Imagen: Pixabay

Una de las imágenes típicas del paisaje agreste de Estados Unidos es la de los graneros. A todos se nos vienen a la mente esos almacenes de madera pintados de un llamativo rojo óxido entre cosechas de trigo o maíz.

¿Por qué se pintan de rojo? Porque la pintura roja es más barata, podríamos responder. Pero el físico (e ingeniero de Google) Yonatan Zunger ofrece una explicación algo más densa en su página de Medium. Los graneros se pintan de rojo por la fusión nuclear, dice. Acto seguido nos da una lección de física.

Llamamos “pintura” a la mezcla de un pigmento y un aglutinante (una sustancia que al secarse fija el pigmento a una superficie, como el ácido acrílico y los aceites de la pintura al óleo). Por su parte, un pigmento es un material que absorbe parte de la energía de la luz y refleja otra parte para dar color. La mayoría de los pigmentos son minerales (los hay orgánicos, pero son más caros, ya que hay más rocas que animales y plantas).

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El pigmento que se usa en los graneros es el ocre rojo o trióxido de dihierro (Fe2O3). Absorbe luz amarilla, verde y azul, por lo que refleja luz rojiza.

Decimos que la luz es “absorbida” cuando un fotón golpea un electrón en el pigmento y le transfiere su energía, pero la mecánica cuántica explica que los electrones no pueden absorber cualquier cantidad de energía. La energía (los colores) que pueden absorber depende de la disposición de los propios electrones en el material, que a su vez depende de la química del elemento.

En pocas palabras, la cantidad de energía que un electrón puede absorber está relacionada con su momento angular, una propiedad que mide cómo giran los electrones alrededor del núcleo. Los elementos cuyos electrones más externos pertenecen al bloque “d” según su momento angular (el grupo grande que está en el centro de la tabla periódica) son los que pueden absorber colores de luz visible y, por lo tanto, formar pigmentos.

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Se llama luz visible a la parte del espectro electromagnético que el ojo humano es capaz de percibir, desde el rojo (con una longitud de onda de 780 nm) hasta el violeta (en torno a los 400 nm), pasando por el amarillo (alrededor de 600 nm). Se lo debemos a la temperatura del Sol: nuestros ojos evolucionaron para ver los colores producidos por nuestra estrella, que se corresponden con energías cercanas a los 0,3 eV. Ese número coincide, con la energía de los enlaces químicos de los electrones del bloque “d”. Los bloques “s” y “p” de la tabla periódica están asociados con energías de 1-3 eV, que se corresponden con longitudes de onda ultravioleta (~100 nm).

Ocre rojo o trióxido de dihierro. Imagen: Wikimedia Commons

El hierro es el elemento “d” más abundante en la Tierra, más de diez veces más común que el segundo: el titanio. Eso es precisamente lo que hace que un pigmento resulte barato: que sea abundante. El ocre rojo es solo hierro y oxígeno, dos elementos extremadamente abundantes: la corteza terrestre es un 6% hierro y un 30% oxígeno. El oxígeno, elemento “p”, es abundante y afecta al color de los compuestos al darles forma, pero el color en sí viene determinado por los electrones “d” de aquello a lo que el oxígeno va a ir pegado: el rojo del hierro, el verde del cobre, el azul del cobalto, etcétera.

Esto explica por qué los graneros se pintan de rojo: porque la pintura roja es la más barata, ya que está hecha de hierro, un pigmento muy abundante. Pero, ¿por qué el hierro es tan abundante? Para entenderlo tenemos que fijarnos nuevamente en el Sol. Como toda estrella, el Sol empieza su vida como una primitiva bola de hidrógeno que, debido a la tremenda presión de la gravedad, inicia un proceso de fusión nuclear (varios núcleos atómicos se unen para formar uno más pesado).

Así, a medida el núcleo del Sol se fusiona, empiezan a formarse elementos más pesados ​​que el hidrógeno, como el helio. El ciclo se repite y, con cada reacción, se producen elementos más y más pesados. Cuando los átomos se vuelven demasiado grandes, el proceso ya no recupera energía. Las últimas reacciones que resultan positivas en una fusión nuclear normal son las que forman átomos con 56 nucleones (neutrones y protones) en ellos. Más allá de ese punto, la fusión consume más energía de la que puede producir.

Los productos de una fusión estelar tienden a acumularse antes de que la estrella explote, así que el Sol acabó produciendo más isótopos 56 que cualquier otra cosa (excepto elementos ligeros que casi no se fusionan). ¿Y qué tiene 56 nucleones y es estable? Exacto: una mezcla de 26 protones y 30 neutrones que llamamos hierro. Y por eso, por una particularidad de la fusión nuclear (el tamaño con el que los núcleos dejan de producir energía), el hierro es uno de los elementos más comunes de la superficie terrestre.

Además el hierro es del bloque “d”, condición necesaria para ser un buen pigmento. Y, para colmo, cuando se une con el oxígeno —la cosa más abundante en la superficie de la Tierra (solo el hidrógeno y el helio son más comunes, pero tienden a evaporarse)—, forman óxidos de color ocre que podemos mezclar con aceites para producir pintura barata y pintar nuestros queridos graneros de rojo. [Yonatan Zunger]