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Teslablog #21 - 2012-10-11T00:00:00

A pesar de no mencionarlos en ninguno de los textos que publicó en vida, no era de extrañar que Tesla terminara dedicando un teslablog completo a los cristales. Como él mismo indica: “Los cristales son puro orden, y yo adoro el orden”. Es cierto que las propiedades de estos fabulosos materiales, conocidos desde la antigüedad, no se pudieron relacionar con la disposición espacial de sus átomos o iones –la llamada estructura cristalina– hasta la llegada de la difracción de rayos X, pero también es cierto que se trata de una técnica que nuestro inventor podría haber acabado desarrollando de contar con tiempo vital suficiente (Tesla fue uno de los primeros en experimentar con la radiación X, incluso antes que Röntgen).

 

Cristales, no vidrio

Tesla hace tanto hincapié en la diferencia entre cristal y vidrio que no merece la pena insistir mucho más en este punto. El vidrio, a diferencia de un cristal, presenta una estructura molecular amorfa, carente de la geometría regular y de los elementos de simetría propios de un cristal. De hecho, es este orden el que hace que un vidrio de carbono sea tan diferente a un cristal de carbono; o, lo que es lo mismo, que el carbón sea tan diferente al diamante.

Y no solo la belleza, el brillo, el color y el precio de un material se deben a esta estructura cristalina, sino también otras fabulosas propiedades como la dureza o la conductividad térmica. La estructura cristalina se halla en el origen de muchas de las propiedades extraordinarias de los cristales, desde las propiedades piezoeléctricas del cuarzo -empleadas en dispositivos tan diferentes como un mechero o un micrófono- hasta las propiedades fotoeléctricas del cristal de silicio existente en los paneles solares, capaces de transformar la energía solar en electricidad.

 

Cristal de cuarzo. ref.NewYorker3327-2012.21.53.78a.

 

Pero, ¿por qué llamamos cristales a los vidrios? La confusión procede de la época romana: para fabricar ventanas, los romanos utilizaban unas placas transparentes formadas por cristal de yeso, un material conocido como cristal de Hispania debido a que las minas se encontraban en Segóbriga (hoy perteneciente a la provincia de Cuenca). Con la invención del vidrio plano las minas de Segóbriga dejaron de ser productivas, pero a las placas de vidrio que sustituyeron al cristal de Hispania se les continuó llamando cristales. De ahí la confusión.  

 

Cristales por todos los lados y de todos los tamaños

 

“Los granos de sal que echáis en vuestra comida, o el azúcar con el que tomáis el café, o la fina arena de una playa. El agua cuando se congela ordena sus moléculas convirtiéndose en un cristal, y por supuesto multitud de rocas como la rosa del desierto…”. Y el calcio de la cáscara de un huevo, o el fosfato de calcio de los huesos y dientes, o un virus, y un largo etcétera. Incluso en nuestro cerebro, donde muy recientemente se han descubierto cristales de magnetita. Los hay increíblemente pequeños y variados, como los copos de nieve, o tan inconcebiblemente grandes como los cristales de yeso hallados en la cueva de Naica en México.

 

Cristales gigantes de Naica. ref.NewYorker3327-2012.21.53.78a.

 

En la naturaleza, la gran mayoría de los compuestos químicos pueden formar cristales, como el cuarzo o el yeso. Todo depende de las condiciones que existan durante la formación del cristal: la temperatura, la humedad, la luz, la presión, y multitud de factores determinarán que el crecimiento pueda ser lo suficientemente lento como para que los átomos o moléculas se enlacen con un alto grado de ordenamiento. O todo lo contrario: si las condiciones son tales que el crecimiento es rápido y descontrolado, los átomos se enlazarán de manera desordenada y en lugar de un cristal tendremos un vidrio amorfo (material que, en manos de un vidriero experto y tras un laborioso proceso, puede formar objetos tan útiles como las lentes de las gafas).

 

Aplicaciones de los cristales

 

Ya se encarga Tesla de enumerar algunas de las infinitas aplicaciones de los cristales, uno de los elementos clave sobre los que se asienta gran parte de nuestra tecnología moderna. Basta mencionar un icono tecnológico de nuestra época: las pantallas de cristal líquido, elaboradas a partir de un material mezcla de líquido y cristal con unas extraordinarias propiedades ópticas descubiertas por Otto Lehmann, un físico alemán coetáneo a Tesla y que, al igual que este, nunca recibió el Nobel.

Y, hablando de premios Nobel, los que sí lo recibieron fueron Geim y Novoselov por sus descubrimientos acerca de cierto cristal bidimensional de átomos de carbono dispuestos en forma de tesela hexagonal, más conocido como grafeno, con unas extraordinarias propiedades y que, según los expertos, marcará la tecnología del siglo XXI.

Pero no acaba aquí la utilidad de los cristales, que se emplean en áreas tan diversas como la  ingeniería de materiales o la elaboración de fármacos, pasando por la fabricación de bioesqueletos o el desarrollo de nuevos materiales con propiedades extraordinarias a la carta. Por ejemplo, muy recientemente se han desarrollando dispositivos de almacenamiento informático basados en cristales, auténticos discos duros de cristal con una inimaginable capacidad.

Y todo gracias al orden, a la estructura cristalina.

 

Difracción de rayos X

 

Además, gracias precisamente a esta estructura cristalina podemos conocer cómo es la disposición interna de un cristal. Empleando rayos X podemos obtener un patrón de difracción que los cristalógrafos son capaces de analizar para determinar cómo se disponen todas y cada una de las diferentes moléculas o átomos que forman dicho cristal. Es lo que se denomina técnica de difracción de rayos X, extensamente empleada en todo tipo de disciplinas científicas y tecnológicas. 

Esta técnica nos permite conocer cómo es la estructura de la materia tanto inorgánica como orgánica. Por ejemplo, permite analizar cómo es una proteína: qué átomos la componen, cómo son los enlaces entre ellos, cómo se disponen en el espacio, etc. Para ello hay que convertir previamente la proteína en un cristal, es decir, “cristalizar la proteína”. Una vez conocida la estructura de dicha proteína podemos diseñar fármacos específicos que la inhabiliten o la activen y que puedan, por ejemplo, enfrentarse a un tipo de bacteria (es decir, actuar como un antibiótico). Y de nuevo todo gracias a los cristales.

 

Difracción de rayos X de la cadena de ADN. ref.NewYorker3327-2012.21.53.78a.

 

Más cristales

 

La investigación cristalográfica no se detiene. Por ejemplo, se está estudiando el crecimiento de los cristales en condiciones de microgravedad, como la que existe en la Estación Espacial Internacional. En estas condiciones el crecimiento es muy lento y muy diferente al que se produce en la Tierra, lo que abre una nueva vía para sintetizar una nueva generación de materiales “espaciales” de aplicación muy terrestre.

Como diría Tesla: “La clave está en el orden”, incluso en el espacio.

 



 

Videocurrículum Tesla

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"Los Teslablogs" han sido galardonados con una Mención de Honor en la categoría de Trabajos de divulgación científica en el certamen Ciencia en Acción 2013