Historia de la química 5. Ciencia de materiales y geopolítica

[Introducción a la química] Sección 4. Conceptos Clave [Elementos y compuestos] [Identificación química] [Cocientes químicos: densidad y masa molar] [Tablas de densidades notables] Otros conceptos [Historia de la química 5. Ciencia de materiales y geopolítica]

Con el final de la Segunda Guerra Mundial, en 1945, la química adquirió un nuevo protagonismo en la cultura popular y en el imaginario colectivo, especialmente aquella relacionada con los materiales radiactivos. El uso de la energía nuclear con fines bélicos —como quedó demostrado en los bombardeos atómicos de Hiroshima y Nagasaki— marcó un antes y un después en la percepción pública de la química y la física nuclear. A partir de ese momento, elementos como el uranio-235 y el plutonio-239 se convirtieron en sinónimos de poder, destrucción, y a la vez, de una promesa tecnológica ambivalente.

Durante la Guerra Fría (1947–1991), la radiactividad fue un tema recurrente en múltiples expresiones culturales. En los cómics, por ejemplo, la exposición a materiales radiactivos se usaba como explicación para adquirir superpoderes, como en el caso de El Increíble Hulk (creado en 1962 por Stan Lee y Jack Kirby), quien se transforma tras una explosión de rayos gamma. Este patrón se repite en personajes como Spider-Man (1962), mordido por una araña radiactiva, o Los Cuatro Fantásticos (1961), quienes obtienen sus habilidades tras una exposición a rayos cósmicos.

En el cine, tramas relacionadas con la química nuclear o la manipulación de compuestos radioactivos aparecen constantemente, como en las películas de Misión Imposible, James Bond (Dr. No, 1962) y numerosas cintas de ciencia ficción y espionaje. El miedo colectivo a la radiactividad se reflejaba también en filmes como Them! (1954), donde hormigas gigantes mutadas por radiación amenazan a la humanidad, o Godzilla (1954), una criatura nacida del trauma nuclear japonés.

Además, se popularizaron términos científicos como isótopo, medio de vida, desintegración nuclear, y reacción en cadena, acercando conceptos avanzados de la química y la física a una audiencia masiva. Todo esto contribuyó a que la química, lejos de ser vista solo como una disciplina académica, se convirtiera en un terreno fértil para la imaginación, el temor y la fascinación de la sociedad del siglo XX.

Sin embargo, mientras la química radiactiva dominaba la cultura popular, la química real y aplicada continuó su desarrollo de forma menos vistosa pero profundamente transformadora. Desde 1945 hasta 1990, durante el período de la Guerra Fría, se produjeron avances fundamentales en química de materiales, que permitieron la aparición de nuevas tecnologías.

Figura 1. Durante la segunda mitad del siglo XX destacaron varios materiales que transformaron la ciencia y la industria: los semiconductores (silicio, germanio y arseniuros como GaAs) impulsaron la electrónica; los polímeros de ingeniería (Teflón, nylon, Dacron, Kevlar) revolucionaron el sector textil, aeroespacial y militar; las aleaciones avanzadas (titanio, superaleaciones de níquel) optimizaron turbinas y reactores; los materiales compuestos (fibra de carbono, fibra de vidrio) mejoraron la relación peso‑resistencia; los superconductores (NbTi, Nb₃Sn) abrieron paso a imanes de alta potencia; las tierras raras (neodimio en imanes, lantánidos en catalizadores) dinamizaron electrónica y energía; y los isótopos radioactivos (uranio‑235, plutonio‑239) definieron el poder nuclear. Asimismo, el litio y sus compuestos sentaron las bases de las baterías modernas.

Uno de los hitos más relevantes fue la invención del transistor en 1947 por John Bardeen, William Shockley y Walter Brattain en los Laboratorios Bell. Este pequeño dispositivo, basado en semiconductores como el silicio y el germanio, reemplazó a las válvulas de vacío y permitió el desarrollo de microchips y circuitos integrados, revolucionando la electrónica y la computación. Así nació el corazón tecnológico del mundo moderno: Silicon Valley, llamado así por el uso extensivo del silicio en la fabricación de chips, cuya industria despegó en la década de 1960.

