Fuente desconocida de la fuerza

Los seres humanos llevan utilizando el níquel casi tanto tiempo como el que llevan produciendo artículos de metal. El níquel, un elemento relativamente abundante -el vigésimo cuarto más abundante de la Tierra-, se encuentra en depósitos de minerales metálicos por todo el mundo. Los antiguos valoraban estos minerales como fuente de metales con propiedades deseables, como la resistencia y la flexibilidad, y los utilizaban para fabricar desde monedas hasta cuchillos, hachas y armas. Sin embargo, los rasgos deseables de estas aleaciones metálicas se atribuían a menudo a la presencia de cobre o hierro. De hecho, los arqueólogos han descubierto, a partir de antiguos artefactos metálicos, que el «hierro» de las primeras sociedades que utilizaban metales era en realidad una mezcla que contenía entre un 5 y un 26 por ciento de níquel.

Mucho antes de que se aislara el níquel, los antiguos chinos desarrollaron un material llamado paitung (también llamado paktong o tutenag) que era apreciado por su brillo plateado y su resistencia. Según los manuscritos chinos, el paitung se utilizaba ya en el siglo III d.C. en armas, monedas y obras de arte. Se cree que el paitung contenía principalmente cobre y níquel con pequeñas cantidades de zinc y estaño.

También en Europa, el níquel encontró su camino en aleaciones sin que los herreros y fundidores de la época lo supieran. Las aleaciones de níquel se utilizaron para fabricar armaduras de placas y cadenas durante la Edad Media, y la relativa abundancia de minerales que contienen níquel hizo que fuera una forma económica de añadir un fino brillo a la moneda. Pero no fue hasta el descubrimiento del níquel en 1750 cuando se aisló y comprendió este aditivo metálico tan común.

La actividad minera en la región alemana de Sajonia acabó conduciendo al descubrimiento del níquel. En 1750, los fundidores de cobre de Sajonia descubrieron un peculiar mineral de cobre de color ligeramente más claro que el habitual. Cuando se procesó y refinó, este mineral produjo una forma inusual de cobre que era particularmente brillante y plateado. También se descubrió que esta extraña forma de cobre tenía unas propiedades materiales claramente diferentes. Era extremadamente duro y no podía hacerse maleable a pesar de los repetidos intentos de los fundidores. El nuevo metal pasó a conocerse como Kupfernickel, que se traduce aproximadamente como «cobre con el diablo dentro». La composición de esta aleación era, de hecho, muy similar al paitung de la antigua China.

El níquel -el misterioso componente del Kupfernickel que le otorgaba estas propiedades distintivas- fue finalmente «descubierto» y aislado a partir de un mineral llamado niccolita por el mineralogista sueco Barón Axel Frederik Cronstedt en 1751. El barón, al igual que los fundidores sajones, esperaba extraer primero el cobre de este mineral, pero en su lugar su procedimiento dio lugar a un metal blanco y resistente. Al no poder comparar el material con ningún metal conocido, el Barón determinó que había aislado el enigmático componente del Kupfernickel y bautizó el nuevo metal con el nombre de «níquel» en honor al mismísimo Diablo, «Old Nick».»

Níquel y Dimensión

Tanto las sociedades modernas como las antiguas han utilizado el níquel para añadir brillo y reducir el peso de las monedas y para aumentar su resistencia a la corrosión y al desgaste. Pero la práctica de añadir níquel a las aleaciones de las monedas se hizo más común cuando las naciones comenzaron a convertirse en sistemas de tipo de cambio flotante en los que el valor del material físico de una moneda ya no tenía que coincidir con su valor nominal. Cuando el cambio de moneda dejó de estar vinculado a los estándares de oro y plata, Suiza se convirtió en la primera de muchas naciones modernas en emplear níquel en las monedas. La primera moneda de níquel puro fue emitida por Suiza en 1881, y Austria y Hungría siguieron su ejemplo en 1893.

