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Sobre átomos y moléculas hablaré en muchas entradas futuras y por ejemplo, sobre moléculas ya se habla en el artículo de la tensión superficial. Ahora explicaré un poco estos conceptos y os enseñaré un experimento muy interesante con el objetivo de que comprendáis una gran verdad: Toda la materia que nos rodea está muy, muy hueca.

Bueno, en realidad el objetivo es que al final tengáis esto de los átomos y las moléculas un poco mas claro que Cantinflas:

Los átomos son los constituyentes esenciales de la material, los ladrillos con lo que se construye todo lo que vemos, esto es, toda la materia que existe está compuesta por un elevadísimo número de átomos solitarios o unidos unos a otros en estructuras mayores. ¿Que quiere decir elevadísimo número? A modo de ejemplo, una mina de portaminas tiene una masa aproximada de 2 gramos y es carbono puro. Imaginad que cogemos la mina y la trituramos en un millón de trozos iguales, a continuación cogemos uno de esos trocitos y lo trituramos en un millón de trozos iguales y para terminar cogemos uno de los nuevos mini, mini, mini trocitos y lo volvimos a triturar en un millón de trozos iguales. Ahora elegimos uno de esas insignificantes porciones, ¿Cuántos átomos creéis que habría en ella? Aproximadamente ¡cien mil átomos! Los átomos son muy, muy pequeños.

La forma y la estructura de un átomo es un tema muy complejo, de hecho constituye todavía uno de los campos de la física con más enigmas por resolver. De manera muy simplificada diremos que un átomo está compuesto por una parte central pequeñísima llamada núcleo y una parte exterior llamada corteza. El núcleo es una agrupación de dos tipos de partículas distintas llamadas neutrones y protones cuya masa es prácticamente idéntica y que se diferencian en que los protones poseen carga eléctrica positiva y los neutrones no poseen carga eléctrica. La carga eléctrica es una propiedad de la materia a la que dedicaremos una entrada en el futuro. En la corteza exterior encontramos en continuo movimiento otra partícula denominada electrón cuya carga eléctrica es negativa y cuya masa es pequeñísima. Esto que os he descrito corresponde mayormente al Modelo Atómico enunciado por Ernst Rutherford en 1911. Actualmente este modelo ya está muy superado por los modelos basados en la mecánica cuántica pero para los objetivos de esta entrada, es perfectamente válido. Un dibujo de un átomo según Rutherford es:

Rutherford atom

Los átomos son capaces de unirse entre ellos y gracias a esto pueden existir objetos mayores que un átomo. Los átomos se agrupan en moléculas o en estructuras cristalinas y en esta entrada nos centramos en las moléculas. Una molécula es una agrupación de un número concreto de átomos. Hay moléculas de dos átomos como el oxígeno que respiramos cuya molécula está formada por dos átomos de oxígeno (O2), de tres átomos como el agua que bebemos (H2O, es decir dos átomos de Hidrógeno y uno de Oxígeno) o por miles de átomos como las moléculas de algunos plásticos. En un vaso de agua hay un número enorme de moléculas de agua, similar al número de átomos de la mina de lápiz. Estas moléculas de agua en un vaso no son libres sino que se atraen unas a otras y gracias a estas atracciones el agua líquida se mantiene unida. Cuando se calienta el agua lo suficiente estas atracciones se debilitan, las moléculas son casi libres y se expanden por todo el espacio, ahora lo que tenemos es vapor de agua, esto es, agua en estado gaseoso.

Volvamos al vaso de agua, si pudiéramos ver las moléculas sería algo así:

Moléculas de agua. Fuente: Kalipedia

Moléculas de agua. Fuente: Kalipedia

Lo que mas me interesa de esta foto es que veáis que no todo el espacio está lleno de moléculas, los huecos donde no hay moléculas corresponden a huecos de vacío. Es decir, ahí no hay nada de nada. La materia está compuesta por átomos, donde no hay átomos no hay nada. Y además volved a mirad el dibujo del átomo, entre el núcleo y la corteza qué es lo que hay: vacío. Y el dibujo está mal dimensionado para que se vea bien todas las partes. Para que os hagáis una idea de las proporciones reales: si un átomo correspondiera al tamaño de un estadio de fútbol el núcleo sería del tamaño del balón. ¡La materia está completamente llena de vacío!

Comprobar la existencia del hueco entre el núcleo y la corteza es muy complejo pero sí que es sencillo comprobar que existen los huecos entre moléculas de agua. Así de sencillo:

Cuanto mayor sea el volumen de agua y alcohol etílico (alcohol de farmacia) que mezcléis mejor se verá la diferencia. Si usáis medio litro de cada se ve perfectamente.

¿Qué es lo que está pasando? ¿Por qué medio litro de agua mas medio de alcohol no son un litro? Lo que sucede es que cuando se mezclan estos líquidos entre las moléculas de agua y de alcohol aparecen fuerzas atractivas grandes que aprietan las moléculas unas contra otras reduciendo los huecos entre ellas. El espacio vacío se reduce y por tanto las moléculas ocupan menos espacio y el volumen total es menor que la mezcla de volúmenes.

Pensad en lo sorprendente que resulta que en un vaso de agua no todo es agua y en que sabiendo un poquito de química se puede hacer una mezcla que nos demuestre que efectivamente los líquidos, como el resto de la materia, tienen muchos, muchos huecos. ¿Y por qué la foto de mi raqueta de tenis para ilustrar este post? Porque me parece un gran ejemplo para terminar de comprender la estructura hueca de la materia. En la raqueta, las cuerdas son las moléculas y entre cuerdas hay mucho hueco, exactamente igual que entre molécula y molécula. Si pusiéramos cien raquetas una encima de otra con distintas orientaciones y lo miráramos desde fuera parecería macizo, los huecos de una raqueta estarían tapados por las cuerdas del resto. Pues exactamente igual nos pasa con la materia, parece maciza porque existen millones de millones de millones de capas apiladas pero en realidad hay mucho vacío en ella.

PD: PAra los que tengáis cierto conocimineto de inglés, hoy me he encontrado este video. Poned los subtítulos presionando el botoncito de la parte inferior y disfrutadlo. ¡Es divertido!

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