Uno de los muchos fenómenos sorprendentes de la naturaleza es la enorme proliferación de estructuras simétricas que ofrece en todos los ámbitos. Podemos encontrar simetría en manifestaciones astronómicas, en los minerales y en los seres vivos, e incluso en las más simples moléculas. Y la simetría gobierna también el misterioso mundo de los cristales y es el objeto de culto de una materia, la cristalografía, que es a la vez ciencia y tecnología, conocimiento y herramienta, y que resulta transversal para todas las demás disciplinas, desde matemáticas
hasta ingeniería, pasando por
física, química, geología, mineralogía,
ciencia de materiales, farmacia,
biología, medicina, etc.
Los minerales cristalizados fueron
siempre codiciados como joyas.
El misterio de su aparente perfección
fue objeto de estudio por parte
de los filósofos griegos, que intentaron
aplicar modelos geométricos
que explicaran las formas de cada
cristal, pero el primer estudio sistemático
de la estructura simétrica
interna de un cristal lo llevó a cabo
Johannes Kepler en 1611. El famoso astrónomo ideó una variante del microscopio, inventado por Jansen tres años antes, con el que se puso a observar la estructura de los copos de nieve y descubrió su fascinante simetría hexagonal y su variedad infinita de formas.
“LA ESTRUCTURA DE CUALQUIER SUSTANCIA AYUDA A ENTENDER SUS PROPIEDADES, Y ESO AFECTA INCLUSO A LA MATERIA ORGÁNICA”
Durante tres siglos, los avances que se produjeron en el estudio de los cristales fueron tímidos y escasos, quizás porque nadie podía pensar que determinar las estructuras internas de una sustancia fuese a tener la relevancia que tiene hoy. La revolución en este ámbito tiene acta de nacimiento y nombre y apellidos, los del físico alemán Max von Laue, quien en 1912 desarrolló un sistema para medir la longitud de onda de los rayos X al provocar su difracción con pequeños cristales salinos. En estos experimentos utilizó placas fotográficas para grabar los resultados y descubrió que se formaban imágenes simétricas, que atribuyó a la disposición de los átomos y moléculas del material. Por primera vez se disponía de una técnica experimental para estudiar la estructura regular de los materiales cristalinos y pronto empezó a expandirse su uso. Y no solo para estudiar los minerales, porque determinar la estructura de cualquier sustancia ayuda a entender sus propiedades, y eso afecta incluso a la materia orgánica. Hoy se emplea la difracción de rayos X para conocer, entre otras cosas, las estructuras de un virus, una proteína, un fármaco y un ácido nucleico; y no es mero afán de catalogar datos, porque las funciones biológicas que se producen al interaccionar dos sustancias dependen de las formas tridimensionales de una y otra.
Lo expresó de forma rotunda otro Max, el británico Perutz (Nobel de Química 1962), en una célebre conferencia en Cambridge: “¿Por qué el agua hierve a 100 °C y el metano a -161 °C? ¿Por qué la sangre
es roja y la hierba es verde? ¿Por
qué el diamante es duro y la cera
blanda? ¿Por qué los glaciares fluyen
y el hierro se endurece al golpearlo?
¿Cómo se contraen los músculos?
¿Por qué la luz del Sol hace que las
plantas crezcan? ¿Cómo han sido
capaces los organismos vivos de evolucionar
hacia formas cada vez más
complejas? La respuesta a todas
estas preguntas las proporciona el
análisis estructural».
Hoy, la mayor parte de las tecnologías
electrónicas utilizan materiales
cristalinos, que son los que ofrecen
mejores prestaciones; los laboratorios
farmacéuticos estudian las moléculas que desarrollan y sus efectos mediante cristalografía; la investigación en fusión nuclear inercial necesita cristales puros y de gran tamaño para orientar y magnificar la luz láser que provoca la reacción; el desarrollo de nuevos materiales de sorprendentes propiedades es impensable sin un profundo conocimiento de la estructura de cada uno… Incluso crece a un ritmo endiablado la nanotecnología, esa que pretende no ya conocer una estructura, sino crearla y manipularla a voluntad mediante el manejo individualizado de átomos y moléculas.
Y para conseguir sus resultados, la cristalografía cuenta hoy con herramientas tan sofisticadas como los aceleradores de partículas de luz sincrotrón, que se cuentan entre las instalaciones más grandes, complejas y caras que los humanos hayan creado. En ellas se producen rayos X de enorme finura y de muy alta energía, que son difractados para su utilización como auténticos microscopios capaces de escudriñar en la intimidad de la materia con una resolución atómica.
El invento de Von Laue obtuvo un reconocimiento y una aplicación inmediatos, y en 1914, apenas dos años después de anunciar su trabajo, fue premiado con el Nobel de Física. Y ese ha sido el motivo elegido para nombrar este 2014 como Año Internacional de la Cristalografía, sumándose a iniciativas previas semejantes, que han festejado a diferentes disciplinas científicas, desde que en el año 2000 se dedicara a las matemáticas. Estas celebraciones son una excelente ocasión para dar a conocer a la sociedad los beneficios que cada ciencia aporta al bienestar de la sociedad en su conjunto, que en este caso son elevados y transparentes.