A finales de la década de 1850, Estados Unidos añadió níquel a su moneda de un centavo y a la de cinco centavos, que anteriormente contenían principalmente cobre y zinc (bronce). La palabra «níquel» se convirtió en un término popular para la pieza de cinco centavos en sí, a pesar de que la mayor parte de la moneda era de cobre (la moneda de níquel estadounidense de la década de 1800 contenía un 75 por ciento de cobre y un 25 por ciento de níquel). La moneda tenía una gran demanda, ya que era una denominación conveniente para muchos artículos cotidianos, como la cerveza y los cigarros. La llegada de las máquinas tragaperras y la omnipresencia de las tarifas de níquel en los autobuses y el metro también contribuyeron a impulsar la popularidad de esta moneda. Se calcula que en 1958 Estados Unidos había emitido más de 4.000 millones de monedas de níquel.

De los meteoritos a las máquinas

Incluso un siglo después de que se aislara el elemento níquel, los científicos e ingenieros no habían explotado plenamente sus propiedades materiales únicas. El níquel es un metal de transición que forma aleaciones con otros metales de transición como el cobre, el zinc, el hierro, la plata, el cadmio y el cromo. Es a la vez fuerte – resiste a la fractura bajo grandes tensiones – y dúctil – se dobla en lugar de agrietarse bajo tensión. Se trata de una valiosa combinación de propiedades. Los ingenieros buscan esta combinación de propiedades cuando diseñan estructuras como los puentes, que deben soportar grandes cargas pero también doblarse bajo presión en lugar de agrietarse.

Las historias de estos materiales milagrosos se han transmitido a lo largo de la historia. Las legendarias hojas de las espadas de la antigua Damasco y Arabia eran muy conocidas por su extrema resistencia y dureza. Se decía que las piedras sagradas, como la piedra negra de la Kaaba en La Meca, tenían propiedades mágicas, probablemente magnetismo. Estas famosas armas y reliquias sagradas están compuestas de hierro que cayó del cielo en forma de meteoritos. Este hierro meteroico suele contener grandes cantidades de níquel. Los antiguos fabricantes de armas que fabricaban sus espadas con esto habían dado con una aleación primitiva de acero inoxidable de alta resistencia y resistente a la oxidación. Pasaron siglos antes de que se explicara la ciencia que había detrás de estos materiales mágicos.

En el siglo XVIII, cuando la Revolución Industrial se inició primero en Inglaterra y luego en Europa continental y Estados Unidos, el desarrollo de equipos industriales y de máquinas de vapor, en particular, dio lugar a la búsqueda de materiales más resistentes que los disponibles hasta entonces. Los primeros científicos de materiales desarrollaron aleaciones de acero para satisfacer esta necesidad. El acero se produce cuando el hierro se combina con pequeñas cantidades de carbono, que ayuda a estabilizar y fortalecer la estructura cristalina del hierro. La adición de pequeñas cantidades de otros elementos, como el zinc, el cromo y el níquel, aumenta la fuerza, la ductilidad, la resistencia a la corrosión y el acabado del acero.

Medio siglo después del descubrimiento del níquel, Michael Faraday -también famoso por su descubrimiento de la inducción electromagnética y la Ley de Faraday, fundamento de la teoría moderna del campo- propuso por primera vez que se añadiera níquel al acero para mejorar sus propiedades materiales. En una carta al profesor de la Rive, de la Royal Institution, escribió en 1820: «Nos ha inducido la idea popular de que el hierro meteórico no se oxidaría, a probar el efecto del níquel sobre el acero y el hierro». A pesar de los fracasos iniciales, Faraday consiguió alear con éxito pequeñas cantidades de níquel con el acero, produciendo materiales más resistentes pero aún maleables y trabajables como el acero ordinario. El trabajo continuado por el metalúrgico suizo J.C. Fischer en 1824 dio como resultado exitosas imitaciones del hierro meteórico.