La química también fue clave en la creación de nuevas aleaciones y materiales compuestos, como los superconductores, los plásticos de ingeniería, los materiales cerámicos avanzados, y los polímeros conductores, fundamentales para la aeronáutica, la industria espacial, la medicina y la informática. Por ejemplo, la creación del teflón (PTFE), descubierto en 1938 y aplicado ampliamente después de 1945, permitió avances en recubrimientos antiadherentes y en la protección contra productos químicos agresivos.

Figura 2. Kevlar es una fibra sintética de aramida desarrollada por Stephanie Kwolek en los laboratorios DuPont en 1965. Su estructura molecular basada en enlaces de amida orientados y cristalinos le confiere una combinación excepcional de alta resistencia a la tracción, bajo peso y tolerancia al calor y a productos químicos. Presenta una densidad de 1,44 g/cm³, cinco veces mayor resistencia específica que el acero, y mantiene su integridad a temperaturas de hasta 450 °C. Se emplea en chalecos antibalas, cascos y equipos de protección personal; en componentes aeroespaciales y automotrices; en cables de frenado; y en tejidos compuestos de alto rendimiento. Su durabilidad, resistencia al impacto y ligereza lo han convertido en un material estratégico en defensa y aplicaciones industriales avanzadas.

Durante estas décadas, se desarrollaron también fibras sintéticas como el nylon, el Kevlar (1965), y el Dacron, así como materiales ultraligeros y resistentes usados en vehículos militares, aviones supersónicos y satélites. En el ámbito de la energía, la química fue esencial para perfeccionar baterías, paneles solares, celdas de combustible y reacciones catalíticas.

En conjunto, estos avances silenciosos pero profundos cimentaron las bases de la era digital, permitiendo el desarrollo de computadoras, teléfonos móviles, satélites, internet y tecnologías que hoy forman parte esencial de la vida cotidiana.

A partir de la década de 1980, el mercado asiático, especialmente Japón, comenzó a destacarse en el desarrollo de nuevas tecnologías de materiales. Se perfeccionaron dispositivos como los diodos emisores de luz (LED), los cristales líquidos (LCD), y los semiconductores avanzados, que revolucionaron la electrónica de consumo. Empresas japonesas como Sony, Panasonic y Toshiba lideraron la innovación global en dispositivos electrónicos, pantallas, cámaras y computadoras personales, consolidando a Japón como una superpotencia tecnológica.

Figura 3. Un diodo emisor de luz (LED, por sus siglas en inglés) es un dispositivo semiconductor que convierte corriente eléctrica en luz mediante recombinación de electrones y huecos en una unión p–n. A diferencia de las lámparas incandescentes, los LED ofrecen alta eficiencia, larga vida útil y encendido instantáneo. El desarrollo de LEDs azules fue un reto debido al gran gap de energía del material necesario para emitir en esa longitud de onda. Hasta la década de 1990, la ausencia de compuestos adecuados y técnicas cristalinas impidió su fabricación eficiente. La invención de LEDs azules de nitruro de galio en 1993 permitió la iluminación blanca y las pantallas a color. Posteriormente, este avance recibió el Premio Nobel de Física en 2014.

Preocupado por esta creciente competencia, Estados Unidos negoció en 1985 el llamado Acuerdo Plaza, en el que se pactó la devaluación del dólar frente al yen y otras monedas. Esta medida buscaba ajustar la balanza comercial y reducir la competitividad japonesa, lo que tuvo un impacto considerable en la economía nipona. A pesar de esto, Japón mantuvo su liderazgo en sectores clave gracias a la química de materiales, como en la producción de memorias flash, pantallas planas y dispositivos de almacenamiento.

Sin embargo, desde finales de los años 90 y durante los últimos 25 años, ha sido China la que ha emergido como el nuevo eje de poder tecnológico y productivo. Con un fuerte enfoque en investigación y desarrollo (I+D), China ha invertido masivamente en la industria de los materiales avanzados, destacándose en áreas como baterías de litio, paneles solares, nanomateriales, y fibra óptica.

