Ciencia Fácil Número: 241
Serie: Una mirada de la química diferente.
La
materia se disfraza
La sabiduría de la naturaleza propicia una
múltiple diversidad que en realidad se basa en lo simple.
La
materia es componente universal y se manifiesta mostrando enormes variedades,
pero esa diversidad sólo es aparente. La disposición de los átomos en la
molécula influye enormemente en la expresión exterior de la sustancia.
El disfraz del átomo
En el núcleo atómico, extremadamente
pequeño, hay cargas positivas (protones) y elementos neutros (neutrones) que lo
empastan para que no haya rechazo eléctrico, fuera de él
los electrones, o cargas eléctricas negativas, neutralizan la carga nuclear,
girando vertiginosamente en un enorme espacio vació y en zonas determinadas
según su energía. Cuando la materia es neutra la cantidad de electrones iguala
a la cantidad de protones de los núcleos que la conforman, cuando no lo es,
siempre hay déficit o abundancia de electrones.
Un
átomo aislado se
diferencia de otro, sólo por la cantidad de cargas positivas que posee en su
núcleo. El Hidrógeno (H) tiene una sola carga positiva, cuando ese
núcleo adquiere una más, deja de ser
hidrógeno para llamarse Helio (He) con propiedades totalmente diferentes. Mientras
el hidrógeno es capaz de combinarse con una gran variedad de átomos, el Helio es el primer gas inerte que
como buen noble, no tiene necesidad de combinación, porque posee el primer
nivel energético completo que le confiere un estado ideal. No busca electrones
para estabilizarse.
Otro ejemplo podría ser el Plomo (Pb) que sólo se diferencia del Oro (Au) por
tener en su núcleo tres protones más.
Comenzando
por el hidrógeno y aumentando de a uno el número de protones de los núcleos atómicos, se obtienen todos
los elementos que conforman la materia que nos rodea, y de ese modo recorremos
la conocida tabla periódica de la
química.
Los
átomos de la naturaleza se diferencian unos de otros por las cargas de sus
núcleos.
Cuando un mismo átomo dentro de la
sustancia que conforma adopta diferentes posiciones espaciales, la apariencia
de las sustancias que constituyen se presentará totalmente diferente. Las propiedades físicas cambiarán, como la dureza,
el color, la textura. Esta propiedad de
la materia recibe el nombre de Alotropía y los estados que muestran
las sustancias se llaman estados alotrópicos.
El
átomo de carbono (C) tiene
esta facilidad. Si los carbonos se disponen en lugares rígidos en el espacio ocupando
vértices que pertenecen a cuerpos geométricas determinados, generará una
sustancia cristalina conocida como diamante
que se caracteriza por su extremada dureza y es utilizada por el
hombre en la industria, para cortar vidrios u otras sustancias duras, o bien en
joyería para que facetada refracte y refleje la luz y forme parte de hermosas y valiosas joyas.
Cuando
los átomos de carbono se disponen formando hexágonos como los de un panal de
abejas dispuestos en grandes placas planas en un mismo
plano horizontal, la sustancia se manifiesta como grafito, de color grisáceo abrillantado, con uso
en electrónica por su poder conductor y para fabricar minas de lápices porque
es capaz de deslizarse sobre un papel
dejando marcas.
Cuando
los átomos de carbono se disponen en forma irregular constituyen el conocido carbón que usamos
para generar calor y proviene de la materia orgánica que ha sufrido
transformaciones naturales a lo largo del tiempo quedando de ella sólo el
carbono como representante.
La materia también se disfraza
Así
como los átomos cambian la expresión de su
apariencia según su conformación eléctrica y disposición en el espacio, las
moléculas también muestran diversidad en la expresión de la sustancia que
conforman según las fuerzas de atracción entre ellas.
Los estados de la materia son ampliamente
conocidos por todos, interaccionamos con los más comunes desde la infancia: el
sólido, liquido o gaseoso. Quizás nunca nos hayamos preguntado por qué el agua
siendo una molécula formada por dos
átomos de hidrógeno y uno de oxígeno (H2O) se muestra tan diferente en cada
uno de los estados.
·
El gas se hace invisible.
·
El sólido forma el hielo, la nieve o la escarcha.
· El líquido llena lagos,
lagunas, forma parte de los ríos y los mares y es el constituyente de nuestra
materia biológica aproximadamente en un 60%.
El agua en los tres estados está
constituida molecularmente igual, sin embargo la sustancia se manifiesta de formas
diferentes, según sea el estado en que se encuentre.
Estas diferencias también tienen que ver con la electricidad. 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 posea un
dipolo permanente,( nombre dado por la física o la química a la separación
estable de cargas eléctricas de sentido contrario), es decir el agua tiene una zona con abundancia de electrones(-) y otra
con déficit de los mismos(+).
Las condiciones de presión y temperatura influyen
sobre el predominio de los estados. Cuando la temperatura ambiente ronda sobre
el cero y los 40 grados o más las moléculas se atraen a través atraídas de las cargas opuestas de sus
dipolos. Esta atracción pasará de molécula
a molécula y la presencia del hidrógeno la refuerza mediante el puente
de hidrógeno. El agua abunda en estado líquido las
moléculas se aglomeran, atadas por las cuerdas de los puentes.
Cuando la temperatura aumenta por alguna
acción exterior las moléculas absorben calor y comienzan a adquirir mayor
movilidad (energía cinética), aquellas que se encuentren cerca de la superficie
liquida serán capaces de escaparse de la masa líquida y pasar al estado
gaseoso, donde estarán libres de toda interacción eléctrica y sin atadura, haciéndose
invisibles a nuestros ojos, pero no modificando su intimidad molecular, seguirán
siendo: H2O, ocuparán totalmente el
espacio en donde se encuentren, sin aglomerarse. Éste es el secreto de su invisibilidad.
Cuando la temperatura es lo suficientemente baja como para descender del cero, la nube electrónica de la molécula
refuerza su dipolo y al acercarse entre sí generan una estructura cristalina que
en el caso particular del agua expande su volumen formando un sólido que posee menor densidad que la misma cantidad
de materia en estado liquido, propiedad que hace que el hielo flote sobre el estado
liquido. En el caso particular de una
laguna esta propiedad preserva la vida
que habita en la misma.
Estos cambios de apariencia de la materia
que hemos ejemplificado con el agua, se deben exclusivamente a las
interacciones eléctricas de las moléculas y a la disposición de éstas en el
espacio que ocupan. Una vez más la electricidad cambia el aspecto de la sustancia.
La
diversidad es sólo consecuencia de la
electricidad, las moléculas se disponen en diferentes formas espaciales y así
generan propiedades variadas. Esas diferencias son sólo disfraces que esconden
en su esencia una simplicidad maravillosa. La realidad es sólo apariencia.
