El metal que te trajo vuelos baratos

Hizo posible la era de las vacaciones baratas en el extranjero, y durante años fue lo que hizo que la margarina se pudiera untar. Puede que el níquel no sea el metal más llamativo, pero la vida moderna sería muy diferente sin él.

En lo profundo de las entrañas del University College London se encuentra un taller de máquinas, donde los metales se cortan, tornean y moldean en instrumentos y equipos para los distintos departamentos de ciencias.

El profesor de química Andrea Sella está frente a mí sosteniendo un tubo grueso de dos metros de largo hecho de Monel, una aleación de níquel y cobre. Luego lo deja caer al suelo con un sonido ensordecedor.

"Eso realmente habla de la dureza y rigidez de este metal", explica, recogiendo la tubería intacta.

Pero otra razón por la que Monel es una "aleación fantástica", dice, es que resiste la corrosión. Los químicos necesitan formas de manipular materiales altamente reactivos (quizás ácidos potentes o gases como el flúor y el cloro), por lo que necesitan algo que no reaccione con ellos.

El oro, la plata o el platino pueden servir, pero imagina el precio de una tubería de oro de 2 m de largo. El níquel, por el contrario, es barato y abundante, por lo que surge en todas partes donde la corrosión es una preocupación, desde las espátulas de los químicos hasta el revestimiento protector de las ruedas dentadas de las bicicletas.

Pero el níquel puede producir otras aleaciones mucho más peculiares que el Monel, explica Sella con entusiasmo.

Tome Invar, una aleación de níquel y hierro. Excepcionalmente, apenas se expande o contrae con los cambios de temperatura, una propiedad que resulta muy útil en instrumentos y relojes de precisión, cuyo funcionamiento puede verse afectado por la "expansión térmica" de otros metales inferiores.

Luego está el Nitinol.

Sella produce un alambre con la forma de un clip, pero es demasiado fácil de deformar para que sea útil para unir hojas de papel. Lo destroza con los dedos y luego lo sumerge en una taza de agua hirviendo. Inmediatamente se retuerce... y vuelve a convertirse en un clip perfecto.

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demostración de níquel

Nitinol tiene una memoria especial para la forma en la que se formó por primera vez. Y su composición se puede ajustar para que, a una temperatura determinada, siempre vuelva a su forma original. Esto significa, por ejemplo, que se puede insertar un stent de Nitinol enrollado en un vaso sanguíneo. A medida que alcanza la temperatura corporal, el stent se abre y permite que la sangre fluya a través de él.

Pero todas estas aleaciones palidecen en importancia en comparación con una clase especial de aleaciones, tan especiales que se llaman "superaleaciones". Estas son las aleaciones que hicieron posible la era del jet.

Los primeros motores a reacción fueron desarrollados simultáneamente en las décadas de 1930 y 1940 por Frank Whittle en el Reino Unido y por Hans von Ohain en Alemania, ambos en bandos opuestos de una acelerada carrera armamentista.

Esos motores, hechos de acero, tenían serias deficiencias.

"No tenían la capacidad de temperatura para superar los 500 °C", explica Mike Hicks, jefe de materiales de Rolls-Royce, el mayor fabricante de turbinas a reacción del Reino Unido. "Su fuerza cae bastante rápido y su resistencia a la corrosión no es buena".

En respuesta, el equipo de Rolls-Royce que retomó el trabajo de Whittle en la década de 1940 volvió a la mesa de dibujo, una con la tabla periódica clavada en ella.

El tungsteno era demasiado pesado. Cobre fundido a una temperatura demasiado baja. Pero el níquel, con un poco de cromo mezclado, era la receta de Ricitos de Oro. Toleraba altas temperaturas, era fuerte, resistente a la corrosión, barato y ligero.

Hoy en día, los descendientes de estas primeras superaleaciones todavía proporcionan la mayor parte de la parte trasera de las turbinas, tanto las que se usan en los aviones a reacción como las que se usan en la generación de energía.

"Los álabes de la turbina tienen que operar en la parte más caliente del motor, y está girando a una velocidad muy alta", dice el colega de Hicks, Neil Glover, jefe de investigación de tecnología de materiales en Rolls-Royce.

