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Del terbio al europio: los químicos más extraños que contiene tu 'smartphone'

El Confidencial El Confidencial 08/07/2016 Lucía Caballero

Hace escasamente una semana, la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada daba la bienvenida oficial a cuatro nuevos elementos químicos que ingresan en la tabla periódica. Les corresponden los números 113, 115, 117 y 118, y aunque todavía no tienen nombre ni símbolo, se les han otorgado unos calificativos temporales en base a las cifras: ununtrium, ununpentium, ununseptium, ununoctium.

Todos los recién llegados han sido creados por el hombre al descomponer otros elementos superpesados radioactivos y su vida dura, como mucho, unos segundos. Con estos antecedentes, difícilmente podrán formar parte de ningún objeto material, pero si no murieran tan rápido, hay una industria en la que seguro les harían un hueco: la de los teléfonos inteligentes.

“Casi cualquier elemento que pueda ser utilizado con un objetivo tecnológico está incluido en un ‘smartphone’ para proporcionar alguna función específica”, explica a Teknautas Alex King, director del Instituto de Materiales Críticos (CMI), un organismo creado por el Departamento de Energía estadounidense y perteneciente al Laboratorio Ames de la Universidad de Iowa.

(IUPAC) © Proporcionado por El Confidencial (IUPAC)

King estima que en torno al 75% de los 118 integrantes actuales de la tabla periódica está presente en un iPhone o un 'smartphone' similar de gama alta. Desempeñan un papel imprescindible para que puedas seleccionar un icono en la pantalla táctil o escuchar música en el altavoz de tu móvil.

La complejidad de un cristal

Desde la empresa Corning, fabricante del famoso Gorilla Glass que recubre la pantalla de millones de teléfonos, no quieren revelar la receta de su producto estrella. Sin embargo, según King, el cristal de los móviles modernos “es siempre una mezcla de óxidos de elementos como el sodio, silicio, calcio, aluminio, magnesio, potasio, hierro, titanio y otros similares”.

La proporción varía entre fabricantes, pero el secreto del Gorilla Glass no radica en una composición novedosa, sino en su estructura: “Su química está ajustada en las capas cercanas a la superficie para hacerla resistente a las roturas que comienzan con grietas; esto se hace sustituyendo el calcio por el potasio”, indica el director del IMC.

Pero el cristal de un ‘smartphone’ necesita de muchos más y más raros componentes para cumplir con su finalidad. En el reverso, tiene miles de píxeles que producen luz de diferentes colores, cada una mediada por un conjunto de elementos químicos que incluyen alguna de las denominadas tierras raras. “La mezcla que da lugar al color verde está dominada por el terbio y la del rojo, por el europio”, explica King.

Todos estas unidades de luz diminutas se conectan eléctricamente entre sí, por lo que la superficie posterior se halla sembrada de conductores metálicos separados por elementos aislantes. Mientras, en la cara externa del cristal hay también conexiones eléctricas que detectan la presión de los dedos. “Utilizamos materiales que son transparentes [para no interrumpir el flujo de luz] y que conducen la electricidad, una combinación inusual de propiedades”, señala King. La solución más común, dice, es utilizar un óxido hecho de indio y estaño.

También en los Samsung Galaxy S7. Cuantas más propiedades tenga la pantalla de un smartphone, más componentes entran en juego. (Foto: Enrique Villarino) © Proporcionado por El Confidencial También en los Samsung Galaxy S7. Cuantas más propiedades tenga la pantalla de un smartphone, más componentes entran en juego. (Foto: Enrique Villarino)

Y todavía existen varias capas más: “Para proteger a los conductores, controlar el reflejo y el brillo, brindar resistencia al material… Cuantas más funciones, más materiales hacen falta”, aclara el responsable del CMI.

Sonido y movimiento

Los ‘smartphones’ incluyen imanes para transformar las señales eléctricas en vibración y viceversa, un proceso en el que se basan los sistemas de vibración, los altavoces y el micrófono. Como deben tener un tamaño diminuto, los fabricantes usan elementos con potentes propiedades magnéticas. “Hoy en día, los más fuertes están compuestos por integrantes de las tierras raras, como el disprosio, el praseodimio o el neodimio, combinados con hierro y boro”, explica King.

Por su parte, la composición de la lente de la cámara –sin la que los amantes de los ‘selfies’ no podrían vivir− también viene determinada por su reducida talla. La única manera de que una pieza tan pequeña dé lugar a imágenes de gran calidad es que el cristal tenga un elevado índice de difracción de la luz, un efecto que se consigue añadiendo óxido de lantano al resto de químicos que la forman.

