El átomo es la unidad de materia más pequeña que retiene su identidad como elemento químico. El nombre procede de la palabra griega que significa “indivisible”, y retenemos este nombre pese a que ahora sabemos que el átomo está compuesto de partículas aun más pequeñas.

La moderna teoría atómica data del filósofo natural inglés John Dalton, que publicó en 1808 un libro titulado “Nuevo sistema de filosofía química”. En este libro, Dalton propuso algo muy parecido a nuestra moderna teoría. Argumentó que para cada elemento químico hay un tipo diferente de átomo, y que diferentes materiales (lo que hoy llamaríamos compuestos químicos) son simplemente combinaciones diferentes de esos átomos.

John Dalton (1766-1844)

El primer modelo moderno del átomo fue propuesto por Niels Bohr, un joven físico danés, en 1912. El modelo es hoy conocido por los físicos como el átomo de Bohr. El rasgo central del átomo de Bohr es que los electrones pueden hallarse en órbitas a sólo ciertas distancias bien especificadas del núcleo. Las órbitas a esas distancias reciben el nombre de “órbitas permitidas” u “órbitas de Bohr”.

Niels Bohr (1885-1962)

Se necesita energía para que los electrones se muevan de una órbita más baja a una más alta, puesto que es preciso efectuar un trabajo para superar la fuerza de atracción ejercida sobre el electrón por el núcleo. Así, es preciso añadir energía al átomo para mover el electrón en esta dirección. Inversamente, si un electrón se mueve de una órbita superior a otra más baja, hay un exceso de energía de la que es preciso disponer.

Podemos observar que diferentes átomos poseen distintas órbitas de Bohr, puesto que la energía de un electrón depende de las fuerzas ejercidas sobre él por el núcleo y por los otros electrones, y ambos varían de un elemento al siguiente.

La emisión de luz corresponde a una transición de una órbita de Bohr más alta a otra más baja. Si por alguna razón un electrón se halla en una órbita más alta, puede saltar espontáneamente a otra más baja. Cuando hace eso, la diferencia de energía entre las órbitas inicial y final deja al átomo en la forma de un fotón. Éste es el proceso mediante el cual un átomo emite luz y otras formas de radiación electromagnética.

Cuando un átomo absorbe luz, los electrones se mueven de órbitas Bohr inferiores a otras superiores. La energía de un fotón puede ser absorbida por el átomo y usada para mover el electrón de una órbita inferior a otra superior.

La existencia de órbitas de Bohr explica que diferentes átomos desprenden colores distintos de luz. Cuando un electrón se mueve de una órbita a otra, debe absorber o emitir sólo una cantidad específica de energía.

Esto, a su vez, significa que cualquier átomo es capaz de emitir y absorber sólo esas mismas y discretas cantidades de energía. Puesto que la energía de un fotón se halla relacionada con la longitud de onda, y en consecuencia con el color, de su luz, cada átomo puede emitir y absorber sólo ciertos colores. Por eso, las luces de neón son rojas y las lámparas de vapor de sodio amarillas.

Un átomo absorbe lo mismo que emite. La absorción de luz por parte de un átomo corresponde al movimiento de un electrón hacia arriba entre dos órbitas, mientras que la emisión de esa longitud de onda de luz corresponde a mover un electrón hacia abajo entre las dos mismas órbitas.

Puesto que la diferencia de energía entre las órbitas no depende de la dirección del salto cuántico, de ello se deduce que si un átomo puede emitir un cierto color, también ha de ser capaz de absorberlo.

Los colores emitidos por un átomo son una “huella dactilar atómica”, porque no hay dos elementos que tengan exactamente las mismas órbitas de Bohr. Este hecho forma la base de la rama de la ciencia conocida como espectroscopia.

El hecho de que cada átomo emita y absorba un conjunto distinto de colores nos permite identificar la presencia de ese átomo en pequeñas muestras de material. Se acompaña un esquema del tipo de instrumento que puede usarse para analizar la luz de una muestra.

Los diferentes colores de luz emitidos por una muestra son desplegados por un prisma para proporcionarnos la “huella dactilar” de esa muestra en una placa fotográfica o (más normalmente) en un detector electrónico. El instrumento recibe el nombre de espectroscopio. Esa huella dactilar es distinta para cada átomo y molécula.

La espectroscopia ayuda a los astrónomos. A principios del siglo XIX, Auguste Comte, el fundador de la moderna sociología, publicó una lista de cosas que dijo que sería imposible llegar a realizar una. Entre las primeras de esa lista estaba el análisis de la composición química de las estrellas.

De hecho, el desarrollo de la espectroscopia en el siglo XIX nos permitió hacer precisamente eso. Observando la luz emitida por las estrellas, podemos detectar las huellas dactilares atómicas de los átomos presentes, aunque la estrella se halle a millones de años luz de distancia y nunca podamos poner nuestras manos sobre un trozo de ella.

