paraMagneto, diaMagneto y ferroMagneto

Uno de los supervillanos más conocidos del fandom es Magneto, el Señor del Magnetismo, y archienemigo de los X-men. Llevado al cine recientemente en una trilogía (X-men, 2000; X2, 2003; X-men 3: la decisión final, 2006), un tanto descafeinada en comparación con la extensa historia proporcionada por la compañía MARVEL, donde ya apareció en el primer ejemplar de X-men en septiembre de 1963. Magneto es capaz de crear y de manipular campos magnéticos, aparentemente con la fuerza de su voluntad. Así, consigue levantar, volcar, frenar casi todo tipo de objetos: coches, camiones, aviones y personas. Cuando tiene la mala suerte de ser atrapado, es encerrado a buen recaudo en una prisión construida de un material plástico, por si las moscas (mejor dicho, por si los campos magnéticos). De todas formas, también consigue evadirse de esta prisión tan poco convencional, utilizando la complicidad de Mística, la mutante polimórfica, que ha sido capaz de inocular hierro en el flujo sanguíneo de uno de los guardias. ¿Distan estas cosas mucho o poco de la realidad?

Veamos, suelen contar los libros que existen tres tipos principales de materiales magnéticos: los paramagnéticos, los diamagnéticos y los ferromagnéticos (existen otras categorías pero, de momento, con estas me apaño). Detengámonos un poco en cada uno de ellos.

Los átomos que constituyen toda la materia que conocemos están formados, básicamente, por electrones y un núcleo donde se encuentran los protones y los neutrones. Utilizando una imagen clásica (esto quiere decir que no está basada en la física cuántica, que es la que describe el comportamiento de la materia a nivel atómico y subatómico), se pueden visualizar las órbitas electrónicas como pequeñas espiras o circuitos de corriente eléctrica (una corriente eléctrica es, en pocas palabras, un movimiento ordenado de cargas eléctricas). Estas corrientes eléctricas microscópicas son capaces de generar campos magnéticos propios, comportándose así como minúsculos imanes que se caracterizan por un parámetro de carácter vectorial denominado momento magnético. Debido a que, habitualmente, las espiras están orientadas al azar a lo largo de todo el material, la suma de todos los momentos magnéticos de todos los átomos o moléculas que conforman dicho material se hace cero, aún cuando el momento magnético de cada átomo o molécula particular no lo sea. Suele decirse que este material tiene momentos magnéticos permanentes. Sin embargo, si se somete a estos materiales a un campo magnético externo, el alineamiento al azar puede desaparecer parcialmente y aparece una orientación también parcial en la dirección del campo magnético externo. Esto tiene como consecuencia que estos dos campos, el externo y el producido por el propio material sumen sus efectos, apareciendo una fuerza de atracción entre el material y el agente productor del campo magnético externo (un imán, por ejemplo), con la salvedad de que esta fuerza suele ser débil. Por otro lado, la temperatura se opone a todo este proceso ya que aquélla contribuye al desorden de los momentos magnéticos de los átomos. Cuanto más alta sea la temperatura, más desordenados estarán los momentos magnéticos y tanto más difícil será alinearlos en la dirección de un campo magnético aplicado. Los materiales que se comportan de este modo reciben el nombre de paramagnéticos y los momentos magnéticos atómicos permanentes se deben a que poseen lo que se llama “electrones desapareados”. Entre los materiales paramagnéticos podemos encontrar el aluminio, el platino, el manganeso y el cromo, entre otros.

Los materiales diamagnéticos se caracterizan por tener “electrones apareados”, o lo que es lo mismo, el momento magnético de cada átomo particular es cero. Cuando se aplica un campo magnético exterior, se induce la aparición de momentos magnéticos no nulos en cada átomo, pero que, precisamente por tratarse de corrientes eléctricas inducidas y, según la ley de Faraday, tienden a alinearse de tal forma que el campo magnético interno que producen es contrario al aplicado, dando lugar a la aparición de una fuerza repulsiva, otra vez entre el material diamagnético y el agente originador del campo magnético externo. A diferencia de lo que sucede con el paramagnetismo, el diamagnetismo es independiente de la temperatura. Materiales diamagnéticos son el bismuto, la plata, el agua, el cobre, el helio y muchos otros. Si se acercase un imán a un pedazo de aluminio (que es paramagnético), éste se vería atraído muy débilmente. En cambio, se puede repeler una pequeña cantidad de agua con ayuda de un imán suficientemente potente.