Estos primeros descubrimientos sentaron las bases de los aceros inoxidables y estructurales avanzados hechos de aleaciones con mayor resistencia a la corrosión y fuerza. El blindaje de acero fortificado con níquel no tardó en utilizarse en los buques de guerra entre mediados y finales del siglo XIX. Las investigaciones de Michael Faraday sobre la electroquímica de varios metales – su disposición a interactuar con las corrientes eléctricas – aumentaron los usos del níquel. En la década de 1840, los metalúrgicos fueron capaces de recubrir con níquel otras superficies metálicas utilizando una corriente eléctrica para atraer sales de níquel disueltas e iones de níquel a la superficie de los electrodos metálicos. Estos recubrimientos proporcionaban resistencia al desgaste y a la oxidación a numerosos productos, desde utensilios de cocina hasta accesorios de fontanería.

Apagando las llamas de la guerra

Durante la Primera Guerra Mundial, el valor del níquel aumentó drásticamente debido a la nueva demanda de acero inoxidable de alta resistencia para armas, municiones y vehículos. El níquel era ahora no sólo un componente importante de la moneda, sino también un valioso recurso natural buscado por todas las facciones beligerantes. En 1916, un submarino alemán corrió riesgos mortales al intentar romper el bloqueo británico para obtener un pequeño cargamento de níquel canadiense. El éxito de la misión se celebró del mismo modo que una victoria militar tradicional; tal era el valor y la importancia del níquel para la maquinaria bélica alemana. En el punto álgido de la producción en tiempos de guerra, Canadá, la principal fuente de níquel del mundo, producía aproximadamente 92 millones de libras de níquel al año.

El armisticio y posteriormente la Gran Depresión hicieron que la industria del níquel cayera en picado momentáneamente entre las guerras mundiales. La producción de equipos militares se redujo drásticamente a medida que el mundo industrial reorientaba sus esfuerzos hacia los bienes de consumo. Sin embargo, los avances en el motor de combustión durante la década de 1930 contribuyeron a mantener una alta demanda de ciertos aceros al níquel, deseados por su capacidad para resistir fallos a altas temperaturas. Esta propiedad era crucial en piezas como las culatas y los pistones, que experimentan presiones explosivas a temperaturas muy elevadas.

El inicio de la Segunda Guerra Mundial aumentó de nuevo la demanda de acero y níquel. Durante el conflicto la producción de aleaciones de níquel igualó la producción total de los 54 años anteriores. Canadá, junto con el gobierno británico, reguló esencialmente el mercado mundial del níquel durante la Segunda Guerra Mundial e incluso impuso restricciones a su uso en bienes de consumo no esenciales. Esto limitó mucho la cantidad de níquel disponible para las potencias del Eje, y los depósitos de mineral de níquel pronto se convirtieron en una preocupación estratégica para los alemanes como resultado. Se lanzaron operaciones militares para poner los depósitos de níquel bajo control alemán. La mina de níquel de Petsamo, en Finlandia, previamente paralizada por el ejército invasor soviético, fue capturada por los alemanes en 1940 y se convirtió en una importante fuente de níquel para reforzar el acero en la guerra alemana.

Aviones, motores a reacción y más allá

El desarrollo de los primeros motores a reacción durante la Segunda Guerra Mundial y en la década de 1950 supuso nuevas hazañas en cuanto a velocidad y potencia. Estos nuevos motores creaban chorros de gas a alta presión utilizando turbinas que giraban rápidamente para comprimir el aire y expulsarlo a través de toberas de escape. Las turbinas de giro rápido alcanzaban altas temperaturas y tensiones y, una vez más, requerían nuevas aleaciones metálicas para soportar estas fuerzas. El níquel se utilizó como agente reforzador en muchas de estas aleaciones. Necesidades similares de resistencia a la tensión y a la temperatura impulsaron el uso de aleaciones que contienen níquel en la floreciente carrera espacial. Los motores de los cohetes tienen exigencias de ingeniería similares a las de los motores de los reactores debido a la alta temperatura y presión de los gases de escape, y también deben soportar vibraciones extremas causadas por la combustión de los combustibles de los cohetes. La primera industria espacial utilizó el níquel junto con otros materiales de alta resistencia, como el titanio, para crear nuevas clases de superaleaciones capaces de soportar las turbulencias de los vuelos espaciales.

