATO 4El sonido viaja unas cuatro veces más rápido en el agua que en el aire

El sonido es una vibración que viaja a través de un medio, como el aire, el agua o un sólido, pasando de una partícula a otra, como una fila de fichas de dominó. Por eso no puede viajar en el vacío del espacio, donde no hay partículas. Y por eso su velocidad depende del medio: cuanto más rígido es el material y mejor transmite las vibraciones entre sus partículas, más rápido viaja el sonido.

En el aire, a unos 20 °C, el sonido viaja a unos 343 metros por segundo, es decir, unos 1.235 kilómetros por hora. En el agua, va a unos 1.480 metros por segundo, más de cuatro veces más rápido. Y en el acero, puede superar los 5.900 metros por segundo, unas 17 veces más rápido que en el aire. En algunos materiales, como el diamante, llega a unos 12.000 metros por segundo.

Aunque parezca contradictorio, la velocidad del sonido no depende solo de la densidad, sino sobre todo de la rigidez. El acero es mucho más denso que el aire, lo que en principio frenaría el sonido, pero es enormemente más rígido: sus átomos están unidos con fuerza y la vibración se transmite muy rápido de uno a otro. En el aire, en cambio, las moléculas están separadas y tienen que chocar entre sí para pasar la vibración.

Por eso, en las películas del Oeste, los personajes pegan la oreja a los raíles para oír si se acerca un tren: el sonido llega antes y con más intensidad por el metal que por el aire. Y cuando buceas, puedes oír el motor de un barco lejano con claridad, aunque sea difícil saber de dónde viene, porque el sonido llega tan rápido a los dos oídos que el cerebro no puede calcular bien la dirección.

La temperatura también influye. En el aire, el sonido viaja más rápido cuanto más caliente está el aire, unos 0,6 metros por segundo más por cada grado. Esto explica un fenómeno curioso: en las noches frías, con una capa de aire más caliente por encima, el sonido se curva hacia el suelo y se puede oír desde más lejos.

Cuando un avión vuela más rápido que el sonido, supera la llamada barrera del sonido, a Mach 1. Las ondas que genera se acumulan y forman una onda de choque que oímos en tierra como un estampido sónico. El primer vuelo supersónico confirmado lo hizo Chuck Yeager en 1947, con el avión Bell X-1. El avión comercial Concorde volaba a unas dos veces la velocidad del sonido, pero su estampido hacía que no pudiera volar a esa velocidad sobre zonas habitadas.

La velocidad del sonido en diferentes materiales tiene muchas aplicaciones. Los ecógrafos médicos usan ultrasonidos, que viajan por los tejidos y rebotan al cambiar de medio, para crear imágenes del interior del cuerpo. Los sonares permiten medir la profundidad del mar y detectar objetos bajo el agua. Y los sismólogos estudian cómo viajan las ondas de los terremotos por el interior de la Tierra para saber de qué está hecho: gracias a ellas se descubrió que el núcleo externo es líquido.

Hay animales que aprovechan esta física, como los murciélagos y los delfines, que se orientan mediante ecolocalización, emitiendo sonidos y escuchando sus ecos.

Por qué importa. Conocer cómo viaja el sonido permite ver dentro del cuerpo, explorar el fondo del mar y estudiar el interior de la Tierra.

DATO 3El oro se puede aplastar hasta volverse casi transparente

El oro es el metal más maleable que se conoce: se puede aplastar a golpes hasta formar láminas de apenas una diezmilésima de milímetro de grosor, unos 0,1 micrómetros, cientos de veces más finas que un cabello humano. Con un solo gramo de oro, un buen batidor puede cubrir una superficie de alrededor de un metro cuadrado. Estas láminas son tan finas que dejan pasar la luz, que se ve de color verdoso a través de ellas.

El oro también es el metal más dúctil, es decir, se puede estirar en hilos finísimos. Con un gramo de oro se puede obtener un hilo de más de 2 kilómetros de largo.

¿Por qué es tan maleable? La explicación está en su estructura a escala atómica. Los átomos de oro se ordenan en una red cúbica muy regular, y las capas de átomos pueden deslizarse unas sobre otras sin romperse, gracias al tipo de enlace entre ellos, llamado enlace metálico. En este tipo de enlace, los electrones más externos se mueven libremente entre los átomos, formando una especie de “mar” de electrones que los mantiene unidos aunque cambien de posición. Además, el oro es un metal muy estable químicamente: no se oxida ni se corroe con el aire ni con el agua, así que conserva su brillo durante miles de años.