Los físicos modernos tienen una extraña imagen del átomo. Puesto que se piensa en las partículas cuánticas como el electrón en términos de funciones ondulatorias en vez de partículas clásicas, piensan en los electrones como en nubes imprecisas que rodean el núcleo antes que como cosas análogas a planetas rodeando el Sol. Los lugares donde las nubes son más densas son donde es más probable que se halle el electrón.

Niels Bohr, físico danés y premio Nobel de física en 1922, propuso por primera vez el esquema del átomo con protones y neutrones, y electrones rodeándolo. De esta manera, fue un pionero de la teoría cuántica.

Según Sir Ernest Rutherford, presidente de la Sociedad Real Británica y Premio Nobel de Química en 1908, ocurrió la siguiente anécdota con Niels Bohr cuando era jovencito y estaba estudiando.

Esta es una historia que viene a demostrar la gran inteligencia de este hombre, amén de las buenas costumbres que nos pueden inculcar en la enseñanza para aprender a pensar y desarrollar de varias formas un problema de resolución evidente.

El suceso verídico empieza así:

“Hace algún tiempo, recibí la llamada de un colega. Estaba a punto de poner un cero a un estudiante por la respuesta que había dado en un problema de física, pese a que este afirmaba rotundamente que su respuesta era absolutamente acertada. Profesores y estudiantes acordaron pedir arbitraje de alguien imparcial y fui elegido yo.

Leí la pregunta del examen y decía: Demuestre como es posible determinar la altura de un edificio con la ayuda de un barómetro. El estudiante había respondido: llevo el barómetro a la azotea del edificio y le ato una cuerda muy larga. Lo descuelgo hasta la base del edificio, marco y mido. La longitud de la cuerda es igual a la longitud del edificio.

Realmente, el estudiante había planteado un serio problema con la resolución del ejercicio, porque había respondido a la pregunta correcta y completamente.

Por otro lado, si se le concedía la máxima puntuación, podría alterar el promedio de su año de estudio, obtener una nota mas alta y así certificar su alto nivel en física; pero la respuesta no confirmaba que el estudiante tuviera ese nivel.

Sugerí que se le diera al alumno otra oportunidad. Le concedí seis minutos para que me respondiera la misma pregunta pero esta vez con la advertencia de que en la respuesta debía demostrar sus conocimientos de física.

Habían pasado cinco minutos y el estudiante no había escrito nada. Le pregunte si deseaba marcharse, pero me contesto que tenia muchas respuestas al problema. Su dificultad era elegir la mejor de todas. Me excuse por interrumpirle y le rogué que continuara.

En el minuto que le quedaba escribió la siguiente respuesta: tomo el barómetro y lo lanzo al suelo desde la azotea del edificio, calculo el tiempo de caída con un cronometro. Después se aplica la formula altura = 0,5 por A por t^2. Y así obtenemos la altura del edificio.

En este punto le pregunte a mi colega si el estudiante se podía retirar. Le dio la nota mas alta.

Tras abandonar el despacho, me reencontré con el estudiante y le pedí que me contara sus otras respuestas a la pregunta. Bueno, respondió, hay muchas maneras, por ejemplo, tomas el barómetro en un día soleado y mides la altura del barómetro y la longitud de su sombra. Si medimos a continuación la longitud de la sombra del Edificio y aplicamos una simple proporción, obtendremos también la altura del edificio.

Perfecto, le dije, ¿y de otra manera?. Si, contestó, éste es un procedimiento muy básico para medir un edificio, pero también sirve. En este método, tomas el barómetro y te sitúas en las escaleras del edificio en la planta baja. Según subes las escaleras, vas marcando la altura del barómetro y cuentas el numero de marcas hasta la azotea. Multiplicas al final la altura del barómetro por el numero de marcas que has hecho y ya tienes la altura.

Este es un método muy directo. Por supuesto, si lo que quiere es un procedimiento mas sofisticado, puede atar el barómetro a una cuerda y moverlo como si fuera un péndulo. Si calculamos que cuando el barómetro está a la altura de la azotea la gravedad es cero y si tenemos en cuenta la medida de la aceleración de la gravedad al descender el barómetro en trayectoria circular al pasar por la perpendicular del edificio, de la diferencia de estos valores, y aplicando una sencilla fórmula trigonométrica, podríamos calcular, sin duda, la altura del edificio.

En este mismo estilo de sistema, atas el barómetro a una cuerda y lo descuelgas desde la azotea a la calle. Usándolo como un péndulo puedes calcular la altura midiendo su período de precesión.

En fin, concluyó, existen otras muchas maneras. Probablemente, la mejor sea tomar el barómetro y golpear con el la puerta de la casa del portero. Cuando abra, decirle: “Señor portero, aquí tengo un bonito barómetro. Si usted me dice la altura de este edificio, se lo regalo”.