Por último, los materiales denominados ferromagnéticos están formados por lo que llamamos dominios magnéticos, que son regiones microscópicas caracterizadas porque en ellas todos los momentos magnéticos de los átomos que allí se encuentran están alineados en la misma dirección, aunque ésta no tiene por qué ser la misma en un dominio y cualquier otro contiguo. Al aplicar el campo magnético exterior, el tamaño de estos dominios se modifica, aumentando si las direcciones de los momentos magnéticos dentro del dominio son parecidas a la del campo magnético externo y disminuyendo cuanto más diferentes sean. Al acercar un imán a un material ferromagnético, éste se magnetiza fuertemente, apareciendo una fuerza atractiva grande. Entre los materiales ferromagnéticos se pueden citar el hierro (cuando la temperatura es superior a 768 ºC se hace paramagnético de forma espontánea), el acero, el níquel y el cobalto. Por eso, al aproximar un imán a un pedazo de hierro, éste se ve fuertemente atraído.

Y llegados a este punto, supongo que llevaréis ya un buen rato haciéndoos la siguiente pregunta: ¿Qué rayos tiene todo esto que ver con Magneto y sus habilidades mutantes? Bien. Un poco de paciencia, mis queridos X-lectores.

Como cuenta mi colega James Kakalios en su libro "La física de los superhéroes", el hierro que se encuentra de forma natural en la sangre está presente en la hemoglobina, una proteína que se utiliza con la misión de recoger y transportar el oxígeno cuando respiramos y evacuar el dióxido de carbono para luego exhalarlo. Dependiendo de que el hierro presente en la hemoglobina capture una molécula de oxígeno o una de dióxido de carbono, la combinación química del hierro con el oxígeno (óxido de hierro) puede dar lugar o no a un compuesto que puede ser magnético o no. Por ejemplo, la magnetita (óxido formado por tres átomos de hierro y cuatro de oxígeno) sí que tiene propiedades magnéticas, pero la hematita (óxido formado por dos átomos de hierro y tres de oxígeno) no las presenta. Así que en un momento dado, la cantidad de óxido de hierro con propiedades magnéticas que puede haber presente en la sangre de un ser humano es variable. Quizá esto justifique el malvado plan de Magneto al hacer inyectar hierro adicional en la sangre de su carcelero. Más bien da la sensación de ser una técnica de evasión bastante chapucera, pues el hierro presente en el organismo reacciona fácilmente con el peróxido, lo cual da lugar a la aparición de los nada deseables radicales libres, enormemente dañinos para el material genético de las células. Además, el exceso de hierro provoca terribles daños colaterales en el hígado, en el corazón y en el páncreas. A juzgar por la escena de la película, cuando Magneto vuelve a extraer el hierro excedente inyectado por Mística en el cuerpo del celador, pueden verse esferitas que a buen seguro pesarán unos cuantos gramos. Con haber esperado un poco, la muerte no hubiera tardado en llegar de forma totalmente natural, pues se estima que un solo gramo de hierro en el organismo puede provocar un envenenamiento serio y tres gramos son mortales de necesidad para un niño pequeño. De todas formas, puede que ni siquiera le hubiese hecho falta acudir a tan abyecto método (y un poco gore, pues extrae el hierro del cuerpo del carcelero a través de la ropa, matando al inquilino de una forma bastante sanguinaria), ya que si realmente Magneto quiere ser conocido como el Señor Absoluto del Magnetismo, podría haberse aprovechado de las propiedades diamagnéticas que posee la molécula de agua. En efecto, cuando al agua se le aplica un campo magnético, los momentos magnéticos atómicos que se inducen son tales que se oponen a este campo, repeliéndolo. Si se diseña cuidadosamente la disposición del campo magnético aplicado se puede hacer levitar un ser vivo debido a que gran parte de su cuerpo está constituido por agua. Y esto es lo que han conseguido en la universidad holandesa de Nijmegen (aquí podéis ver unos vídeos de ranas, saltamontes, fresas y agua levitando en presencia de campos magnéticos). Nuestro querido Magneto bien podía haberse ahorrado la inyección de hierro. Aunque también nos hubiera privado de esta maravillosa escena.