Un aspecto clave de esta nueva etapa ha sido el control estratégico de materiales críticos, especialmente las llamadas tierras raras, un grupo de 17 elementos químicos como el neodimio, disprosio, iterbio y praseodimio, fundamentales para la fabricación de imanes permanentes, motores eléctricos, dispositivos electrónicos y armamento avanzado. Hoy, China controla más del 80% de la producción global de tierras raras, lo cual le otorga una ventaja geopolítica decisiva en las disputas tecnológicas del siglo XXI.

Así, la química de materiales ha pasado de ser una disciplina de laboratorio a convertirse en un factor crucial en la economía global, la seguridad nacional y la transición energética.

Los materiales geo-estratégicos están redefiniendo las alianzas internacionales y reconfigurando los ejes de poder global. Uno de los recursos más codiciados es el litio, elemento esencial para las baterías recargables utilizadas en vehículos eléctricos, smartphones y sistemas de almacenamiento de energía. Este metal se concentra en el llamado “Triángulo del Litio”, formado por Bolivia, Argentina y Chile, que alberga aproximadamente el 58% de las reservas mundiales. Con el ascenso de gobiernos menos alineados con Washington, Estados Unidos ha perdido influencia en su “patio trasero”, lo que ha generado preocupación estratégica en las altas esferas del poder.

En paralelo, el Sahel africano, particularmente Níger, se ha vuelto crucial por su producción de uranio, fundamental para el abastecimiento energético de Francia y la Unión Europea. Los recientes golpes de Estado y el avance de potencias como China y Rusia en la región han puesto en jaque los intereses occidentales.

Figura 4. Los trenes de levitación magnética emplean materiales avanzados para garantizar sustentación, propulsión y seguridad. En los electroimanes superconductores se usan aleaciones de niobio‑titanio (NbTi) o compuestos cerámicos de YBCO, refrigerados por helio líquido y aislados con espumas criogénicas. Los imanes permanentes contienen neodimio‑hierro‑boro (NdFeB) de alta coercitividad. Las guías de aluminio reforzado o acero inoxidable forman el carril, mientras que los núcleos ferromagnéticos suelen fabricarse con chapas de acero‑silicio para minimizar pérdidas. Las estructuras de carrocería se componen de aleaciones ligeras de aluminio‑litio y compuestos de fibra de carbono para reducir peso. El cableado eléctrico utiliza cobre de alta conductividad y revestimientos de polímeros de ingeniería avanzada. Los sistemas de control incluyen sensores piezoeléctricos inteligentes y cables de fibra óptica.

Durante el mandato de Donald Trump, se intensificó la guerra comercial con China, incluyendo propuestas polémicas como la adquisición de Groenlandia, rica en tierras raras. Esta región ártica se ha convertido en un punto clave debido a su potencial minero, ya que actualmente China controla más del 80% del suministro global de tierras raras, elementos indispensables para fabricar imanes de alta potencia, turbinas eólicas, chips, y armamento de precisión.

Simultáneamente, el foco global está sobre TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company), la empresa que fabrica los chips más avanzados del mundo, utilizando aleaciones de silicio, germanio, galio, arseniuros y carburo de silicio, materiales que requieren pureza extrema y procesos de química de vanguardia. La creciente presión de China sobre Taiwán, acompañada de un incremento en su presencia militar en el Estrecho de Taiwán, ha generado temores de una posible escalada bélica que podría desencadenar un conflicto de escala global.

A medida que nos acercamos al primer cuarto del siglo XXI, las tensiones en torno a los materiales químicos estratégicos nos colocan al borde de un escenario donde las disputas comerciales podrían evolucionar hacia guerras reales. En este contexto, es deber del ciudadano científicamente informado comprender las implicancias de estos materiales y exigir políticas basadas en soberanía tecnológica, sostenibilidad y cooperación internacional.