El níquel hoy

Estudios recientes han demostrado que el procesamiento y el refinamiento del níquel pueden producir consecuencias perjudiciales para la salud. Las investigaciones realizadas durante la década de 1960 mostraron los primeros indicios de que los compuestos de níquel, como el carbonilo de níquel, podían causar tumores de pulmón en ratas de laboratorio. Estudios posteriores realizados durante la década de 1980 por la Agencia de Protección Medioambiental de Estados Unidos (EPA) demostraron que la exposición prolongada a niveles elevados de polvo de refinería de níquel, carbonilo de níquel o subsulfuro de níquel -todos ellos subproductos directos del refinado de níquel y del procesamiento de metales- podía provocar cáncer. También se descubrió que la inhalación de humos que contienen níquel procedentes de la soldadura de acero inoxidable estaba asociada a un mayor riesgo de cáncer. Esto dio lugar a una normativa federal que limita la cantidad de determinados compuestos de níquel aceptables en el lugar de trabajo y en el medio ambiente.

Si se inhala en determinadas formas en concentraciones elevadas durante un periodo de tiempo suficientemente largo, el níquel es efectivamente cancerígeno para los seres humanos. Las prácticas modernas de higiene industrial han ayudado a frenar estas complicaciones de salud inducidas por el níquel.

El efecto más común relacionado con la salud de la exposición al níquel es, con mucho, una reacción alérgica. Algunas personas están genéticamente predispuestas a sensibilizarse al níquel si manipulan directamente el metal con suficiente frecuencia. Una vez sensibilizados, puede producirse una dermatitis -reacción alérgica en la piel- en el lugar de contacto, que provoca erupciones y, en casos extremos, ataques de asma. Se calcula que entre el 5 y el 10 por ciento de la población es susceptible de padecer alergias al níquel.

Aunque el níquel se utiliza principalmente en la industria siderúrgica para reforzar y añadir resistencia a la corrosión a los aceros de alta calidad, se ha introducido en una gran cantidad de objetos cotidianos. Entre los objetos domésticos que contienen níquel se encuentran los grifos, los utensilios de cocina, los electrodomésticos, las pilas recargables (variedad de níquel-cadmio o Ni-Cad), las joyas y, por supuesto, las monedas. Al igual que los antiguos, la mayoría de nosotros probablemente utilizamos productos de níquel sin saberlo.

Las fuentes incluyen:

Agencia para el Registro de Enfermedades y Sustancias Tóxicas (ATSDR). 1997. Perfil toxicológico del níquel. Atlanta, GA: U.S. Department of Health and Human Services, Public Health Service.

-Aitchison, Leslie. A History of Metals. London: MacDonald and Evans Ltd., 1960.

-Encyclopedia of Toxicology. ed. Philip Wexler. Boston: Academic Press, 1998.

-Gmelins Handbuch der Inorganischen Chemie. Berlin: Springer-Verlag, 1924.

-Howard-White, F. B. Nickel: an Historical Review. New York: D. Van Nostrand Company, Inc., 1963.

-John Harte, Holdren, Schneider y Shirley. Toxics A to Z: a Guide to Everyday Pollution Hazards. Berkley, CA: University of California Press, 1991.

-Klaasen, Curtis D. Carasett and Doull’s Toxicology: La ciencia básica de los venenos. New York: McGraw-Hill, 2001.

-Nriagu, Jerome O. Nickel in the Environment. New York: Wiley, 1980.

-Winter, Mark. Nickel: Key Information. 2002. The University of Sheffield. 4 de septiembre de 2002.

Peter Ostendorp
Centro de Ciencias de la Salud Medioambiental
Science Writing Intern