En este momento de la conversación, le pregunte si no conocía la respuesta convencional al problema (la diferencia de presión marcada por un barómetro en dos lugares diferentes nos proporciona la diferencia de altura entre ambos lugares) evidentemente, dijo que la conocía, pero que durante sus estudios, sus profesores habían intentado enseñarle a pensar.”

Efectivamente, este joven era Niels Bohr.

Niels Bohr (1885-1962)

Via: Psicoactiva

La mayoría de los materiales se expanden cuando son calentados debido a que, cuando es añadido calor, los átomos se mueven más rápido. Podemos pensar que este movimiento movimiento es una alegoría en la que los átomos precisan “más espacio para mover los codos”. Como consecuencia de las temperaturas más altas, la mayoría de los materiales se expanden.

El agua no siempre se expande cuando es calentada. Es un hecho que cuando el agua se congela, se expande, cosa que podemos comprobar por ejemplo, cuando las cañerías de agua revientan en tiempo de frío.

Esta propiedad caracteriza no sólo la transición agua-hielo, sino también el agua a baja temperatura. De cero a cuatro grados centígrados, el agua se contrae a medida que es calentada. En otras palabras, el agua se halla en su estado más denso cuando está a cuatro grados, y en realidad es menos densa a temperaturas más bajas. Eso significa que el agua en el fondo de los océanos puede ser más cálida que la de profundidades superiores.

El fundirse y evaporarse implican ambos energía. Si calentamos un sólido, los átomos se mueven más y más rápido. Finalmente se alcanza un punto en el que los átomos no pueden ser mantenidos más tiempo en su estructura rígida y empiezan a soltarse. Cuando esto ocurre, el material cambia de sólido a líquido, y decimos que se funde.

Elevar la temperatura de un material más allá del punto de fundición requiere energía extra. Esto se debe a que además de aumentar la energía cinética de las moléculas, tenemos que romper las ataduras que mantienen unidos los átomos. A medida que la energía necesaria para romper esas ataduras es añadida a los sistemas, la materia permanece a una temperatura constante (la temperatura de fusión).

Por ejemplo, el funcionamiento de una antigua destilería depende del hecho que el punto de ebullición del alcohol es un poco menor que el del agua.

Lo mismo ocurre con un líquido que es hervido. En este caso, hay que añadir la energía necesaria para permitir que las moléculas escapen de la atracción de sus vecinas en el líquido y vuelen al aire.

El punto de ebullición de un líquido depende de la presión. La escapatoria de las moléculas de la superficie de un líquido calentado es más fácil si la presión externa del aire es inferior. Es por eso por lo que el agua hierve a una temperatura inferior a grandes altitudes que al nivel del mar.

Si alguna vez hemos intentado realizar una receta de cocina estando en las montañas, es probable que hayamos observado este fenómeno. Un huevo duro de diez minutos puede que tenga que ser hervido más de diez minutos en los Alpes.

Ya traté hace tiempo del fenómeno del cero absoluto, así que no hace falta que lo explique de nuevo. Al otro extremo de la escala de temperaturas, las reacciones a fusión, ya sea en armas o en laboratorio, se producen a temperaturas comparables a las del interior del Sol, que se supone que giran en torno a los 150 millones de grados centígrados.

En realidad, este fenómeno no se limita sólo a las manos. Las antenas son conductoras de electricidad, así que, en teoría, cualquier cosa capaz de transportar una corriente eléctrica podría comportarse como una antena.

Nuestro organismo puede disipar una parte de la energía que incide sobre él, aunque de forma reducida. Cuando vuelve al receptor, la señal que ha sufrido la influencia de nuestro cuerpo se combina con la enviada por el transmisor, de forma que la recepción puede tanto mejorar como resultar distorsionada.

El fenómeno es más obvio cuando el tamaño de lo que dispersa la señal es comparable a la longitud de onda de ésta. Por ejemplo, los movimientos de las manos pueden influir en la recepción de señales de VHF y UHF, pero apenas lo hacen si se trata de la AM, ya que su longitud de onda es de cientos de metros.

Aleación - Es un metal hecho de la mezcla de otros dos o más metales (o de un metal y metaloides). El latón, por ejemplo, es una aleación de cinc y cobre.

Coloide - Son pequeñas porciones de material (más grandes que moléculas) suspendidas en un líquido. El material no se disuelve, pero las partículas son tan pequeñas que todo el sistema actúa como un líquido. La mayonesa es un ejemplo de coloide.

Emulsión - Es una mezcla de dos o más líquidos en la que uno de ellos existe en forma de diminutas gotitas o partículas dentro del otro. La leche es un ejemplo de una emulsión, como lo son algunos aceites para ensalada.

Hoy en día, la termodinámica es la ciencia que nos habla del comportamiento de cosas como energía, calor residual y el uso eficiente de los recursos. También se ha desarrollado la ciencia que nos proporciona una de las mejores comprensiones de la relación entre el mundo a gran escala en que vivimos y el mundo del átomo.

