Cristales de dilitio y motor de curvatura

A estas alturas no os voy a descubrir nada nuevo si os hablo de los míticos cristales de dilitio que emplean los motores de curvatura de la nave Enterprise en Star Trek.

Supongo que tampoco os sorprenderá que dichos cristales de dilitio no se conozcan en nuestro mundo, al que egocéntricamente denominamos real.

Quizá por eso unos pocos científicos “reales” se han planteado la posibilidad de la existencia de alguna clase de materia que se parezca a tan maravillosa sustancia, probablemente ciertas formas desconocidas aún del litio.

(Litio, el elemento químico con número atómico 3 en la tabla periódica) o puede que este mismo litio pero organizado microscópicamente de tal manera que constituya, por ejemplo, una red cristalina iónica.

En este último caso, Reggie L. Hudson, del Eckerd College, en San Petesburgo, ha propuesto como forma de extraer energía de estos hipotéticos cristales de dilitio utilizar un ciclo de Born-Haber. Veamos en qué consiste brevemente este proceso.

Supongamos que los protagonistas de la serie Star Trek hacen uso de estos cristales de dilitio, constituidos en forma de sólido cristalino con iones positivos y negativos de litio, respectivamente (lo escribiré así: Li+Li- (s), con la “s” entre paréntesis para referirme a un sólido).

Bien, la forma de extraer energía de este compuesto consistiría en “destruir” estos cristales y transformarlos en átomos separados de litio (lo escribiré así: Li(s) + Li(s)).

Precisamente, la razón de ser del ciclo de Born-Haber y su utilidad más habitual consiste en llegar del primer estado del litio descrito más arriba a la formación de los iones positivo y negativo del litio, pero ambos en estado gaseoso, siempre con el fin de calcular la denominada energía reticular (cosa que, al parecer, resulta imposible de llevar a cabo de forma experimental).

De manera esquemática, se persigue esta reacción (la “g” entre paréntesis significa gaseoso):

Li+Li- (s) ---------> Li+(g) + Li-(g)
Ahora bien, el motor warp de la nave Enterprise debe obtener energía mediante la siguiente reacción, como ya os he contado:
Li+Li- (s) ---------> Li(s) + Li(s)
¿Cómo hay que proceder para convertir el cristal iónico sólido en los átomos sólidos individuales? Pues aquí es donde os digo que entra el ciclo de Born-Haber aludido antes. Se necesitan tres pasos previos, a saber:
Li+Li- (s) ---------> Li+(g) + Li-(g)
Li+(g) + Li-(g) ---------> Li(g) + Li(g)
Li(g) + Li(g) ---------> Li(s) + Li(s)

Lo que interesa, una vez realizadas las tres reacciones químicas anteriores, es conocer la energía liberada durante el proceso, pues esta energía será la que propulse el motor warp de la nave interestelar más célebre de la ciencia ficción.

Bien, vayamos por fases. La primera de las tres reacciones consiste, básicamente, en romper la red cristalina iónica y vaporizarla (esto conlleva una energía de 734,7 kJ/mol).

La segunda reacción conlleva un balance energético que es la suma de la energía de ionización del litio y su afinidad electrónica (-464,3 kJ/mol).

Finalmente, el tercer proceso corresponde al doble de la energía desublimación regresiva (también conocida como deposición) del litio (-322 kJ/mol).

El balance energético neto será la suma de las tres cantidades anteriores, es decir: 734,7 – 464,3 – 322. Total: -51,6 kJ/mol. Y esta será la energía extraída de los cristales de dilitio.

 ¿No parece gran cosa, verdad? Y eso que el litio es el metal más ligero de la tabla periódica y se encuentra de forma moderadamente abundante en la corteza terrestre.

Quién sabe si en el futuro sabremos extraer en cantidades industriales el litio en otros planetas.

Con respecto a lo referido en los párrafos anteriores, cabe decir asimismo que la reacción química para pasar del cristal iónico de dilitio al litio atómico sólido no tiene por qué ser siempre espontánea.

De hecho, semejante proceso dependería del valor concreto de la temperatura a la que se llevase a cabo.

Así, por ejemplo, a una temperatura de 25 ºC solamente sería espontánea la reacción si la variación de entropía que tuviese lugar en el transcurso de la misma fuese mayor que -170 J/K. Solamente así se lograría un valor negativo de la función energía libre de Gibbs.

Si el método anterior os parece complicado o poco útil desde el punto de vista de algo tan aparentemente sofisticado como puede ser la tecnología de un motor de curvatura, con todas las dificultades tanto teóricas como técnicas ,quizá os deje un mejor sabor de boca la alternativa ideada por Frank T. Lang, de la Fairleigh Dickinson University.

En términos sencillos, Lang propone que el dilitio pudiese estar constituido por isótopos de Li-6, los menos abundantes en la Tierra (con una abundancia relativa de algo menos que el 7,5%).

Según Lang, este dilitio se sometería a fusión nuclear para dar en la reacción núcleos de C-12. La energía así liberada ascendería a nada menos que 2720 millones de kJ/mol, una cantidad casi 53 millones de veces mayor que en el caso de la reacción termoquímica antes analizada y propuesta por Hudson.

Seguramente, la tripulación de la Enterprise agradecerá complacida el ahorro de espacio a la hora de almacenar los cristales de dilitio, dada la larga duración de sus increíbles y emocionantes misiones…

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Fuentes: An Alternate Use of Dilithium Crystals, Frank T. Lang. Journal of Chemical Education, Vol. 67, No. 3, 1990.
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