La historia del aceleramiento: Metal Mercurial

De todos los metales conocidos, el mercurio es probablemente uno de los más famosos, aunque sólo sea por su forma líquida y lustrosa a temperatura ambiente. A lo largo de los siglos, se ha utilizado comúnmente en una amplia variedad de aplicaciones, incluyendo procesos químicos industriales, en cosmética, para espejos de telescopio, termómetros, lámparas fluorescentes, empastes dentales, cojinetes, baterías, interruptores y más recientemente en relojes atómicos.

Aunque no está libre de la controversia que a menudo rodea a un metal pesado tóxico, es difícil argumentar las innumerables formas en que el mercurio ha desempeñado un papel positivo en el progreso tecnológico y los descubrimientos científicos de la humanidad. Este artículo se centrará tanto en sus usos históricos, actuales y posibles futuros, como en el lado más oscuro de este fascinante metal.


Brillante y útil

El mercurio ha sido muy apreciado por su uso en el arte y la decoración. Históricamente se sabe que se ha usado en fuentes de mercurio – exactamente como suena, estas eran fuentes artísticas que usaban mercurio en vez de agua – siendo el ejemplo más reciente la Fuente de Mercurio de 1937 de Alexander Calder . Sin embargo, durante miles de años, desde los mayas (Templo de la Serpiente Emplumada en Teotihuacan) hasta los egipcios y los chinos (Tumba Qin del Emperador), el mercurio se mantuvo en alta estima, y muchos consideraron que tenía propiedades especiales además de sus notables propiedades físicas.

Desafortunadamente, esto llevó a que se utilizara en la medicina, especialmente en China y el Tíbet, donde se pensaba que prolongaba la vida, curaba las heridas y mejoraba la salud en general. Se rumorea que una mezcla de mercurio y jade triturado dada como mezcla de inmortalidad fue lo que mató al emperador Qin. Los alquimistas consideraban que el mercurio era una Prima Materia de la cual se derivan otros metales.

Un interruptor básico basado en el mercurio.

Claramente más práctico fue el descubrimiento alrededor del 500 a.C. de las amalgamas (del latín medieval amalgama , “aleación de mercurio”), la mezcla de mercurio con otros metales que llevó a su uso para empastes dentales en China antes del 1000 d.C. y en Europa alrededor del 1528 d.C. Al igual que las amalgamas chinas de entonces, las amalgamas dentales de hoy en día consisten en mercurio y una aleación de metales de plata, estaño y cobre.

Mientras que las resinas de polímero se están utilizando más comúnmente en lugar de la amalgama en la odontología, la amalgama sigue siendo superior en términos de longevidad y durabilidad, excepto en situaciones en las que el área restaurada sería directamente visible (las resinas de polímero son blancas), o el agujero en el diente es bastante pequeño. Aquí las resinas de polímero son el material preferido.

A pesar de los temores sobre el envenenamiento por mercurio del mercurio elemental en los empastes dentales de amalgama, los estudios han demostrado que las cantidades de mercurio liberadas son lo suficientemente bajas como para que no supongan ningún riesgo para la salud. A pesar de ello, los consultorios dentales de la UE están obligados a tratar los residuos de amalgama como residuos peligrosos. Los consultorios dentales de EE.UU. se enfrentan a medidas similares, pero el vertido de los residuos de amalgama por el desagüe sigue siendo una práctica común.


La distinción entre útil y peligroso

Incluso fuera de la amalgama dental, el mercurio logra provocar feroces debates sobre sus usos y los peligros percibidos. Uno de ellos es el de los muchos compuestos orgánicos que contienen mercurio, los llamados compuestos organomercuriales. Este grupo incluye el metilmercurio (comúnmente encontrado en peces como el atún y el salmón), etilmercurio , dimetilmercurio, dietilmercurio y merbromina.

Comúnmente utilizado como agente conservante debido a sus propiedades antisépticas y antimicóticas, el thiomersal se utiliza regularmente en todo, desde vacunas hasta productos oftálmicos (por ejemplo, gotas para los ojos) y nasales, así como en cosas como tintas para tatuajes y rímel, donde la esterilidad a largo plazo es esencial. En el cuerpo, el tiomersal se descompone en etilmercurio, que es significativamente menos peligroso para el cuerpo que el metilmercurio. Aunque la refrigeración es una alternativa al thiomersal, requiere una cadena de refrigeración ininterrumpida, lo que puede ser problemático en algunas áreas, lo que lleva al uso de vacunas contaminadas.

En los Estados Unidos, los temores sobre el “mercurio” en las vacunas (relacionados con las teorías de conspiración que involucran el autismo causado por las vacunas) llevaron a que se eliminara el tiomersal de la mayoría de las vacunas a pesar de la falta de pruebas científicas para hacerlo. Debido a la falta de datos sobre el efecto del etilmercurio en el cuerpo en la década de 1990, se utilizaron en su lugar los datos sobre el metilmercurio. Investigaciones posteriores demostraron que esta equivalencia era errónea, mostrando en cambio cuánto más dañino es el metilmercurio.

Por cierto, las mismas teorías de conspiración que llevaron a la eliminación del tiomersal de la mayoría de las vacunas están vinculadas a una teoría de conspiración más grande sobre el autismo causado por toxinas ambientales, incluyendo el plomo, el mercurio y otros metales pesados. Se supone que la terapia de quelación elimina estas toxinas. Sin embargo, se recomienda encarecidamente no hacerlo, ya que no es un tratamiento eficaz y puede provocar daños en los riñones y otros daños potencialmente mortales.