El estudio del calor empezó con la invención de la máquina de vapor al principio de la Revolución Industrial. La necesidad de disponer de una mejor fuente de energía que los competidores empujó a los científicos ingleses, franceses y alemanes a desarrollar lo que hoy llamamos la termodinámica.

Se trató de un caso en el que la tecnología empujó la investigación básica antes que a la inversa.

Pinchar para obtener una imagen con más calidad aun.

La primera fotografía permanente, después de 10 años de pruebas previas con fotografías futiles, fue producida en 1826 por el inventor francés, Joseph Nicéphore Niépce y se titula “Punto de vista desde la ventana de Gras”, conservándose en la actualidad en la Universidad de Texas, y muestra una de las vistas a la calle desde la casa de Niépce.

Para plasmarla se utilizó una plancha de peltre (una aleación de zinc, plomo, estaño y antimonio), cubierta con un derivado del petroleo llamado Betún de Judea. Producida con una cámara, la imagen requirió una exposición de 8 horas durante la claridad de la luz solar.

Joseph Nicéphore Niépce (1765-1833)

El proceso posterior es fácil. El betún se endurece ante la luz solar, y el material que no se ha endurecido, se limpia con un disolvente de aceite esencial de lavanda y de aceite de petróleo blanco, mientras que la placa de peltre es abrillantada. De esta forma, queda una imagen en negativo que se cubre con tinta y se imprime en un papel.

Niépce entonces empezó a experimentar con compuestos de plata basados en el descubrimiento que hizo Johann Heinrich Schultz en 1724, donde una mezcla de plata y tiza se oscurecía al exponerse a la luz.

De todas formas, las fotografía de Niépce no persistían al paso del tiempo, y hubo que esperar a que Louis Daguerre empleara el yoduro de plata y el vapor de mercurio para obtener los resultados más duraderos.

Louis-Jacques-Mandé Daguerre (1787-1851)

Guía telefónica de Melbourne, de 1880

El primer listín telefónico se publicó en Estados Unidos el 21 de Febrero de 1878. Tenía tan solo 50 suscritos de New Haven, en el estado de Connecticut.

Lo curioso de este listín, que en realidad estaba conformado por una sola hoja, era que no contenía los teléfonos de las personas, sino sólo sus nombres. La función de este listín era meramente la de informar qué personas disponían de este exclusivo aparato. Luego había que llamar a una centralita, se daba el nombre del usuario, y ésta nos conectaba con el número.

Guía telefónica de Moscú, de 1930

El primer directorio telefónico británico se publicó en 1880, y las primeras páginas amarillas, sin embargo, fueron publicadas por la compañía The Reuben H. Donnelly, lo que lo convirtió en el primer directorio clasificado de teléfonos en 1886, sólo para Chicago, en el estado de Illinois.

Guía telefónica de Polonia, de 1948

Los terremotos son el resultado de la liberación de la energía almacenada en las rocas, una energía generada cuando las rocas son sometidas a compresión o tensión y reaccionan deformándose ligeramente. Al final se alcanza el punto de ruptura y la roca se rompe con un chasquido, liberando su energía almacenada. Esta energía crea los sismos.

Puesto que las rocas se mueven en relación unas con otras, los sismos se producen la mayor parte de las veces en los bordes de las placas. Así, la Falla de San Andrés, que representa el borde neutral entre las placas pacífica y norteamericana, es un lugar de terremotos muy conocido. Los mismo cabe decir de la región al norte de Turquía y al sur de la ex Unión Soviética, en el borde entre las placas anatolia y eurasiática.

Falla de San Andrés.

Los sismos crean ondas sísmicas. Hay muchos tipos distintos de ondas, entre las cuales las más importantes son las llamadas “P” y “S” (por “primeras” y “segundas”) . La onda P es una onda longitudinal, muy parecida a una onda de sonido. La onda S es una onda transversal en la que la roca se mueve hacia arriba y hacia abajo mientras la onda avanza. Esas dos ondas viajan por el interior de la Tierra y son una importante fuente de información sobre la estructura de nuestro planeta.

Un lugar donde las ondas sísmicas son importantes es en la detección de pequeñas explosiones nucleares subterráneas. La estrategia científica básica es ésta: una explosión empuja hacia fuera las rocas de su entorno en todas las direcciones, y en consecuencia es probable que cree mayormente ondas P. Un temblor de tierra, por su parte, tiende a empujar las rocas hacia los lados, y en consecuencia producirá más ondas S.

La gravedad de los seísmos es medida por la escala de Richter, llamada técnicamente escala de magnitud de Richter. La escala de Richter se basa en la cantidad de energía liberada por un sismo y la cantidad de daño causado en la superficie.

La escala está diseñada de tal modo que cada incremento de una unidad corresponde a un incremento de diez veces en la cantidad de energía liberada. Así, un terremoto que mida 7 en la escala de Richter es 100 veces más potente que uno que mida 5.

