El poder de los átomos

Todo en el universo se compone de diminutos átomos unidos para formar distintas estructuras, como si fueran los ladrillos de una construcción, aunque lo que los une no es cemento, sino la carga eléctrica.

Todo átomo tiene un núcleo en el centro; un conjunto de partículas de carga positiva llamadas protones y otras de carga neutra llamada neutrones. El pequeño núcleo está rodeado por partículas aún más pequeñas llamadas electrones, esta tienen carga negativa.

Normalmente hay el mismo número de protones y electrones. Como sus cargas son opuestas, los protones y electrones se atraen y esto hace que el átomo permanezca unido. Con este equilibrio el átomo es eléctricamente neutro.

Pero los electrones no sólo se sienten atraídos por el núcleo de su propio átomo a otro hace que se forme una especie de “pegamento de electrones” con el que se unen varios átomos.

Las posibilidades de enlace de un átomo dependen del número y disposición de sus protones y electrones, que varía en cada elemento de la tabla periódica. Los electrones rodean al núcleo en distintos niveles de energía llamados capas.

La capa más cercana al núcleo es la que contiene menos energía, y la que está más alejada es el nivel más alto de energía. Cada capa puede tener un número limitado de electrones. El nivel más bajo, por ejemplo, puede tener un máximo de dos electrones, el siguiente nivel puede tener hasta ocho.

Para conseguir la máxima estabilidad, los electrones se colocan en el nivel de energía más bajo en el que hay hueco.

El factor crítico en los enlaces químicos es el número de espacios libres en la capa externa del átomo, llamada capa de valencia. Cuando hay un número de espacios adecuado, los electrones pueden saltar de un átomo a otro, dos átomos pueden compartir un electrón o varios átomos pueden compartir una nube de electrones. Los átomos son más estables si sus capas de valencia están llenas, por ello los electrones se mueven para completar estas capas.

Cuando varios átomos se unen forman moléculas. Las moléculas pueden estar formadas de átomos idénticos, es decir, de átomos del mismo elemento, o pueden tener átomos de varios elementos. Una molécula con átomos de varios elementos se llama compuesto. Las moléculas forma la gran variedad de materiales que conocemos y nos gustan. La estructura de cada molécula, junto con la forma en la que está configurada, determina el tacto y comportamiento del material.

En términos generales, hay tres tipos de organización: gas, líquido y sólido. En los gases las moléculas se mueven libremente. En los líquidos las moléculas se unen de forma relajada, deslizándose unas sobre las otras como canicas en un cuenco.

En los sólidos, por su parte, las moléculas están colocadas en estructuras más rígidas, por eso no se mueven tan libremente. Dentro de estos grupos, las distintas combinaciones y disposiciones de los átomos dan una gama amplísima de cualidades y comportamientos. Incluso un grupo limitado de átomos idénticos con cambios estructurales puede dar enormes diferencias.

Por ejemplo, comparemos los diamantes y el grafito; ambos son disposiciones de átomos de carbono, pero es el resultado no tiene nada que ver. En un diamante, los fuertes enlaces covalentes unen a los átomos en una rígida estructura en rejilla. El resultado es el material más duro del planeta.

En el grafito, por el contrario, los átomos de carbono están dispuestos en capas, con enlaces muy débiles entre capa y capa, por esos se puede romper la punta de un lápiz al apoyarla contra el papel. La capacidad de combinación y disposición de los átomos da lugar a posibilidades ilimitadas. Los científicos han desarrollado miles de materiales nuevos y las combinaciones no se acaban.

Las reacciones químicas que intervienen en la recomendación los átomos también pueden ser muy útiles. El fuego, por ejemplo, es el resultado de una reacción química entre los compuestos de la madera (o de otro combustible) y el oxigeno desatada por un calor intenso.

Cuando quemamos madera se produce hollin y compuestos gaseosos de hidrógeno, carbono y oxigeno. Cuando los gases se calientan, los compuestos se separan y los átomos se recombinan con el oxigeno del aire para producir agua, dióxido de carbono, monóxido de carbono y nitrógeno; esto libera una gran cantidad de energía en forma de luz y calor.

“Las posibilidades de enlace de un átomo dependen de su número de protones y electrones y de su disposición, única para cada elemento”

Los humanos han manipulado los átomos desde siempre para crear nuevos materiales y generar energía aprovechable, aún cuando ni siquiera sabíamos que existía el átomo.

Recientemente los científicos han conseguido crear nuevos átomos, formando 20 elementos que no existen en la naturaleza, combinando núcleos existentes para crear núcleos súper pasados. Estos átomos fabricados se deshacen rápidamente pero pronto se conseguirán versiones estables.

En el siglo XX se extrajo la energía del núcleo atómico, consiguiendo tanto la energía como la bomba nuclear. Hoy se estudian componentes aún más pequeños: Quarks, leptones y bosones, y puede que se hagan descubrimientos que redefinan nuestro entendimiento del universo.