La sabiduría de la naturaleza propicia una múltiple diversidad que en realidad se basa en la simpleza.
El disfraz de la materia
(16/7/07 – Agencia CyTA-Instituto Leloir. Por María Cristina Chaler) – La materia es un componente universal y se manifiesta de diferentes maneras, mostrando una enorme diversidad. En notas anteriores hablamos de que esa diversidad sólo es aparente, pues la distinción entre cada uno de los átomos de la tabla periódica se debe sólo a diferencias eléctricas en su constitución.
Los átomos están formados por cargas positivas (protones), que se encuentran en el núcleo, y elementos neutros (neutrones), que empastan a ese núcleo para que las cargas no se rechacen. Ambas partículas ocupan un lugar muy reducido en el espacio, porque el núcleo atómico es extremadamente pequeño en comparación con el tamaño total del átomo. Fuera de ese núcleo, los electrones -cargas eléctricas negativas- neutralizan la carga nuclear, girando vertiginosamente alrededor del mismo, en un enorme espacio vació y en zonas determinadas según su energía. El átomo posee tantos electrones como protones hay en el núcleo.
Un átomo se diferencia de otro sólo por la cantidad de cargas positivas que posee en su núcleo, de modo que el Hidrógeno (H), que tiene una sola carga positiva, cuando adquiere una más, deja de ser hidrógeno para llamarse Helio (He), cuyas propiedades son totalmente diferentes. El hidrógeno es capaz de combinarse con otros átomos, mientras que el Helio es el primer gas inerte, y como buen gas noble no tiene necesidad de combinación, porque posee el primer nivel completo lo que le confiere un estado de energía ideal en el que no necesita la búsqueda de electrones para estabilizarse.
Así, el Plomo (Pb) sólo se diferencia del Oro (Au) por tener en su núcleo tres protones más. Aumentando de a uno el número de protones de los núcleos atómicos, vamos obteniendo todos los elementos que conforman a la materia que nos rodea, y recorremos la conocida tabla periódica de la química.
Podemos afirmar que la naturaleza está formada por materia visible o invisible extremadamente diversa a nuestros ojos, pero que en realidad sólo es espacio vació, electricidad positiva, negativa o neutralidad que se combinan para formar todo lo que nos rodea, incluso a nosotros mismos y a toda la vida del planeta. ¡La enorme diversidad no es tal!
Las moléculas se disfrazan
Conocemos ampliamente los estados de la materia. Desde la infancia, interactuamos con los más comunes, que son el sólido, el líquido o el gaseoso. Quizás nunca nos hayamos preguntado por qué el agua, siendo una molécula formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno (H2O), es tan diferente ante nuestros ojos en cada uno de los estados. Cuando es un gas se nos hace invisible. El sólido forma el hielo, la nieve o la escarcha. El líquido llena lagos, lagunas, forma parte de los mares y es un constituyente de nuestra materia biológica, aproximadamente en un 60%.
Estas diferencias también tienen que ver con las cargas eléctricas. La nube electrónica, que gira alrededor de los núcleos de los átomos que forman a la molécula de agua, no es simétrica y eso hace que se forme un dipolo permanente, (nombre dado por la física o la química a la separación estable de cargas eléctricas de sentido contrario). Esto significa que la molécula de agua posee una zona con abundancia de electrones (-) y otra con déficit de los mismos (+), de modo que si las condiciones del ambiente son favorables, se juntaran entre sí, atraídas por las cargas opuestas de sus dipolos. Esta atracción pasará de molécula a molécula, y por la presencia del hidrogeno, que es un átomo tan pequeño, se genera un puente llamado puente de hidrógeno, que refuerza la atracción de los dipolos.
Cuando la temperatura ambiente ronda entre cero y 40 grados centígrados, el agua abunda en estado líquido, porque la atracción eléctrica entre las moléculas se ve favorecida, de modo que éstas se aglomeran atadas por las cuerdas que forman los puentes de hidrógeno.
Cuando la temperatura aumenta, las moléculas absorben calor y comienzan a adquirir mayor movilidad (energía cinética), de modo que aquellas que se encuentren cerca de la superficie líquida son capaces de romper la atracción molecular y pueden escapar al estado gaseoso. Allí están libres de toda interacción eléctrica y de toda atadura, por lo que el agua se hace invisible a los ojos. Pero sus moléculas aún siguen siendo H2O, sólo que en este estado se expanden y ocupan totalmente el espacio en el que se encuentran pues el gas no posee la propiedad de aglomerarse, lo que le confiere invisibilidad, siempre que no sea colorido.
Cuando la temperatura es lo suficientemente baja, es decir, desciende bajo cero, la nube electrónica de las moléculas refuerza su dipolo, de modo que al acercarse entre sí generan una estructura cristalina y, en el caso particular del agua, expanden su volumen. De este modo, se forma un sólido que posee menor densidad que la misma cantidad de materia en el estado líquido, lo que permite que el hielo flote sobre el agua líquida de una laguna preservando la vida que la habita.
Estos cambios de apariencia de la materia, que hemos ejemplificado con el agua, se deben exclusivamente a las interacciones eléctricas de las moléculas y, como consecuencia de ello, a la disposición que tienen en el espacio que ocupan. Una vez más, la electricidad cambia los aspectos de las sustancias de la naturaleza que nos rodea.
El átomo también se disfraza
Cuando un mismo átomo adopta diferentes formas o posiciones en el espacio, se presenta totalmente diferente, así como también cambian sus propiedades físicas, es decir, la dureza, el color, la textura. Así es que un mismo átomo puede presentarse como diferentes sustancias (variedades alotrópicas).
El átomo de carbono (C) tiene esta facilidad, si sus átomos se disponen en lugares rígidos en el espacio adoptando estructuras cristalinas, forma los apreciados diamantes, que se caracterizan por su extremada dureza y son utilizados por el hombre en la industria para cortar vidrios u otras sustancias duras, o bien en joyería, facetándolos para que refracten y reflejen a la luz y generen intensos colores irisados.
Cuando los átomos de carbono se disponen formando hexágonos, como los de un panal dispuestos en grandes placas planas y en el mismo plano horizontal, la sustancia que forman es el grafito, de color grisáceo abrillantado. El grafito se usa en electrónica por su poder conductor. También se fabrican con él las minas de los lápices. El carbón que tanto conocemos y usamos para generar calor tiene átomos de carbono con disposición irregular, porque proviene de la materia orgánica que ha sufrido transformaciones a lo largo del tiempo, quedando sólo el carbono como su representante.
La diversidad es sólo el producto de la electricidad, el vacío y la neutralidad dispuestos de tal modo que generen formas, colores, aspectos y propiedades variadas. Esas diferencias son sólo disfraces que esconden a la misma esencia.