El pan de oro, esas láminas finísimas, se ha usado desde hace miles de años para decorar. Los egipcios ya cubrían con él sarcófagos, estatuas y muebles. Se usa para dorar marcos, cúpulas, retablos, libros y manuscritos iluminados. El proceso tradicional, llamado batido de oro, consiste en golpear el oro durante horas entre capas de pergamino o de una membrana muy fina procedente del intestino del buey, llamada “piel de batidor”. Hoy también se usa pan de oro en repostería y alta cocina, porque es comestible e inerte, aunque no aporta nada nutricional.

Las láminas de oro tienen usos tecnológicos importantes. El oro refleja muy bien la radiación infrarroja, así que se usa en satélites y naves espaciales para protegerlos del calor. Los visores de los cascos de los astronautas tienen una fina capa de oro que protege sus ojos de la luz solar intensa. Los grandes espejos del telescopio espacial James Webb están recubiertos de una capa de oro de solo unos 100 nanómetros, que en total pesa unos 48 gramos, más o menos lo que una pelota de golf.

El oro tiene además un papel clave en la electrónica. Como conduce muy bien la electricidad y no se corroe, se usa en conectores, contactos y circuitos de móviles y ordenadores. Un teléfono móvil contiene una pequeña cantidad de oro, del orden de miligramos, por eso el reciclaje de aparatos electrónicos, la llamada “minería urbana”, puede recuperar cantidades importantes de este metal.

El célebre experimento de Ernest Rutherford, en 1909, que permitió descubrir el núcleo del átomo, usó una lámina de oro finísima. Rutherford lanzó partículas alfa contra ella y observó que la mayoría la atravesaban, pero algunas rebotaban. Concluyó que el átomo es casi todo espacio vacío, con un núcleo pequeño y denso.

Todo el oro que se ha extraído en la historia cabría en un cubo de unos 22 metros de lado. Y, como vimos en otro dato, se cree que buena parte del oro del universo se formó en choques de estrellas de neutrones.

Por qué importa. La maleabilidad y la estabilidad del oro explican su uso tanto en joyas y arte como en satélites, telescopios y aparatos electrónicos.

DATO 2Existen materiales que recuerdan su forma

El nitinol, una aleación de níquel y titanio en proporciones casi iguales, es un material con memoria de forma: lo puedes doblar, retorcer o deformar a baja temperatura y, al calentarlo, recupera por sí solo su forma original. Es como si “recordara” la forma que se le dio al fabricarlo. Además, tiene superelasticidad: a temperatura ambiente o corporal, se puede deformar mucho y vuelve a su forma en cuanto dejas de hacer fuerza, mucho más que un metal normal.

Se descubrió en 1959 en el Naval Ordnance Laboratory de Estados Unidos, de ahí su nombre: Ni (níquel), Ti (titanio), NOL (Naval Ordnance Laboratory). El descubridor fue William Buehler, que buscaba materiales resistentes para la punta de misiles. La historia cuenta que en una reunión se dobló una tira de nitinol varias veces, como un acordeón, y uno de los asistentes, que fumaba, le acercó su mechero: la tira recuperó su forma plana de golpe.

¿Cómo funciona? La clave está en su estructura cristalina, es decir, en cómo se ordenan sus átomos. El nitinol puede tener dos estructuras distintas. A alta temperatura, está en fase austenita, con una estructura cúbica muy ordenada. A baja temperatura, pasa a la fase martensita, en la que los átomos se reorganizan en una estructura que puede deformarse fácilmente, como si sus capas se plegaran. Cuando deformas el nitinol en fase martensita, los átomos no se rompen ni se deslizan de forma permanente como en otros metales, sino que se reorganizan. Al calentarlo, vuelve a la fase austenita y los átomos regresan a su posición original, y la pieza recupera su forma.

La temperatura a la que ocurre este cambio se puede ajustar variando ligeramente la proporción de níquel y titanio y con tratamientos térmicos. Por eso se pueden diseñar piezas que cambien de forma justo a la temperatura del cuerpo humano.

Esto lo hace muy útil en medicina. Uno de sus usos más importantes son los stents, pequeños tubos de malla metálica que se colocan en las arterias estrechadas para mantenerlas abiertas. Un stent de nitinol se puede comprimir para introducirlo por un catéter a través de los vasos sanguíneos y, una vez en su lugar, se expande con el calor del cuerpo. También se usa en arcos de ortodoncia, que aplican una fuerza suave y constante sobre los dientes, en instrumentos de cirugía mínimamente invasiva, en filtros que se colocan en las venas para atrapar coágulos y en algunos implantes óseos.

Fuera de la medicina, se usa en monturas de gafas que se pueden doblar sin romperse, en antenas de móviles antiguos, en válvulas que se abren o cierran solas con el calor, por ejemplo en duchas para evitar quemaduras, y en actuadores, pequeños “músculos” artificiales para robots. La NASA ha probado ruedas de nitinol para rovers, que pueden deformarse al pasar por rocas y recuperar su forma.

