Las baterías de coche obtienen su voltaje de la relatividad

Las simulaciones muestran por qué funciona el plomo y no el estaño

La relatividad puede hacer notar sus efectos en algo tan cotidiano como un automóvil a baja velocidad. Las baterías de plomo y ácido que arrancan casi todos los automóviles actuales obtienen el 80% de su voltaje de los efectos relativistas, según un estudio teórico publicado en Physical Review Letters.

Las simulaciones en ordenador señalan que el efecto deriva de electrones que se mueven a gran velocidad en el átomo de plomo y explican también por qué no funcionan las baterías de estaño y ácido, a pesar de lo parecidos que son, aparentemente, el plomo y el estaño.
Los electrones típicamente orbitan sus núcleos a velocidades muy inferiores a la de la luz, de forma que los efectos relativistas son despreciables para describir las propiedades atómicas. Sin embargo, hay excepciones, y una es el plomo, el elemento más pesado de la tabla periódica. En él, los electrones tienen que moverse a velocidades cercanas a la de la luz para contrarrestar la fuerte atracción de los grandes núcleos.
Según la teoría de la relatividad estos electrones actúan como si tuvieran una mayor masa, por lo que disminuye el radio de sus órbitas respecto a electrones más lentos, de forma que se mantenga el momento angular.
Esta contracción, que es más pronunciada en los orbitales de elementos pesados, explica el color amarillo del oro y que el mercurio sea líquido a temperatura ambiente.
Existían estudios anteriores sobre los efectos relativistas en la estructura cristalina del plomo. Ahora Rajeev Ahuja de la Universidad de Uppsala (Suecia) y sus compañeros se han centrado en la manifestación más común de la química del plomo, la batería de automóvil de plomo y ácido, una tecnología de 150 años de antigüedad. Sus simulaciones indican que 1,7 voltios de los 2,1 que hay entre cada dos placas de la batería (o casi 10 de los 12 voltios) proceden de la relatividad.
Sin relatividad, señalan los autores, el plomo se comportaría más como el estaño, que está justo encima en la tabla periódica y tiene el mismo número de electrones (cuatro) en los dos orbitales exteriores. Pero el núcleo del estaño sólo tiene 50 protones, mientras que el plomo tiene 82, así que la contracción es mucho menor.
Además, las simulaciones muestran que una batería de estaño y ácido no puede ser práctica porque el dióxido de estaño no atrae lo suficiente a los electrones. Ram Seshadri, de la Universidad de California, que no ha participado en el trabajo, comenta que se esperaba que existieran efectos relativistas, pero no que fueran tan fuertes.