¿Te imaginas al hielo derritiéndose a 400º C? ¿O a un gas noble en forma metálica? Todo esto y más se puede encontrar en entornos de altas presiones, donde la química deja de ser como nos la enseñaron y como la hemos estado estudiando los últimos 350 años (sí, desde que se volvió una ciencia, e incluso antes).
Cuando se habla de reacciones químicas, hay dos factores que influyen en cómo se llevan a cabo: la temperatura y la presión. La primera es relativamente sencilla de controlar en un cierto rango: basta con utilizar fuego para llegar a temperaturas altas o hielo para temperaturas bajas, entre otros métodos existentes. En cambio, la presión requiere de más trabajo para su control.
Figura 1. La celda de yunque de diamante se utiliza para experimentos a altas presiones. Imagen: Steve Jacobsen.
Esta es la razón de que la química a presión atmosférica sea ampliamente conocida y estudiada, con universidades en todo el mundo entrenando a sus químicos para desarrollar la bien conocida “intuición química”. Pero cuando escapamos de esta situación, las cosas cambian… y mucho.
Aún así, cabe notar que las presiones a las que empiezan a pasar cosas interesantes son altísimas, del orden de cientos de gigapascales (sobre 1 millón de atmósferas). Pero esto no impide que también sucedan cosas raras a presiones algo más bajas. El butadieno, un precursor en la fabricación del caucho sintético, se agrupa formando oligómeros sin necesidad de catalizador a 0.7 GPa. La estructura electrónica del metal de Cesio cambia significativamente a 4 GPa. El hielo, cuando está bajo 10 GPa de presión, se derrite a 400º C.
Al adentrarnos en terrenos más extremos podemos encontrar que el oxígeno que respiramos se metaliza a 95 GPa, mientras que el hidrógeno se vuelve un sólido opaco a 320 GPa (aunque no metálico aún). Para ponernos en contexto, la presión en el núcleo de la Tierra es de alrededor de 380 GPa. En el interior de Júpiter, por ejemplo, las presiones son tan altas que el hidrógeno es metálico y genera el campo magnético más fuerte de todos los planetas del sistema solar.
Figura 2. Campo magnético de Júpiter generado por corrientes de hidrógeno metálico. Imagen: NASA.
La complejidad de alcanzar altas presiones a nivel experimental requiere de mucho apoyo de los estudios teóricos. Al comprimir mucho un material, los átomos se acercan tanto que sus electrones empiezan a formar patrones distintos de enlace, lo que se puede traducir en una reactividad química distinta para cada elemento. En cierta forma, se podría decir que existe una Tabla Periódica para distintos rangos de presión, por lo que habría que re-entrenar nuestra intuición química para cada uno de estos.
¿Quieres saber más?
McMillan, P. (2006), “Chemistry at High Pressure”, Chemical Society Reviews, 35: 855-857.
Grochala, W., et al. (2007), “The Chemical Imagination at Work in Very Tight Places”, Angewandte Chemie International Edition, 46 (20): 3620-3642.
Maureen Rouhi, A. (2000), “Boxed in: Chemistry in Confined Spaces”, Chem. Eng. News, 78 (34): 40-47.
