¿Por qué los graneros se pintan de rojo? En realidad todo se debe a la fusión nuclear

Una de las imágenes típicas del paisaje agreste de Estados Unidos es la de los graneros. A todos se nos vienen a la mente esos almacenes de madera pintados de un llamativo rojo óxido entre cosechas de trigo o maíz.

¿Por qué se pintan de rojo? Porque la pintura roja es más barata, podríamos responder. Pero el físico (e ingeniero de Google) Yonatan Zunger ofrece una explicación algo más densa en su página de Medium. Los graneros se pintan de rojo por la fusión nuclear, dice. Y a continuación desgrana los motivos.

Llamamos pintura a la mezcla de un pigmento y un aglutinante (una sustancia que al secarse fija el pigmento a una superficie, como el ácido acrílico y los aceites de la pintura al óleo). Por su parte, un pigmento es un material que absorbe algunas energías de la luz y refleja otras para dar color. La mayoría son minerales; los hay también orgánicos, pero son más caros /por la sencilla razón de que hay más rocas que animales y plantas).

El pigmento que se usa en los graneros es el ocre rojo o trióxido de dihierro (Fe2O3). Absorbe la luz amarilla, verde y azul, por lo que refleja luz rojiza.

Decimos que la luz es absorbida cuando un fotón golpea a un electrón en el pigmento y le transfiere su energía. Pero la mecánica cuántica explica que los electrones no pueden absorber cualquier cantidad de energía: la energía (los colores) que pueden absorber depende de la disposición de los propios electrones en el material, que a su vez depende de la química del elemento.

En resumen, la cantidad de energía que un electrón puede absorber está relacionada con su momento angular, una propiedad que mide cómo giran los electrones alrededor del núcleo. Los elementos cuyos electrones más externos pertenecen al bloque “d” de la tabla periódica según su momento angular (el grupo grande que está en el centro de la tabla) son los que pueden absorber colores de luz visible y, por lo tanto, formar pigmentos.

Se llama luz visible a la parte del espectro electromagnético que el ojo es capaz de percibir, desde el rojo (con una longitud de onda de 780 nm) hasta el violeta (alrededor de 400 nm), pasando por el amarillo (en torno a los 600 nm). Esto se debe básicamente a la temperatura del Sol: nuestros ojos evolucionaron para ver los colores que produce nuestra estrella, que se corresponden con energías cercanas a los 0,3 eV. El número coincide con las energías de los enlaces químicos de los electrones del bloque “d”. Los bloques “s” y “p” de la tabla periódica están asociados con energías de 1-3 eV, que se corresponden con longitudes de onda ultravioleta (~100 nm).

El hierro es el elemento “d” más abundante en la Tierra, más de diez veces más común que el segundo: el titanio. Y eso es precisamente lo que hace que un pigmento resulte barato: que sea abundante. El ocre rojo es solo hierro y oxígeno, dos elementos muy abundantes: la corteza terrestre es un 6% hierro y un 30% oxígeno. El oxígeno, un elemento “p”, es abundante y afecta al color de los compuestos al darles forma, pero el color en sí está determinado por los electrones “d” de aquello a lo que el oxígeno va pegado: rojo en el hierro, verde en el cobre, azul en el cobalto, etcétera.

Esto explica por qué los graneros se pintan de rojo: porque la pintura roja es la más barata, ya que está hecha de hierro, un pigmento muy abundante. Pero, ¿por qué el hierro es tan abundante? Para entenderlo tenemos que fijarnos nuevamente en el Sol. Como toda estrella, el Sol empieza su vida como una primitiva bola de hidrógeno que, por la tremenda presión de la gravedad, inicia un proceso de fusión nuclear (en el que varios núcleos atómicos se unen y forman otro más pesado).

A medida que el núcleo del Sol se fusiona, se empiezan a formar elementos más pesados ​​que el hidrógeno, como el helio. El ciclo se repite y, con cada reacción, se producen elementos más y más pesados. Cuando los átomos se vuelven demasiado grandes, el proceso ya no recupera energía. Las últimas reacciones que resultan positivas en una fusión nuclear normal son las que forman átomos con 56 nucleones (neutrones + protones) en ellos. Más allá de ese punto, la fusión comienza a consumir más energía de la que produce.

Muchos de los productos de la fusión tienden a acumularse antes de que explote la estrella, así que se obtienen más isótopos 56 que cualquier otra cosa (salvo elementos ligeros que casi no se fusionan). ¿Y qué tiene 56 nucleones y es estable? Exacto: una mezcla de 26 protones y 30 neutrones que llamamos hierro.

Y así, por una particularidad de la fusión nuclear (el tamaño con el que los núcleos dejan de producir energía) el hierro es uno de los elementos más comunes en la superficie de la tierra. Además es del bloque “d”, condición necesaria para resultar un buen pigmento. Para colmo, cuando lo unimos al oxígeno, lo cosa más abundante en la superficie de la tierra que podemos adherirle (solo el hidrógeno y el helio son más comunes, pero tienden a evaporarse), se forman óxidos de color rojo ocre que mezclamos con aceites para producir pintura barata y pintar nuestros graneros. [Yonatan Zunger]