Al mismo tiempo, científicos de todo el mundo trabajan en el desarrollo de alternativas menos estratégicas y más sostenibles. Por ejemplo, el uso de tritio, un isótopo del hidrógeno que puede extraerse del agua marina, se investiga como combustible para fusión nuclear, una posible solución energética limpia. Asimismo, se están desarrollando baterías de sodio, mucho más abundante que el litio, lo que podría reducir la dependencia de yacimientos críticos.

Los materiales geo-estratégicos están redefiniendo las alianzas internacionales y reconfigurando los ejes de poder global. Uno de los recursos más codiciados es el litio, elemento esencial para las baterías recargables utilizadas en vehículos eléctricos, smartphones y sistemas de almacenamiento de energía. Este metal se concentra en el llamado “Triángulo del Litio”, formado por Bolivia, Argentina y Chile, que alberga aproximadamente el 58% de las reservas mundiales. Con el ascenso de gobiernos menos alineados con Washington, Estados Unidos ha perdido influencia en su “patio trasero”, lo que ha generado preocupación estratégica en las altas esferas del poder.

En paralelo, el Sahel africano, particularmente Níger, se ha vuelto crucial por su producción de uranio, fundamental para el abastecimiento energético de Francia y la Unión Europea. Los recientes golpes de Estado y el avance de potencias como China y Rusia en la región han puesto en jaque los intereses occidentales.

Durante el mandato de Donald Trump, se intensificó la guerra comercial con China, incluyendo propuestas polémicas como la adquisición de Groenlandia, rica en tierras raras. Esta región ártica se ha convertido en un punto clave debido a su potencial minero, ya que actualmente China controla más del 80% del suministro global de tierras raras, elementos indispensables para fabricar imanes de alta potencia, turbinas eólicas, chips, y armamento de precisión.

Figura 5. Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) es la mayor fundición de semiconductores por encargo del mundo, fundada en 1987 por Morris Chang y con sede en Taiwán. Pionera del modelo de negocio pure‐play, TSMC fabrica chips para clientes como Apple, AMD, Nvidia e Intel, sin competir en diseño. Sus plantas utilizan procesos de litografía avanzada, alcanzando nodos de 5 nm y desarrollando 3 nm para mejorar rendimiento y eficiencia energética. Con inversiones anuales superiores a 30 mm USD, TSMC lidera la innovación en transistores FinFET y gate‑all‑around. Su dominio tecnológico impulsa industrias de IA, automoción, 5G y centros de datos. Geopolíticamente, su papel es crítico en la cadena global de suministro, generando tensiones entre EE. UU. y China, y circuitos fotónicos.

Simultáneamente, el foco global está sobre TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company), la empresa que fabrica los chips más avanzados del mundo, utilizando aleaciones de silicio, germanio, galio, arseniuros y carburo de silicio, materiales que requieren pureza extrema y procesos de química de vanguardia. La creciente presión de China sobre Taiwán, acompañada de un incremento en su presencia militar en el Estrecho de Taiwán, ha generado temores de una posible escalada bélica que podría desencadenar un conflicto de escala global.

A medida que nos acercamos al primer cuarto del siglo XXI, las tensiones en torno a los materiales químicos estratégicos nos colocan al borde de un escenario donde las disputas comerciales podrían evolucionar hacia guerras reales. En este contexto, es deber del ciudadano científicamente informado comprender las implicancias de estos materiales y exigir políticas basadas en soberanía tecnológica, sostenibilidad y cooperación internacional.

Al mismo tiempo, científicos de todo el mundo trabajan en el desarrollo de alternativas menos estratégicas y más sostenibles. Por ejemplo, el uso de tritio, un isótopo del hidrógeno que puede extraerse del agua marina, se investiga como combustible para fusión nuclear, una posible solución energética limpia. Asimismo, se están desarrollando baterías de sodio, mucho más abundante que el litio, lo que podría reducir la dependencia de yacimientos críticos.

