Imaginemos un pequeño grupo de átomos que, unidos, se comportan como si fueran un único elemento químico diferente. En ese caso, no estaríamos hablando de átomos comunes ni de moléculas tradicionales, sino de superátomos, estructuras que han revolucionado la forma en que entendemos la tabla periódica y el comportamiento de la materia a nivel cuántico.
Los superátomos fueron descubiertos hace unos 40 años, y desde entonces han sido objeto de creciente interés en la química de materiales. Se trata de agregados de átomos, normalmente entre una decena y unas pocas decenas, que gracias a efectos de confinamiento cuántico adquieren propiedades electrónicas semejantes a las de un átomo aislado. Dicho de otra manera, estos cúmulos pueden imitar el comportamiento químico de elementos completamente diferentes a los que los componen.
Los superátomos no solo están reescribiendo las reglas de la tabla periódica, sino que ofrecen un laboratorio cuántico para explorar nuevas formas de materia. Con avances como este, la frontera entre lo que consideramos «átomo», «molécula» y «material» se vuelve cada vez más difusa —y mucho más interesante.
Un caso emblemático es el del cúmulo de trece átomos de aluminio (Al₁₃), que se comporta de forma muy similar al cloro. Esto es sorprendente, ya que el aluminio es un metal del grupo 13, mientras que el cloro es un no metal altamente electronegativo del grupo 17. Este cambio de «identidad química» se debe a cómo se distribuyen y se estabilizan los electrones dentro del cúmulo: en lugar de obedecer las reglas del átomo individual, responden a una configuración colectiva que simula una nueva entidad.
Nuevas posibilidades
Este fenómeno abre la puerta a un sinfín de posibilidades. Los superátomos pueden diseñarse para actuar como bloques de construcción a escala nanométrica, permitiendo a los químicos «sintonizar» las propiedades electrónicas, magnéticas o reactivas de materiales de manera precisa. En otras palabras, se pueden crear versiones artificiales de elementos de la tabla periódica con propiedades adaptadas a necesidades específicas, desde catalizadores hasta dispositivos electrónicos.
Hasta ahora, la mayoría de los superátomos estudiados estaban formados por elementos del grupo principal o metales de transición. Pero un reciente avance ha llevado esta disciplina a un nuevo nivel al incorporar actínidos en la estructura de un superátomo. Los actínidos, que incluyen elementos como el uranio o el torio, son notoriamente difíciles de manejar debido a su radiactividad y su inestabilidad térmica. Por ejemplo, muchos compuestos con actínidos se descomponen en días, o incluso en cuestión de horas si se mantienen en solución a más de 35 °C.
A pesar de estas dificultades, el grupo ya había sorprendido anteriormente al crear el primer anillo aromático formado únicamente por actínidos, demostrando que los enlaces entre estos elementos pueden ser mucho más fuertes y deslocalizados de lo que se creía. Ahora, han ido un paso más allá al construir un superátomo con un núcleo de tritorio (tres átomos de torio formando un anillo aromático), soportado por un entramado de átomos de cloro y decorado con estructuras laterales también aromáticas.
Lo más impresionante de este nuevo superátomo no es solo su arquitectura inusual ni la confirmación de fuertes enlaces entre actínidos, sino su comportamiento magnético inesperado. A pesar de que la estructura electrónica es claramente paramagnética (es decir, debería ser atraída por los campos magnéticos), el superátomo se comporta como un material diamagnetico: es repelido por los campos magnéticos. Este comportamiento, raro para compuestos con actínidos, se ha interpretado como un caso de diamagnetismo exaltado, probablemente originado por la aromaticidad del anillo de torio.
Este cambio radical en el comportamiento magnético es una firma distintiva de los superátomos. En este caso, la estructura actúa como un «supermetal alcalino», mimetizando las propiedades de elementos del grupo 1 de la tabla periódica, como el sodio o el potasio, a pesar de estar formado por un metal pesado como el torio.