Un sismo de magnitud 2 probablemente será observado sólo por científicos. Uno de magnitud 5 no dañará los edificios bien construidos, pero puede derribar las estructuras deficientes o poco resistentes.

El 17 de Octubre de 1989, un terremoto en San Francisco midió 7,1 en la escala de Richter. Algunos geólogos temen que se produzca un terremoto de magnitud 8 a lo largo de la Falla de San Andrés en cualquier momento en el futuro. De ocurrir, sería un gran desastre.

Los geólogos estiman que la magnitud 9 es casi lo máximo que puede alcanzar un sismo…, las rocas simplemente no pueden almacenar más energía que eso.

El terremoto de San Francisco en 1906, es el mayor de la historia de Estados Unidos.

El Efecto Kaye ocurre en las emulsiones o líquidos viscosos, cuando se vierte ese líquido complejo sobre una superficie. Primero se forma un montoncito, hasta que llega un momento que de dicho montón, sale disparado un chorro que tiende a ascender para reencontrarse con el chorro que se estaba virtiendo.

La serpentina líquida es lanzada debido a una fractura en la débil superficie del líquido de la pila, apareciendo un agujero en el mismo. El grosor de la serpentina aumenta cada vez más y es continuo. El agujero termina agrandándose debido a la presión del líquido vertical que va cayendo, el cual hace que el chorro vaya ascendiendo.

Podemos probarlo de manera fácil y experimental con jabones o pinturas líquidas. El efecto es bastante fugaz, con una duración de unos 300 milisegundos.

Este efecto fue nombrado con el apellido del ingeniero británico Arthur Kaye, el descubridor de este principio sobre el año 1963.

Existen numerosos vídeos científicos en la red para comprobar el efecto, grabados a cámara lenta. Este de la Universidad de Twente en Holanda, es fabuloso, mostrando incluso la belleza del efecto al mezclarlo con luces láser.

Otro vídeo.

La forma en que se comporta cualquier tipo de materia depende de cómo se hallan unidos entre sí los átomos de esa materia. Cada propiedad de la materia se halla relacionada con los átomos como muestra la siguiente lista:

Presión - Cuando hinchamos un globo, bombardeamos montones de moléculas de aire en su interior. Esas moléculas van de un lado para otro dentro del globo y, cuando golpean su pared, rebotan. Cada rebote ejerce una diminuta fuerza en el globo, y la presión que podemos leer en un indicador de presión es sólo la suma total de todas esas fuerzas.

Presión del aire y el agua - Tanto el aire como el agua están hechos de moléculas, y ambos son en consecuencia capaces de ejercer una presión. Las moléculas en un cubo de agua en medio del océano, por ejemplo, ejercerán una presión contra todos los lados del cubo: arriba, abajo y hacia los lados.

Si imaginamos una columna de agua que se extiende hacia abajo en el océano, la fuerza de la gravedad hacia abajo sobre esa columna tiene que ser equilibrada por la fuerza hacia arriba ejercida por el agua debajo de ella. Así, cuanto más bajemos en el océano (o en la atmósfera), mayor será la presión. Al nivel del mar, por ejemplo, el aire ejerce una presión de 1 kilo por cm2.

Flotabilidad - Si metemos algo en el agua, se ejercerá una presión sobre ello. El resultado de esta presión es una fuerza hacia arriba a la que llamamos flotabilidad. Esta fuerza es igual al peso del agua desplazada por el objeto, de modo que si el objeto es menos denso que el agua, flotará. De otro modo, se hundirá.

Podemos pensar por ejemplo, que cómo un transatlántico puede flotar si el hierro es más pesado que el agua. Pues debemos pensar que la cantidad de agua desplazada por el barco, es igual al volumen de hierro más el aire dentro del casco. Si el barco estuviera lleno de agua (o de hierro), se hundiría.

Adhesión y cohesión - Cuando las moléculas de un material son atraídas a otras moléculas del mismo material, llamamos a esa fuerza cohesión. Es la fuerza que mantiene las cosas juntas. Cuando moléculas de diferentes materias son atraídas unas a otras, la fuerza recibe el nombre de cohesión. Esta fuerza, hace que una cosa se pegue a otra. En ambos casos, sin embargo, la base para la fuerza es la atracción entre átomos.

Adhesión y cohesión

Tensión superficial - Las fuerzas cohesivas dentro de un líquido tienden a hacer que el líquido adopte forma esférica. Cuando una gota de agua “forma una cuenta” sobre un impermeable, es la fuerza de cohesión la que la mantiene así. Los físicos piensan en los efectos de la cohesión como en una fuerza que mantiene la superficie unida, y llaman a esa fuerza tensión superficial.

Elasticidad - Es la propiedad de los sólidos que les hace volver a su forma original cuando han sido deformados. Cuando doblamos una pieza de metal, sus átomos ejercen una fuerza que se opone al doblado. Tan pronto como la soltamos, las fuerzas interiores actúan y el metal vuelve a su posición original.

