Enrique Gracián - Construir el mundo

Se puede visualizar un átomo como si fuera un sistema solar en miniatura, con el núcleo en el centro y los electrones describiendo órbitas circulares a su alrededor. Este fue el modelo que utilizó Bohr 1en su momento.

Según esto, un átomo de carbono se vería así:

Descubrimientos posteriores dieron al traste con esta imagen. Y es que los electrones son partículas de naturaleza tan escurridiza que ni siquiera pueden ser ubicados con precisión en un lugar concreto del espacio. Se mueven en el interior de «nubes» de diferentes formas que se corresponden con las zonas en la que hay más probabilidad de encontrarlos. Entender a fondo la estructura del átomo requiere adentrarse en los vericuetos de la mecánica cuántica, un mundo fascinante y de una singular belleza, pero que queda fuera de los objetivos de este libro. De manera que en lo que sigue voy a adoptar el tranquilizador modelo del sistema planetario en miniatura 2. Sabemos que las cargas eléctricas del mismo signo se repelen y las de signo contrario se atraen. De manera que los electrones son atraídos por los protones del núcleo.

Tengo una pregunta.

Ahora no.

Los electrones poseen una cierta cantidad de energía que les permiten vencer la fuerza de atracción de los protones, por tanto, cuanta mayor sea la energía de un electrón más lejos estará del núcleo o, lo que es lo mismo, mayor será el radio de la órbita en la que se moverá.

La distribución de los electrones en las diferentes órbitas puede parecer caprichosa. Por ejemplo, los 29 electrones de un átomo de hierro se distribuyen así:

Hay reglas para saber cuántos electrones hay que colocar en cada una de las órbitas, pero aquí lo que nos interesa ahora es lo que sucede en la última.

1 Niels Bohr (1885-1962), físico danés que construyó el primer modelo atómico basado en conceptos cuánticos. Recibió el premio Nobel de Física en 1922.

2 Aun así, estas complejas formas de los orbitales se estudian actualmente en los cursos de Química de enseñanza secundaria. Un dato a tener en cuenta.

Entre el núcleo y la última órbita de electrones hay una cierta distancia, lo que da sentido a poder hablar de radio atómico, una magnitud que, en principio, será diferente para cada átomo. En este sentido, se puede decir que hay átomos más grandes que otros. En el casillero, el radio disminuye cuando nos desplazamos hacia la derecha y aumenta cuando nos desplazamos hacia abajo. En términos relativos, las distancias que hay entre el núcleo y los electrones que orbitan en el último nivel son muy grandes. Si, por ejemplo, el núcleo midiera 10 cm, el radio de la órbita exterior debería medir unos 10 km. O sea que entre el núcleo y la última órbita hay una enorme distancia en la que solo hay electrones, que es como decir que no hay casi nada.

De manera que esto que llamamos materia es algo formado por un inmenso vacío en el que apenas hay nada tangible. Y, además, ese poco que hay ni siquiera lo podemos tocar. Cuando dos átomos se acercan el uno al otro, los electrones de la última capa de uno se aproximan a los electrones de la última capa del otro y como son cargas del mismo signo se repelen. En general las fuerzas de repulsión dependen de la distancia que separa los cuerpos, de manera que, en este caso, cuanto más intentemos acercar las cargas, mayor será la fuerza de repulsión entre ellas. La fuerza eléctrica, de la que luego hablaré más a fondo, es una fuerza extraordinariamente potente. A su lado, la fuerza de la gravedad es un chiste, especialmente en la distancia corta. Para hacer una comparativa a escala atómica: si la fuerza gravitatoria valiese 1, entonces la eléctrica valdría un billón de billón de billones de veces más. Además, repito, tiene la particularidad de aumentar escandalosamente cuando las cargas se aproximan. De manera que, de momento, aceptemos esta realidad: dos átomos no pueden tocarse nunca. Y dos objetos materiales tampoco, ya que están formados por átomos.

Pero yo veo que se tocan.

Solo lo parece. Es más una sensación que otra cosa.

Cuando pones la mano encima de una mesa, la nube de electrones de la última capa de tu mano está siendo repelida por la correspondiente nube de última capa de electrones de la superficie de la mesa. Cuando dos personas se dan la mano sucede lo mismo: electrones repeliendo electrones. Este es el sentido físico de la frase «caminamos sobre una nube de electrones» que, todo hay que decirlo, tiene un cierto toque poético.

De manera que en el mundo no existe la contigüidad. Todos los objetos están separados entre sí por una cierta distancia, que puede llegar a ser tan pequeña como se quiera, pero que nunca llega a ser cero. Los átomos, los protones, las estrellas o las galaxias son objetos aislados.

Y también los seres humanos.

Se trata de un aislamiento esencial del que todos tenemos una clara percepción. Aunque estemos rodeados de una infinidad de seres, animados e inanimados, sabemos que solo podemos establecer relaciones desde nuestro aislamiento esencial.

La posibilidad de poder abandonar este aislamiento es una entelequia que algunas corrientes filosóficas y la mayoría de las religiones se plantean como objetivo.

Estas fuerzas, como todas las fuerzas, delimitan sus campos de acción, establecen fronteras virtuales. Algo que puedes comprobar haciendo un sencillo experimento. Imagina que tienes una comida con alguien a quien acabas de conocer y con quien no has establecido todavía un vínculo de confianza. Estáis sentados uno frente a otro. Virtualmente la mesa está dividida por la mitad. Cada uno tiene su territorio. Haz la siguiente prueba: avanza tu copa o alguno de tus cubiertos hasta entrar en campo contrario. Ha de ser un movimiento sutil, no se trata de poner tu tenedor encima de su plato. Enseguida notarás en la otra persona un cambio de actitud y un cierto nerviosismo que, en un principio, no sabrá de dónde procede. Ocurre que has empezado a invadir su territorio y se ha disparado una alarma como consecuencia de la fuerza de repulsión, una fuerza que tiene su propio radio de acción que, naturalmente, varía según las personas y los escenarios.

En este orden de cosas imagina lo que puede llegar a ser el verte obligado a compartir durante horas un espacio reducido, como podría ser la caja de un ascensor. Se calcula que el espacio mínimo que se necesita para convivir en un recinto cerrado es de veinte metros cuadrados por persona, cifra por debajo de la cual empieza el hacinamiento, con todas las consecuencias que esto supone y que son muchas y poco deseables. Este es uno de los problemas serios, aún sin resolver, de los viajes espaciales de larga duración, como lo sería un viaje a Marte, en el que los tripulantes han de compartir el exiguo espacio de una nave espacial durante un par de años.

Lo que quiero poner de manifiesto aquí es que las consecuencias psicológicas de una situación crítica, como lo es en este caso el hacinamiento, tienen un origen físico y se rigen según las leyes de la naturaleza.

Esto ha sido un inciso.

Sí.

Volviendo al tema de la construcción de la materia; la pregunta es: ¿cómo se hace para que unos cuantos trillones de átomos estén juntos y podamos tener la sensación de que tocamos algo de materia?