No comas ese pescado

El metilmercurio es la forma más común de organomercurio, ya que se forma a partir del mercurio inorgánico por los microbios que viven en los sistemas acuáticos. El metilmercurio resultante es fácilmente consumido por las algas, que a su vez son consumidas por peces cada vez más grandes y otros organismos acuáticos en un proceso llamado biomagnificación. Como resultado, el consumo de pescado es la mayor fuente de metilmercurio y de mercurio en general para la población.

Parte de las secuelas del derrame de cenizas volantes de la planta de carbón de TVA Kingston, que liberó metales pesados en el medio ambiente.

El envenenamiento por mercurio se hizo muy conocido debido al repentino brote de la entonces nueva enfermedad de Minamata en Japón, que resultó ser causada por la liberación de metilmercurio al medio ambiente desde fábricas químicas, terminando en organismos acuáticos que la población local luego capturaba y consumía. En Japón esta enfermedad costaría 1.784 vidas de 2.265 víctimas oficialmente identificadas. Otras naciones experimentaron sus propios brotes de esta enfermedad.

Incluso sin derrames deliberados de metilmercurio o sus precursores, la cantidad de mercurio en el medio ambiente es tal que para las especies de peces como el pez espada, el atún, el bacalao y el lucio uno no debe comer más de 170 gramos de él a la semana, para evitar una bioacumulación insalubre de mercurio en el cuerpo. Algunos lugares como los Everglades de la Florida terminan actuando como depuradores del mercurio que se libera en el aire, elevando severamente los niveles locales de mercurio allí, siendo el consejo no comer nunca pescado capturado en esas áreas.


Mercurio hoy y mañana

Es difícil pensar en un mundo sin mercurio. Ya sea en la odontología, la industria, los laboratorios o la astronomía, el mercurio juega un papel esencial de alguna manera. Especialmente en la astronomía, el mercurio permite esencialmente la utilización de telescopios de espejo líquido, que proporcionan una alternativa muy eficaz y de bajo costo a los espejos de vidrio, que son caros y frágiles. El mercurio se utiliza comúnmente como electrodo en química y en estudios de cristalografía de rayos X de proteínas en biología estructural con el enfoque de reemplazo isomorfo múltiple (MIR), aunque su uso en tareas más mundanas como las bombas de vacío de difusión ha disminuido con el tiempo, sigue siendo relevante allí, como se trató recientemente en Digital Lithium.

La bomba de vacío Sprengel de Cody.

Una de las nuevas aplicaciones más emocionantes para el mercurio en el futuro próximo es el Reloj Atómico del Espacio Profundo (DSAC) del Laboratorio de Propulsión a Chorro. Lo emocionante del DSAC es que esencialmente toma la precisión de un reloj atómico basado en rubidio (AC) y lo mete en un paquete muchas veces más pequeño. Todo esto es cortesía de las propiedades de los iones de mercurio que permitieron tal nivel de miniaturización, lo que permite que sea utilizado en aplicaciones sensibles al peso, como las sondas espaciales y los satélites.


Mercurio en el espacio

La ventaja obvia del proyecto DSAC es que la alta estabilidad del reloj mejora el seguimiento del tiempo a bordo y, por tanto, las capacidades de navegación y comunicación, lo que sería ideal para las misiones al espacio profundo. Esto se detalla en un documento del JPL de 2012 sobre el proyecto. En él se describe el papel crucial que la fuente de cronometraje a bordo tiene en la navegación en el espacio profundo cuando se trata de formar mediciones de Doppler y de alcance coherentes y multidireccionales. El beneficio esencial es que una nave espacial puede hacer más por sí misma, con mayor precisión y mayores velocidades de datos útiles en toda la red.

Diagrama simplificado del DSAC.

El mercurio es similar al rubidio en el sentido de que tiene una transición hiperfina que emite una señal electromagnética muy precisa. Gran parte de la miniaturización es posible gracias al hecho de que en un reloj atómico impulsado por microondas (como en los actuales ACs de rubidio y el DSAC) la frecuencia que se requiere para impulsar el reloj también determina las dimensiones del oscilador que impulsa el reloj. Mientras que un reloj de rubidio utiliza un mísero ~6.834 GHz, el mercurio-199 utiliza 40.5 GHz.

Renderización del DSAC.

A esas frecuencias más altas, el circuito requerido y otros componentes pueden hacerse mucho más pequeños, resultando en un reloj atómico (versión actual) que es de apenas 29 por 26 por 23 cm a 17,5 kg, y sin embargo no muestra más deriva que alrededor de 1 microsegundo en 10 años de operación.

El 25 de junio de 2019 se lanzó un prototipo de DSAC desde el Centro Espacial Kennedy en un cohete SpaceX Falcon Heavy, como parte del satélite OTB (Orbital Test Bed), que alberga cuatro cargas útiles adicionales además del DSAC. La NASA activó el prototipo DSAC el 23 de agosto, y se espera que la misión completa dure alrededor de un año.


Ser el átomo correcto, en el lugar correcto

A lo largo de la historia, el mercurio ha sido un poco el metal de las celebridades. Además de su estado líquido altamente inusual a temperatura ambiente, ha permitido que muchas áreas de la ciencia progresen en formas que habrían sido difíciles sin el mercurio. Ya sea que uno mire las bombas de difusión y los termómetros de mercurio, sus innumerables funciones en la química y la industria, la preservación de vacunas y sustancias similares, es difícil pensar en un material que haya impactado más a la civilización humana en formas que son sutiles pero siempre presentes.

Ahora parece que Mercurio estará con nosotros en nuestro viaje a la frontera final también, manteniendo nuestras sondas espaciales y posiblemente las naves espaciales tripuladas a salvo mientras viajan a Marte, Venus y más allá. Brindo por una larga y saludable relación con un metal realmente especial.

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