Figura 6. Los automóviles eléctricos utilizan motores eléctricos alimentados por baterías recargables de ion‑litio, que ofrecen alta densidad energética, larga vida útil y ciclos de carga rápidos. Estas baterías están compuestas por ánodos de grafito, cátodos de óxidos metálicos (como LiCoO₂, LiFePO₄ o NMC) y electrolitos líquidos o sólidos que permiten el transporte de iones de litio. Su ligereza y eficiencia energética han impulsado la adopción masiva, industrial y global de vehículos eléctricos, reduciendo las emisiones de CO₂ y la dependencia de combustibles fósiles. Los sistemas de gestión de baterías (BMS) monitorean temperatura, voltaje y carga para optimizar la performance y la seguridad. Sin embargo, el reciclaje y la extracción de litio plantean retos ambientales y geopolíticos en la cadena de suministro.

En las últimas décadas, el avance de la bioquímica y la biotecnología ha abierto un nuevo horizonte en el desarrollo de biomateriales y en la producción de compuestos mediante ingeniería genética. A diferencia de los materiales tradicionales, los biomateriales están diseñados para interactuar con sistemas biológicos, y su aplicación abarca desde prótesis compatibles con tejidos humanos hasta andamios celulares para medicina regenerativa.

La industria farmacéutica ha sido una de las mayores beneficiarias de esta revolución. Gracias a los avances en biología molecular y genética evolutiva, hoy es posible modificar genéticamente bacterias, levaduras o células de mamífero para que actúen como biorreactores, produciendo desde insulina humana hasta anticuerpos monoclonales, vacunas ARN y compuestos complejos como antibióticos, hormonas o enzimas industriales.

Más aún, el desarrollo de técnicas de evolución dirigida —una forma de evolución artificial acelerada en el laboratorio— permite optimizar enzimas y proteínas para que cumplan funciones específicas con mayor eficiencia. Esta metodología, que le valió el Premio Nobel de Química a Frances Arnold en 2018, imita los principios de la selección natural para “evolucionar” moléculas útiles.

El campo también ha sido transformado por herramientas como CRISPR-Cas9, que permiten editar genes con precisión, y por el diseño de circuitos genéticos sintéticos, que permiten programar organismos vivos como si fueran computadoras biológicas.

Además, la biomineralización artificial, inspirada en procesos naturales como la formación de conchas o huesos, ha permitido la creación de nuevos materiales híbridos, con aplicaciones en ingeniería, construcción y medicina. Así, la fusión entre química, biología y evolución artificial está dando lugar a una nueva generación de materiales inteligentes, autorreparables, biodegradables y sostenibles.

Estos avances no solo marcan el futuro de la química, sino que redefinen el límite entre lo vivo y lo sintético, planteando nuevos desafíos éticos, sociales y ecológicos que deberán ser abordados desde una perspectiva crítica y responsable.

Finalmente, en esta era dominada por la inteligencia artificial (IA), los materiales químicos continúan siendo el cimiento físico sobre el cual se construye esta nueva revolución. Los semiconductores avanzados, aleaciones nanométricas, materiales cuánticos y compuestos sintéticos permiten fabricar los chips, sensores y redes neuronales artificiales que constituyen el “cerebro” de las IA modernas. La química de materiales también posibilita la creación de memorias más eficientes, baterías de alto rendimiento y sistemas ópticos de alta precisión, fundamentales para el entrenamiento y operación de los algoritmos.

Paradójicamente, el agua —una sustancia tan antigua como la vida misma— sigue siendo protagonista insustituible: desde los sistemas de enfriamiento de los centros de datos hasta las reacciones bioquímicas que permiten nuevas formas de computación orgánica.

Así, al mirar hacia el futuro, comprendemos que la química no es solo una ciencia del pasado, sino la base tangible del presente y la llave del mañana. Desde el fuego primitivo hasta los materiales inteligentes y los algoritmos que nos acompañan hoy, cada avance científico ha nacido del entendimiento profundo de la materia.

A ustedes, estudiantes del siglo XXI, les corresponde continuar esta historia. Serán los próximos en descubrir, transformar y reimaginar el mundo a través de la química. Porque en cada tubo de ensayo, en cada célula modificada, en cada átomo manipulado, se esconde la posibilidad de cambiar el destino de la humanidad.

Referencias

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