Compresibilidad - Puesto que las fuerzas entre los átomos pueden volverse repulsivas si los átomos son apretados demasiado juntos, los materiales se resisten a las fuerzas exteriores que intentan comprimirlos. Algunos materiales, como el acero y el agua, se resisten muy fuertemente. Otros, como el aire, no.

Fuerza tensora - Del mismo modo que los materiales se resisten a que sus átomos sean comprimidos juntos, se resisten también a que sean separados. La fuerza tensora mide la fuerza requerida para superar las fuerzas de atracción entre átomos y separarlos. El acero tiene también una alta fuerza tensora: resulta difícil separar sus átomos, aunque sea fácil romperlo.

Ósmosis - Si dos soluciones son separadas por una membrana, el agua (pero no las moléculas en solución) puede moverse a través de la membrana, cambiando la concentración de la solución de ambos lados. Esto recibe el nombre de ósmosis. Cuando la piel presenta un aspecto arrugado después de estar en la bañera demasiado tiempo, es porque el agua ha fluido dentro de nuestras células por ósmosis.

Difusión - Cuando las moléculas de dos fluidos distintos se unen el movimiento molecular normal, da como resultado que dos conjuntos de moléculas se entremezclen. Este proceso recibe el nombre de difusión. Si dejamos caer una gota de tinta en un vaso de agua, podemos seguir el rastro de la difusión a medida que la tinta se expande.

Puesto que la difusión depende sólo del movimiento de las moléculas, puede aparecer en lugares inesperados. Es bien sabido de los ingenieros, por ejemplo, que los gases pueden difundirse en (e incluso a través de) contenedores metálicos. Los científicos espaciales tienen que preocuparse por los gases que se difunden a través de las pareces de la nave espacial en las misiones largas.

Capilaridad - Si metemos un tubo delgado hueco en un líquido, el líquido ascenderá dentro del tubo con respecto al nivel exterior. Este efecto recibe el nombre de capilaridad. Funciona de esta forma: el empuje hacia abajo de la gravedad sobre el líquido en el tubo es superado por la fuerza de adhesión entre el líquido y las pareces del tubo. Es la capilaridad la que alza el agua en las plantas.

Para un tubo de un tamaño determinado, hay un límite a lo alto que puede ascender un líquido. El peso de la columna líquida no puede exceder a la fuerza de ascensión ejercida por la cohesión.

ETANOL

Es el ingrediente activo en las bebidas alcohólicas. Su principal efecto proviene del hecho de que tiene la forma adecuada para ser reconocido por los receptores de las células nerviosas.

Cuando el alcohol se enlaza con esos receptores, cambia la forma de los canales que permiten el paso de los productos químicos al interior de la célula, y en consecuencia afecta al trabajo del nervio.

Un cierto número de tranquilizantes actúan exactamente del mismo modo. Por eso resulta a menudo muy peligroso tomar tranquilizantes y alcohol al mismo tiempo.

SACARINA

Una del gran número de edulcorantes artificiales. La sacarina tiene un sabor dulce porque se enlaza con los receptores de proteínas en las papilas gustativas de la lengua aproximadamente del mismo modo que lo hacen los azúcares.

Sin embargo, no es metabolizada por el cuerpo humano, y en consecuencia no añade calorías. La sacarina fue descubierta en 1879 y se empezó a producir a principios del siglo XX.

CAFEÍNA

Esta sustancia es el estimulante en el café y el té. Su efecto sobre el cuerpo humano es algo indirecto. Lo que hace es pasar como adenosintrifosfato (ATP), la moneda universal de energía en las células, bloqueando en consecuencia la producción de enzimas que inhiben la producción de ATP.

El efecto de la cafeína, entonces, es incrementar la producción de ATP. Una pariente cercana de la cafeína, llamada teobromina, es el estimulante en el chocolate.

El científico ruso Dimitri Mendeléiev inventó la tabla periódica de los elementos. Descubrió que si se listan los elementos en orden creciente de peso y luego se dispone tal y como se muestran: dos elementos en la primera hilera, ocho en la segunda y tercera, dieciocho en la siguiente, y así sucesivamente, se hace evidente una regularidad más bien extraña.

Dimitri Ivanovich Mendeléiev (19834-1907)

Si se leen de arriba a abajo las columnas de esta tabla, los elementos químicos tienen todos similares propiedades químicas. Por ejemplo, hidrógeno, litio, sodio, potasio, etc. (todos los elementos de la primera columna) son extremadamente reactivos químicamente: les gusta combinarse con otros átomos.

Por otra parte, los elementos helio, argón, neón, etc. (los elementos de la última hilera) son todos muy estables y reluctantes a entrar en combinaciones químicas.

