martes, 22 de julio de 2014

El inabarcable mundo de los cristales

[José Pichel Andrés] La mayor parte de las cosas que nos rodean están formadas por cristales, aunque paradójicamente sólo llamamos cristal a uno de los pocos cuerpos sólidos que técnicamente no lo es: el vidrio, con el que están hechas las ventanas, por ejemplo. 2014 es el Año Internacional de la Cristalografía y los científicos que se dedican a esta disciplina ven en esta celebración una magnífica oportunidad para explicarle a la sociedad que los cristales forman parte de nuestro cuerpo, de los objetos que nos rodean y de la naturaleza; y que su estudio proporciona una lista inabarcable de aplicaciones. En la Universidad de Salamanca, investigadores de materias tan variadas como la química inorgánica, la farmacia, la geología e incluso algunos de los que trabajan en el Centro de Investigación del Cáncer están relacionados con la cristalografía.
“Los cristales están por todas partes, tanto en el mundo orgánico como en el inorgánico, y son imprescindibles para la vida”, explica a DiCYT Mercedes Suárez, directora del Departamento de Geología de la institución académica salmantina. “Un cristal es un sólido que tiene una estructura determinada”, aclara. En concreto, en un cristal “todos los átomos, iones o moléculas están ordenados en las tres dimensiones del espacio”. A veces esa estructura ordenada se hace visible, como en el caso de la nieve, que vista al detalle parece una especie de estrella de muchas puntas con una forma que guarda un estricto orden.

Imagen de la cueva de los cristales gigantes de Naica. /Javier Trueba & Madrid Scientific Films
En realidad, hay muy pocos sólidos que no estén ordenados, pero uno de ellos es el vidrio, formado por sílice, cuya estructura es desordenada. Por lo tanto, no se puede considerar un cristal. Por el contrario, los ejemplos de cristales y de su omnipresencia son innumerables. “Si analizamos un mineral como la calcita, todas las calcitas del mundo están ordenadas de la misma forma, las que están en las cáscara de un huevo de gallina, en el mármol de la estatua del Moisés de Miguel Ángel o en las rocas calizas de los Picos de Europa, todas tienen el calcio y el carbonato que las forman en las mismas posiciones”, señala la experta. Dentro del cuerpo humano, los huesos y los dientes están formados por fosfatos, que también son cristales.
Una de las razones por las que la Asamblea General de Naciones Unidas proclamó 2014 Año Internacional de la Cristalografía es porque se cumple el 400 aniversario de la observación de simetría en los cristales de hielo por Kepler, en 1611. La otra es que se cumplen 100 años de la difracción de rayos X como herramienta para el estudio de la materia cristalina. En un difractómetro se puede analizar cualquier sólido cristalino. Los rayos X proporcionan información sobre el tipo de átomos que se encuentran en su camino y, de esta forma, se puede determinar la estructura tridimensional de las moléculas y saber cómo es el cristal que se está estudiando. Para ello, la Universidad de Salamanca cuenta con el Servicio General de Difracción de Rayos X de la Plataforma de Apoyo a la Investigación NUCLEUS y con otros difractómetros de varios grupos de investigación.
Curiosamente, todos los meses se descubren en el mundo entre 10 y 20 minerales nuevos y para certificar estos hallazgos hay que demostrar que su composición, su estructura o ambas cosas son diferentes a las de minerales registrados anteriormente. En cuanto a la estructura, la difracción de rayos X es imprescindible.
“En mi caso, trabajo con arcillas especiales que se comercializan”, pone como ejemplo Mercedes Suárez. “Sus propiedades varían muchísimo en función de la cristaloquímica, de cómo sea realmente el cristal en detalle, hasta el punto de que entre dos depósitos naturales del mismo mineral y de una pureza próxima al 100% es posible que uno no valga para una determinada aplicación y otro sea excepcionalmente bueno para lo mismo”, comenta.
En sus formas naturales más espectaculares, los cristales gigantes de la cueva de Naica, en México, pueden llegar a tener más de 10 metros de longitud y una belleza sorprendente. Por el contrario, el ser humano es capaz de sintetizar perfectas piezas de joyería con una composición química y una estructura cristalina iguales a las de las gemas naturales como los diamantes, pero sin defectos cristalinos propios de la naturaleza.

Aplicaciones

Las aplicaciones prácticas de la cristalografía son imprescindibles para muchos sectores, como el farmacéutico. “Un fármaco suele estar compuesto por polvos que se toman en cápsulas o pastillas, de manera que el remedio está compuesto por pequeños cristales de una sustancia y, a la hora de diseñar nuevas medicinas, hay que conocer la estructura de dicho compuesto”, explica. Por estas cuestiones, investigadores biomédicos como los del Centro del Cáncer de Salamanca no son ajenos a este campo del conocimiento.
Francisca Sanz González, del Servicio General de Difracción de Rayos X.
Lo mismo ocurre cuando se diseñan nuevos materiales e incluso en la conservación del patrimonio histórico. Para saber cómo se altera la piedra de los monumentos, se analiza la cristalización de las sales que están dañándolas. Algo similar ocurre en el caso de las pinturas, desde un cuadro hasta una cueva prehistórica. En un ámbito muy distinto, incluso el diseño de fertilizantes para la agricultura necesita echar mano de esta disciplina.
“Los estudios que se realizan sobre cristalografía no parecen más que ciencia básica, pero en realidad están muy relacionados con aspectos de nuestra vida cotidiana, hay muchos científicos trabajando en este campo para mejorar la vida de todo el mundo”, apunta Mercedes Suárez.

Divulgación

Para mostrar este amplísimo ámbito del conocimiento, el Departamento de Geología y el Espacio de Cultura Científica de la Universidad de Salamanca preparan una exposición para comienzos del próximo curso académico. Por una parte, la idea es explicar en qué consiste la cristalografía. Por otra, el segundo objetivo es que la sociedad conozca los grupos de investigación de la institución académica relacionados con esta materia, que abarcan desde la geología hasta la salud.
En el conjunto de España hay grupos de investigación dedicados a la cristalografía como tal que son reconocidos internacionalmente. Es el caso del de Cristóbal Viedma, cuyos estudios “han supuesto una revolución para sintetizar determinado tipo de fármacos”, aunque él es “un geólogo que estudia cristalografía en un laboratorio muy modesto”.

Fuente: Tribu Global