La materia se disfraza

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.