Cuando Mendeléiev dispuso la tabla descubrió que había dos huecos: agujeros donde debería haber elementos pero no los había. Esos agujeros corresponden a los elementos que ahora llamamos escandio y germanio. Cuando fueron descubiertos, el poder predictivo de la tabla periódica quedó establecido.

La estructura de la tabla periódica es un reflejo de las leyes subyacentes de la mecánica cuántica. En particular, parece ser una manifestación de algo conocido como el principio de exclusión de Pauli. Este principio dice que dos electrones no pueden ocupar el mismo estado.

Wolfgang Ernst Pauli (1900-1958)

Si imaginamos que construimos la tabla periódica añadiendo electrones uno a uno a las órbitas en torno al núcleo, entonces hay un número limitado de lugares donde poner los electrones en cada órbita.

Por ejemplo, sólo hay dos lugares disponibles en la órbita más interna. Así, si deseamos añadir un tercer electrón, no podrá ir en la órbita inferior, sino que tendrá que ir en la superior siguiente.

Esta siguiente órbita puede acomodar ocho electrones, como la siguiente, y así sucesivamente. De hecho, hay una exacta correspondencia entre el número de espacios para los electrones en una órbita y el número de elementos en la hilera correspondiente de la tabla.

Podemos pensar en construir la tabla llenando órbitas de electrones ( o “capas” si usamos la jerga química), luego iniciando una nueva hilera después de que cada capa haya sido llenada.

Los átomos en la misma columna en la tabla periódica tienen el mismo número de electrones en la capa más externa, y en consecuencia tienen propiedades químicas similares.

Imágenes de la tabla periódica más detallada y otra más gráfica de poster. Pinchar para agrandar.

En algunas sustancias, la transición de sólido a líquido no es directa, sino que se verifica a través de un estado intermedio: el de cristal líquido.

Este nuevo estado de la materia reúne ciertas ciertas características de los sólidos cristalinos junto con ciertas propiedades de los líquidos.

En eso radica su interés para dispositivos de visualización, los conocidos displays: televisores, relojes, etc… También se halla en cosméticos y tejidos resistentes al fuego.

La desintegración radiactiva es la piedra filosofal definitiva, la piedra que los alquimistas creían que podía convertir el plomo en oro o, más generalmente, un elemento químico en otro.

La energía implicada en la radiactividad procede de la conversión de masa. Si medimos las masas de los productos finales de una desintegración radiactiva, hallaremos que tienen menos masa que el núcleo original.

La diferencia entre las masas de antes y después es convertida en energía según la ecuación E=mc2, y es esta energía la que vemos como la energía asociada con la radiación.

Puesto que la desintegración alfa y beta cambia el número de protones en un núcleo, también cambia la identidad química del átomo del que ese núcleo forma parte.

Tras la desintegración alfa, un núcleo podrá contener dos electrones menos de los que tenía antes de la desintegración. Los dos electrones “extra” terminarán alejándose, dejando tras ellos un átomo que tiene dos electrones menos en órbita.

Este átomo, por supuesto, será identificado como un miembro de una especie química distinta del átomo original.

Una forma de pensar en la desintegración beta de un núcleo es imaginar que uno de los neutrones dentro del núcleo sufre una desintegración beta, produciendo un núcleo que tiene un protón más y un neutrón menos.

Siempre hay electrones libres vagabundeando por ahí en la Naturaleza, y uno de ellos es atraído finalmente al átomo. El resultado final es que nace un nuevo elemento químico, uno con un electrón más en órbita de los que originalmente había allí. De nuevo, un elemento químico nuevo ha reemplazado al viejo.

Puesto que la desintegración gamma sólo implica una reorganización de protones y neutrones, no cambia un elemento en otro.

El uranio 238 se desintegra a través de una emisión alfa. El uranio tiene 92 protones en el núcleo, así que el núcleo hijo de esta desintegración tendrá 90 protones y una masa total de 234 (238 - 4). El producto, de hecho, será lo que los químicos llaman torio 234 (234Th).

La desintegración de un núcleo aislado raras veces es toda la historia en una desintegración radiactiva, puesto que la mayor parte de las veces los núcleos hijos (el resultado de la desintegración) son también radiactivos.

Así, la desintegración original da nacimiento a un hijo que se desintegra, y ese núcleo se desintegra en otro, y así sucesivamente. Esta cadena de acontecimientos recibe el nombre de desintegración en cadena. La cadena sigue adelante hasta que se produce un núcleo estable.

Como consecuencia de la existencia de desintegraciones en cadena, una muestra pura de un elemento dado se hallará pronto mezclada con otros elementos. Por ejemplo, el U-238 se desintegra en torio. El torio luego se desintegra mediante emisiones beta en un elemento llamado protactinio, que a su vez se desintegra mediante emisión beta. Este proceso de desintegraciones sucesivas sigue adelante hasta que se alcanza el núcleo estable plomo 208.

