De la Medicina a la Nanotecnología: Cómo el Oro ha Transformado Nuestro Mundo

La tabla periódica de elementos químicos cumple 150 este año. El aniversario es una oportunidad para arrojar luz sobre elementos particulares, algunos de los cuales parecen ubicuos, pero que las personas comunes y corrientes más allá del mundo de la química probablemente desconocen.

Uno de ellos es el oro, que fue el tema de mis estudios de posgrado en química, y que he estado estudiando durante casi 30 años. En química, el oro puede considerarse un iniciador tardío en comparación con la mayoría de los otros metales. Siempre se consideró que era químicamente "inerte", pero en las últimas décadas ha florecido y han surgido una variedad de aplicaciones interesantes.

Una larga y curiosa historia.

El oro toma su nombre de la palabra latina aurum ("amarillo"). Este un elemento con una larga pero misteriosa historia. Por ejemplo, es uno de los 12 elementos confirmados en la tabla periódica cuyo descubridor es desconocido. Los otros son carbono, azufre, cobre, plata, hierro, estaño, antimonio, mercurio, plomo, zinc y bismuto.

Aunque no estamos seguros de quién lo descubrió, existe evidencia que sugiere que los antiguos egipcios sabían de lo que se trataba hace 3000 a.C. Históricamente, su uso principal fue para la joyería; este sigue siendo el caso hoy en día, también se utiliza en monedas de menta. El oro también se encuentra en el arte antiguo y moderno: se utiliza para preparar pigmento de rubí o púrpura, o también como hoja de oro.

Escultura del león dorado egipcio (Dieter Hawlan / Adobe Stock)

Sudáfrica fue una vez el país con mayor producción de oro: extrajo más de 1,000 toneladas solo en 1970. Su producción anual ha disminuido constantemente desde entonces: los tres principales países productores de oro en 2017 fueron China, Australia y Rusia, con una producción combinada de casi 1000 toneladas. Sudáfrica ha caído a la 8ª posición, incluso superada por Perú e Indonesia.

Pero los usos del oro y sus propiedades químicas se extienden a muchas otras áreas más allá de las joyas y monedas acuñadas. Desde la investigación farmacéutica hasta la nanotecnología, este antiguo elemento se utiliza para impulsar nuevas tecnologías que empujan al mundo hacia el futuro.

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Joyas egipcias antiguas, pulseras y collares de oro (EdNurg / Adobe Stock)

¿Por qué y cómo es útil?

De los 118 elementos confirmados en la tabla periódica, nueve son elementos naturales con isótopos radiactivos que se utilizan en la llamada medicina nuclear. El oro no es radiactivo, pero, sin embargo, es muy útil en medicina ya que se producen medicamentos que contienen oro.

Existen dos clases de medicamentos de oro utilizados para tratar la artritis reumatoide. Uno es el tiolato inyectable de oro: moléculas con un átomo de azufre en un extremo y una cadena química de prácticamente cualquier descripción que se les atribuye, que se encuentra en medicamentos como la Myocrisin, Solganol y Allocrysin. El otro es un complejo oral llamado auranofina.

El oro también se utiliza cada vez más en la nanotecnología. Un nanomaterial generalmente se considera un material en el que cualquiera de sus tres dimensiones es de 100 nanómetros (nm) o menos. La nanotecnología es útil porque no está restringida a un material en particular; en principio, cualquier material podría convertirse en un nanomaterial, sino a una propiedad en particular: la propiedad del tamaño.

Por ejemplo, el oro en su forma a granel tiene un color amarillo distinto. Pero a medida que se divide en pedazos muy pequeños, comienza a cambiar de color, a través de un rango de rojo y púrpura, dependiendo del tamaño relativo de las nanopartículas de oro. Dichas nanopartículas podrían usarse en una variedad de aplicaciones, como por ejemplo, en los campos biomédico u óptico-electrónico.

Otro avance emocionante para el oro en nanotecnología fue el descubrimiento en 1983 de que una superficie limpia de oro sumergida en una solución que contenía un tiolato podía formar monocapas autoensambladas. Estas monocapas modifican la superficie del oro de manera muy innovadora. La investigación sobre la modificación de la superficie es importante porque la superficie de cualquier cosa puede mostrar propiedades muy diferentes a la del volumen (es decir, el interior) del mismo material.

Más por venir

Las nanopartículas de oro también han demostrado ser un catalizador eficaz. Un catalizador es un material que aumenta la velocidad de una reacción química y, por lo tanto, reduce la cantidad de energía requerida sin sufrir ningún cambio químico permanente. Esto es importante porque la catálisis se encuentra en el corazón de muchos productos manufacturados que utilizamos hoy en día. Por ejemplo, un catalizador convierte el propileno en óxido de propileno, que es el primer paso para hacer anticongelante.

Dos descubrimientos en la década de 1980 hicieron que los científicos vieran la catálisis del oro de manera diferente. Masatake Haruta, en Osaka, Japón, produjo óxidos mixtos que contenían oro, y descubrió que el material era notablemente activo para catalizar la oxidación del monóxido de carbono tóxico en dióxido de carbono. Hoy en día, este catalizador se encuentra en los escapes de los vehículos.

Al mismo tiempo, Graham Hutchings, que trabajaba en la industria en Johannesburgo, Sudáfrica, descubrió un catalizador de oro que funcionaría mejor para la hidrocloración de acetileno. Este proceso es fundamental para el plástico de PVC, que se utiliza en prácticamente toda la producción de plomería. Hasta entonces, el catalizador industrial para este proceso estaba utilizando material de cloruro mercúrico poco respetuoso con el medio ambiente.

Ilustración 3D de nanopartículas de oro (Kateryna_Kon / Adobe Stock)

Muchas aplicaciones

En mi opinión, el oro tiene muchos más usos que aún no se han descubierto. Hay mucho más por venir en el mundo de la investigación del oro.

En los próximos años, habrá nuevos desarrollos en la forma en que se utiliza el elemento, entre otros, en medicina, nanotecnología y catálisis. También encontrará nuevas aplicaciones en la química cuántica relativista (combinando la mecánica relativista con la química cuántica), la ciencia de la superficie (la física y la química de las superficies y cómo interactúan), la luminiscencia y la fotofísica, y más.

Imagen de Portada: Antigua máscara peruana hecha de oro (Carlos Santa Maria / Adobe Stock)

El artículo "De la medicina a la nanotecnología: cómo el oro moldea nuestro mundo en silencio" por Werner van Zyl se publicó por primera vez en The Conversation y se ha vuelto a publicar bajo una licencia de Creative Commons.