© Proporcionado por El Confidencial

Más adentro se encuentra el corazón del teléfono: el procesador, un chip de silicio dopado. El dopaje es un procedimiento por el que se le añaden otros elementos (impurezas) a un semiconductor puro para modificar su conductividad eléctrica. En el caso del silicio, se utiliza una amplia variedad de elementos como fósforo, antimonio, arsénico, boro, indio o galio, con los que se bombardea al material.

El resto de piezas que completan la microelectrónica del ‘smartphone’ son ricas sobre todo en cobre, estaño, plata y oro. El condensador eléctrico tiene como principal componente el tantalio y otros, como el platino y el paladio, abundan también en las entrañas del dispositivo. El sistema de diminutos transistores, normalmente de titanio, tiene aún más integrantes: el hafnio se utiliza en las capas aislantes que los separan y el tungsteno facilita la conexión con los semiconductores.

© Proporcionado por El Confidencial

Y en la ecuación no puede faltar el litio, el elemento clave de las baterías modernas. “Los iones de litio migran desde el cátodo, que contiene típicamente óxido de litio y cobalto, al ánodo de grafito [carbono]”, explica John Newsam, CEO de la empresa Tioga Research y miembro de la Sociedad Química Estadounidense

Sin embargo, en opinión de King, el elemento más abundante en los ‘smartphones’ es el aluminio, del que están hechas las carcasas de la mayoría de los móviles.

¿Dónde están las minas de neodimio?

“El oxígeno, el nitrógeno y el aluminio son fáciles de obtener”, indica el director del IMC. En cuanto a los más complicados, King no ve una respuesta clara: “La escasez de los materiales viene y va, aunque siempre hay mucha presión para conseguir metales preciosos como el oro y la plata”,  apunta.

El experto distingue entre abundancia y disponibilidad. Los elementos más abundantes en la corteza terrestre son el oxígeno, el silicio, el aluminio, el sodio, el potasio, el calcio y el hierro. Por otra parte, algunos elementos raros como el neodimio están presentes en las mismas cantidades que metales como el cobre o el níquel, pero su disponibilidad es menor. Esto se debe a que, mientras que estos últimos pueden encontrarse en grandes concentraciones –lo que facilita su extracción en minas−, los átomos de neodimio se hallan esparcidos.

El hierro es uno de los elementos más abundantes, aunque otros son más complicados de conseguir. En la imagen, una mina de hierro en Australia. (Reuters) © Proporcionado por El Confidencial El hierro es uno de los elementos más abundantes, aunque otros son más complicados de conseguir. En la imagen, una mina de hierro en Australia. (Reuters)

En general, los fabricantes trabajan con otras empresas que les proporcionan las piezas como pantallas, motores, procesadores, etc. “Cada una necesita conseguir los materiales del dispositivo concreto, pero los suministradores tienen a su vez suministradores”, dice Newsam.

En el caso de las tierras raras usadas como imanes, una compañía extrae primeramente un mineral que después se trata química y físicamente para obtener una mínima cantidad del elemento, todavía impuro. Después es purificado y vendido a la empresa encargada de fabricar las minúsculas partes magnéticas, que se las proporciona a su vez al fabricante de micrófonos que luego se los facilita a Apple u otra marca.

El LG G5, el último 'smartphone' de alta gama de la surcoreana. (Foto: Enrique Villarino) © Proporcionado por El Confidencial El LG G5, el último 'smartphone' de alta gama de la surcoreana. (Foto: Enrique Villarino)

“Los procesos de producción tienden a concentrarse en algunos puntos del globo”, advierte King. Pese a que la mayoría de metales proceden de Estados Unidos, Suráfrica, Australia, la República del Congo y Canadá, los elementos de las tierras raras útiles en tecnología se extraen principalmente en China. A sabiendas de su poder, el país nipón restringió la exportación de estos materiales en 2010, en una estrategia para hacerse con el monopolio.

Una supremacía que se ha saldado con importantes costes ambientales (allí las normas son mucho más laxas) y sociales para los trabajadores. Sin embargo, según sugería un estudio de la Universidad de Yale, la mayoría de metales y elementos químicos pertenecientes a las tierras raras son irreemplazables en los móviles actuales. Sin todos esos componentes, los teléfonos dejarían de ser inteligentes.

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