La gente es consciente de los riesgos para la salud asociados a la acumulación de radón en las casas. El radón es uno de los elementos en la cadena de desintegraciones que conduce del uranio al plomo. Así, siempre es producido por las desintegraciones nucleares en el suelo. Una vez producido un átomo de radón, su movimiento futuro es gobernado por su química que, en este caso, dicta que no debe unirse a materiales de su alrededor sino que en vez de ello debe filtrarse al suelo y a los sótanos de las casas.

Los núcleos radiactivos no se desintegran todos a la vez. Se desintegran a lo que parecen ser intervalos al azar. Observar esos núcleos desintegrarse es algo muy parecido a observar el proceso de elaboración de palomitas de maíz, con los granos de maíz estallando a diferentes intervalos.

El número que se utiliza normalmente para medir la velocidad a la que se desintegran los núcleos radiactivos recibe el nombre de vida media. Se define como el tiempo que necesitan la mitad de los núcleos de un material dado para sufrir desintegración. Así, si empezamos con mil átomos, la vida media será el tiempo que tendremos que esperar para que nos queden solamente quinientos.

Las vidas medias de los isótopos nucleares pueden alinearse desde miles de millones de años a microsegundos. Algunos ejemplos:

uranio 238 4.600 millones de años
carbono14 5.730 años
radón 222 3,8 días
uranio 239 23,5 minutos
carbono 10 19,4 segundos

La respuesta la encontraron las destilerías escocesas en 1761. La madera era cara y, para reducir el gasto de combustible, recurrieron al químico Joseph Black.

Este se dio cuenta de que para mejorar el proceso debía comprender por qué los helados tardan en derretirse. Black descubrió que, mientras se licúan, la temperatura no sube porque todo el calor se invierte en cambiar la forma del agua, de sólido a líquido.

Sólo cuando todo se haya fundido la temperatura subirá. Así Black obtuvo la mínima cantidad de madera necesaria para evaporar un volumen dado de whisky.  Posteriormente, este fenómeno inspiró a Watt para diseñar la máquina de vapor.

La mayor parte de la energía eléctrica es generada mediante el uso de la inducción. En un generador eléctrico, se usa alguna fuente de energía (la combustión del carbón, la caída del agua, etc.) para hacer girar un eje.

El eje que gira está unido a una bobina de hielo eléctrico situada entre los polos de un imán, y el hecho de que la bobina gire en un campo magnético significa que se producirá en ella una corriente.

Esta corriente es luego recogida y transportada a través de líneas de energía, y finalmente llega a nuestras casas para hacer funcionar nuestra cocina, nuestras luces, nuestro equipo de música y todos los demás aparatos electrodomésticos.

Los generadores que utilizan la inducción electromagnética producen normalmente corriente alterna. Resulta que cuando una bobina de hilo es hecha girar en presencia de un campo magnético, la corriente en el hilo fluirá en un sentido la mitad del tiempo y en el otro sentido la otra mitad.

Puesto que virtualmente toda la electricidad comercial en la mayoría de países es producida por generadores rotatorios, toda se presenta en esta forma, que recibe el nombre de corriente alterna (CA).

Los generadores de las centrales de energía giran unas 50 veces por segundo, o sea, que la corriente eléctrica está ajustada a unos 50 hercios (60 en América) o lo que es lo mismo, cien cambios de dirección por segundo. A estos ciclos por segundo también se les llama frecuencia de red. La palabra hercio proviene del físico alemán H.R. Hertz, que le dio nombre.

Heinrich Hertz (1857-1894)

Usamos transformadores todo el tiempo, aunque no nos percatemos de ello. En un transformador simple, la corriente eléctrica pasa por una bobina de hilo. Esta corriente crea un campo magnético que a su vez hace que una corriente fluya a la segunda bobina. Así, una bobina afecta a la otra aunque en realidad no se toquen.

La corriente de 230 (ó 220 en América) voltios que sale de los cables de nuestra casa es normalmente disminuida por un transformador cuando llega a nuestro ordenador, televisión u otros aparatos eléctricos. Podemos reconocer un transformador porque tienden a ser mas bien grandes y pesados, con miles de vueltas de hilo enrolladas en torno a un núcleo de hierro.

Por razones técnicas, es más económico transferir la electricidad de las centrales eléctricas a nuestra casa a voltajes muy elevados. Debido a ello, las líneas de energía que salen de las principales centrales eléctricas son en general de 500.000 voltios o más.

Esas líneas están sostenidas por grandes torres metálicas que podemos ver por ejemplo, cuando vamos por el campo. Antes de ser introducida a una línea de transporte, la electricidad es pasada por un transformador que incrementa el voltaje y disminuye la corriente. Es distribuida por la ciudad a unos 13.800 voltios.

Antes de que llegue a nuestra casa, pasa por otro transformador y es reducida a 230 ó 220 voltios. Podemos ver esas estaciones transformadoras finales en las líneas de alta tensión: su aspecto es como grandes cubos metálicos para la basura.