África Yebra: “Casi todo en este mundo es cristalino, la química siempre tiende al orden”

África Yebra

La Asamblea General de las Naciones Unidas ha declarado 2014 Año Internacional de la Cristalografía con el objeto de rendir homenaje a esta disciplina científica. La cristalógrafa de la Universidad de Jaén África Yebra relata el nacimiento y desarrollo de esta ciencia y su relevancia en el mundo moderno.

¿Qué significa ser cristalino? 

Casi todo es cristalino. Ser cristalino no es otra cosa que tener orden, un compuesto que tiene sus átomos y moléculas ordenados, es decir que tiene periodicidad en su estructura. El mundo tiende al orden, la química también, por eso casi todo es cristalino en mayor o menor grado. Aquí entraríamos en el grado de cristalinidad que tiene un material. Los plásticos por ejemplo son semicristalinos, tienen  una cristalinidad baja, al contrario que los minerales que tienen una cristalinidad muy alta.

¿Qué información puede obtenerse de los materiales a partir del estudio de sus estructuras cristalinas?

El orden de los átomos dentro de las estructuras, y por ende somos capaces de predecir propiedades físicas de los materiales. Por ejemplo el grafito y el diamante ambos están compuestos únicamente por átomos de carbono, pero éstos están ordenados de manera diferente y por eso son distintos. El grafito tiene en sus estructuras planos de anillos hexagonales que están unidos por enlaces muy débiles, por eso se pueden deslizar y romper estas estructuras con facilidad y por eso este material sirve para pintar. El diamante sin embargo tiene una estructura mucho más compacta, los átomos están más cerca unos de otros por eso es tan duro y tan hermoso. Son materiales muy distintos por el orden de sus átomos.

¿Cómo y cuándo surge esta inquietud científica por estudiar las estructuras cristalinas?

En el Siglo XVIII ya se daban observaciones de estructuras cristalinas, uno de los primeros objetos que se estudió desde esta perspectiva fueron los copos de nieve, que siempre son estructuras hexagonales y los científicos se preguntaban por qué el agua congelada adquiría esta forma. Así los naturalistas empezaron a interesarse por estas estructuras que siempre se repetían en la composición de algunos materiales, especialmente en muchos minerales. A lo largo de los siglos esta inquietud fue creciendo así como la metodología científica. Los avances en Química permitieron que empezase a hablarse de modelos atómicos y a entender que los materiales estaban compuestos por una serie de moléculas cuya disposición y orden definía la morfología de ese material. No obstante fue a principios del XX cuando la difracción de los rayos permitió estudiar estas estructuras con muchísima más precisión, con esta técnica se podía colocar cada átomo en su lugar.

¿Cómo tuvo lugar el descubrimiento de la difracción de rayos X?

El descubrimiento de este fenómeno ocurrió en el 2012 en Alemania, allí se reunían las cabezas pensantes más importantes de la Física moderna. Apareció una nueva radiación que era desconocida, por eso la llamaron X, y el mundo de la física se lanzó a investigar sobre ella. El investigador Max von Laue pensó que se trataba de una radiación electro-magnética, así era y por eso difractaba. Al estudiar el fenómeno de esta difracción descubrió el efecto que conseguía al aplicarla en cristales, que al fin y al cabo son redes tridimensionales cuyos nudos son átomos. Es curioso que él deseara conocer la naturaleza de la difracción y aplicándolo en cristales encontrase una de las técnicas científicas más relevantes en la Cristalografía, aunque yo pienso que en la ciencia  las cosas nunca ocurren únicamente por casualidad.

¿Qué aplicaciones tiene la cristalografía en el mundo de la investigación?

A parte de entender este orden de la naturaleza en los materiales, la Cristalografía tiene muchas otras aplicaciones y es la herramienta de muchas otras disciplinas científicas, como las matemáticas o la química. Por ejemplo una de las líneas de investigación en la que trabajo en la UJA es sobre nanocristales de matriz polimérica, se trata de materiales plásticos reforzados con diversos minerales de la arcilla. Estudiamos la combinación de ambos materiales porque el compuesto resultante tiene muchos usos, mejora sus propiedades mecánicas, es más resistente, y sus propiedades térmicas, se quema a una mayor temperatura, además gana en impermeabilidad. Queremos comprender este material desde la óptica de la Cristalografía para diseñarlo de la mejor manera posible. Otra aplicación muy interesante es en las ciencias de la vida. Las proteínas son cristales, cuando se desea inhibir la función de ciertas proteínas hay que inhibir los grupos funcionales a nivel cristalográfico. Muchas vacunas funcionan así e inhiben a nivel estructural las funciones de determinadas proteínas.

O el chocolate, por ejemplo, cristaliza de seis formas distintas pero sólo una de ellas tiene las características organolépticas que nos gustan en el chocolate. Que éste sea crujiente, sabroso, que se funda en la boca eso sólo ocurre en una de las 6 formas cristalinas del chocolate. Por ejemplo cuando guardamos la tableta en la nevera mucho tiempo se genera una capa blanquecina que cubre el chocolate y cuando lo pruebas sabe a arena, esta es una de las formas indeseables de cristalización.

¿Por qué ha sido 2014  declarado Año Internacional de la Cristalografía?

Porque cumplimos cien años desde que se hizo uno de los descubrimientos más importantes de la Cristalografía moderna, el de la difracción de rayos X por los cristales, esta metodología ha ayudado a determinar la estructura de muchos materiales y compuestos. Aunque su descubrimiento se hizo en 1912 aproximadamente fue en el catorce cuando se reconoció con el Nobel de Física a su inventor Max Von Laue.

Escucha la entrevista en directo aquí:

Programa de divulgación científica El Gabinete de Uniradio

Autor: Gabinete de Comunicación de la UJA (G.P.C.)