El nitinol tiene algunos inconvenientes: es caro y difícil de fabricar y de mecanizar, porque el titanio reacciona con el oxígeno a altas temperaturas. Además, algunas personas son alérgicas al níquel, aunque en el nitinol el níquel está fuertemente unido al titanio y se libera muy poco.

Hay otros materiales con memoria de forma, como algunas aleaciones de cobre y ciertos polímeros, que se investigan para crear ropa inteligente o piezas que se ensamblen solas.

Por qué importa. Los materiales con memoria de forma permiten tratamientos médicos menos invasivos y dispositivos que se adaptan solos a su entorno.

DATO 1El agua puede hervir y congelarse al mismo tiempo

El punto triple es la combinación exacta de presión y temperatura en la que una sustancia puede existir a la vez en sus tres estados: sólido, líquido y gas, en equilibrio. En ese punto, el agua puede estar hirviendo y congelándose al mismo tiempo. Para el agua, ocurre a una temperatura de 0,01 °C y a una presión de unos 611 pascales, es decir, menos del 1 % de la presión atmosférica normal a nivel del mar.

Para entenderlo, hay que saber que las temperaturas a las que hierve o se congela el agua dependen de la presión. A nivel del mar, el agua hierve a 100 °C. Pero en lo alto de una montaña, donde la presión es menor, hierve a menos temperatura: en la cima del Everest, a unos 70 °C. Por eso en zonas altas cuesta más cocinar pasta o legumbres, y existen las ollas a presión, que hacen lo contrario: aumentan la presión para que el agua hierva a unos 120 °C y los alimentos se cocinen más rápido.

Los científicos representan estos cambios en un diagrama de fases, un gráfico que muestra en qué estado está una sustancia según la presión y la temperatura. En él, las líneas que separan los estados sólido, líquido y gas se cruzan en un solo punto: el punto triple.

En los laboratorios se puede ver el fenómeno en directo. Se coloca agua en un recipiente y se va sacando el aire con una bomba de vacío. Al bajar la presión, el agua empieza a hervir aunque esté fría. La evaporación le quita calor, así que se enfría más y más. Llega un momento en que el agua hierve con fuerza mientras en su superficie se forman cristales de hielo. Es una imagen sorprendente: burbujas y hielo en el mismo vaso.

El punto triple del agua tiene una gran importancia en la historia de la ciencia. Como es muy estable y se puede reproducir con mucha precisión en cualquier laboratorio del mundo, en celdas de punto triple de vidrio, se usó durante décadas para definir la escala de temperatura. Entre 1954 y 2019, el kelvin, la unidad de temperatura del Sistema Internacional, se definía como una fracción exacta de la temperatura del punto triple del agua: 273,16 kelvin. En 2019, el kelvin se redefinió a partir de una constante fundamental de la física, la constante de Boltzmann, como se hizo con otras unidades como el kilogramo. Aun así, las celdas de punto triple siguen usándose para calibrar termómetros.

Todas las sustancias tienen un punto triple. El del dióxido de carbono está a unos −56,6 °C y a unas 5,1 atmósferas. Como esa presión es mayor que la atmosférica, a presión normal el CO₂ sólido, el hielo seco, no se derrite: pasa directamente de sólido a gas, un proceso llamado sublimación. Por eso el hielo seco produce ese humo blanco en espectáculos.

El punto triple también ayuda a entender otros planetas. En Marte, la presión atmosférica media es de unos 600 pascales, muy cerca del punto triple del agua. Por eso el agua líquida es inestable en su superficie: el hielo tiende a pasar directamente a vapor. Solo en algunas zonas bajas, donde la presión es mayor, podría existir agua líquida durante poco tiempo, sobre todo si está muy salada.

Por qué importa. El punto triple muestra cómo la presión cambia el comportamiento del agua, y explica desde la olla a presión hasta la falta de ríos en Marte.

Resumen de los 10 datos

1. El agua puede hervir y congelarse al mismo tiempo.
2. Existen materiales que recuerdan su forma.
3. El oro se puede aplastar hasta volverse casi transparente.
4. El sonido viaja unas cuatro veces más rápido en el agua que en el aire.
5. Un rayo es unas cinco veces más caliente que la superficie del Sol.
6. El fuego en el espacio es una esfera azul.
7. El helio líquido puede trepar por las paredes de un recipiente.
8. Los plátanos son ligeramente radiactivos.
9. El vidrio no es un líquido que fluye lentamente.
10. El agua caliente puede congelarse antes que la fría.

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