"Cada uno de estos álabes extrae la misma potencia que el motor de un coche de carreras de Fórmula 1, y hay 68 de ellos en el núcleo del motor de turbina de gas moderno".

La corriente de gas en la que se asientan estas aspas rechonchas es de 1700C, unos 200C por encima de la temperatura de fusión de la propia aspa.

Esta hazaña se logra gracias a un revestimiento de cerámica resistente al calor, así como al aire de "refrigeración", en sí mismo a unos 650 °C, que se extrae desde más arriba del motor hacia la hoja hueca y luego se purga sobre la superficie de la hoja a través de pequeños orificios. .

La capacidad de las superaleaciones para funcionar a temperaturas tan extremas es lo que hace que sus vacaciones en el Algarve o Florida sean asequibles.

"Cuanto más caliente pueda funcionar la turbina, más eficiente será el motor en su conjunto y menos combustible utilizará", explica Neil.

Pero las hojas deben lidiar con algo más que temperaturas extremas. Giran tan rápido que la carga centrífuga sobre ellos equivale a varias toneladas.

Esto, combinado con el calentamiento y enfriamiento regulares, puede conducir a un problema conocido como "deslizamiento": la pala se alarga lentamente hasta que comienza a morder la carcasa de la turbina.

La mayoría de los metales están formados por innumerables cristales diminutos, llamados granos, que se fusionan. Pero los límites de grano son una fuente de debilidad, lo que permite que los cristales se deslicen y que el material se deforme.

Así que Rolls-Royce se ocupa de este problema creando la hoja como un solo cristal, cultivándola a partir de una fusión mediante solidificación direccional, similar a los cristales de sulfato de cobre que podrías haber cultivado en un experimento de química escolar cuando eras niño.

En efecto, la hoja es como una piedra preciosa, con una única red atómica en todo su recorrido.

Las aleaciones también se han mejorado mediante la adición de otros elementos, 10 o más en total, lo que permite al diseñador de la turbina ajustar las propiedades materiales de cada componente del motor.

Y es debido a estos ingredientes de aleación adicionales que la historia del motor a reacción también resulta ser la historia de otro elemento químico, uno mucho más enigmático que el níquel.

Ese elemento es el renio. Agregarlo a la superaleación ayuda a resistir aún más la fluencia.

Pero el renio también resulta ser una de las sustancias más escasas de la tierra. Forma sólo una parte por mil millones de la corteza terrestre. Toda la producción mundial anual de renio es de apenas 40 toneladas, y más de las tres cuartas partes se destina a superaleaciones.

Así que la próxima vez que esté rodando por una pista, puede agradecer al níquel, pero también piense en su oscuro primo, el renio.

Pero al principio mencioné la margarina, y en este punto te estarás preguntando qué tiene en común con las superaleaciones y los motores a reacción.

La respuesta no es mucho. Las margarinas se elaboran principalmente a partir de aceites y grasas vegetales. La cuestión es que la mayoría de estos son demasiado líquidos para untarlos en tostadas, y si es así, se puede usar níquel para hacerlos más viscosos y "mantecosos".

Esto se hace a través de una reacción química llamada hidrogenación, en la que se bombea hidrógeno a los aceites, junto con una pequeña pizca de níquel, que actúa como catalizador. El níquel no reacciona con los aceites, sino que actúa como una máquina molecular, permitiendo que los aceites reaccionen con el hidrógeno. Las grasas resultantes más ricas en hidrógeno son más espesas y untables.

Entonces, ¿también deberíamos agradecer al níquel por la margarina? Tal vez o tal vez no.

El proceso de hidrogenación puede producir dos tipos de moléculas de grasa: las grasas cis retorcidas y las grasas trans menos bienvenidas y más rectas. Estas grasas trans no se encuentran comúnmente en la naturaleza y se han asociado con niveles altos de colesterol y enfermedades cardíacas y accidentes cerebrovasculares asociados. Esto ha generado un cambio hacia el uso de aceites de palma, que son naturalmente más espesos y más fáciles de untar, especialmente cuando se combinan con emulsionantes. Sin embargo, esto ha abierto una nueva lata de gusanos: la destrucción de las selvas tropicales para dar paso a las plantaciones de aceite de palma.

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