Durante décadas, los geocientíficos han estado desconcertados por una sorprendente discrepancia: la Tierra parece tener deficiencia de elementos más ligeros como hidrógeno, carbono, nitrógeno, azufre y gases nobles en comparación con el Sol y ciertos meteoritos. En algunos casos, la escasez es extrema: más del 99% menos de lo esperado. Si bien se produjeron algunas pérdidas durante la formación planetaria, la explicación completa siguió siendo difícil de alcanzar… hasta ahora.
Investigaciones recientes sugieren que estos elementos faltantes pueden estar secuestrados en lo profundo del núcleo interno sólido de la Tierra. Bajo una presión inmensa (3,6 millones de veces la presión atmosférica), el hierro se comporta de una manera inusual, transformándose en un “electrodo”. Este estado metálico poco conocido puede absorber elementos más ligeros atrapándolos en bolsas de electrones únicas.
El mecanismo electrido: una nueva forma de unión metálica
Los electruros se diferencian de los metales ordinarios en el comportamiento de sus electrones. En lugar de moverse libremente entre átomos, los electrones se localizan en sitios de “atractores no nucleares”, espacios entre átomos donde esencialmente quedan atrapados. Este fenómeno surge de la compresión extrema dentro del núcleo de la Tierra, lo que obliga a los electrones a ocupar estas posiciones estables. Luego, los electrones atrapados estabilizan los elementos más ligeros, ocultándolos efectivamente dentro de la estructura de hierro.
Este descubrimiento ayuda a explicar por qué las ondas sísmicas sugieren que el núcleo interno es entre un 5 y un 8% menos denso de lo esperado si fuera únicamente hierro metálico. Los elementos ligeros absorbidos reducen la densidad general. Los investigadores estiman que este proceso podría haber ocurrido durante miles de millones de años y aún puede estar en curso.
Más allá de los misterios planetarios: electridos como catalizadores y ahorradores de energía
Las implicaciones van mucho más allá de la comprensión de la composición de la Tierra. Los electruros están surgiendo como un material prometedor en diversas aplicaciones, particularmente como catalizadores. Su estructura única rica en electrones les permite acelerar reacciones químicas mediante la donación de electrones, lo que los hace ideales para procesos que tradicionalmente requieren un alto aporte de energía.
Un ejemplo notable es la producción de amoníaco. El proceso convencional Haber-Bosch, responsable del 2% del consumo energético mundial, consume mucha energía. Los catalizadores basados en electridos, que utilizan específicamente mayenita (un óxido de aluminato de calcio) como soporte para nanopartículas de rutenio, reducen el uso de energía en un 20%. Tsubame BHB, una empresa japonesa, ya ha comercializado esta tecnología, abriendo plantas piloto en Japón y Brasil para reemplazar la producción de fertilizantes basados en combustibles fósiles.
Otras aplicaciones potenciales incluyen una conversión de CO2 más eficiente, una inmovilización más segura de desechos nucleares e incluso sistemas de propulsión de satélites de baja temperatura. La estructura en forma de jaula de la mayenita puede atrapar iones radiactivos, mientras que sus electrones calientes pueden generar empuje en el vacío.
La búsqueda de nuevos electridos: de la temperatura ambiente a la predicción por IA
Los investigadores están explorando activamente nuevos electruros, incluidos complejos orgánicos descubiertos mediante la “química mecánica” (molienda de alta energía). Estos materiales exhiben propiedades catalíticas similares pero a menudo sufren de sensibilidad al aire y al agua. Los científicos están trabajando para estabilizarlos para uso industrial, particularmente en la síntesis farmacéutica, donde los catalizadores de paladio suelen ser costosos e ineficientes.
Predecir la formación de electridos sigue siendo un desafío. Los modelos actuales se basan en simulaciones de la teoría cuántica y, cada vez más, en la inteligencia artificial. Al entrenar algoritmos con datos existentes, los investigadores esperan identificar nuevos materiales con las configuraciones electrónicas adecuadas para el comportamiento de los electridos. Este campo aún es incipiente, pero el potencial para descubrir materiales con propiedades únicas es enorme.
El descubrimiento de los electruros proporciona una nueva lente a través de la cual comprender no sólo la composición de nuestro planeta sino también el futuro de la química y la ciencia de materiales energéticamente eficientes.
