Aunque las moléculas no se pueden ver, comprender qué son puede ser útil para desmentir algunas de las sandeces que se dicen sobre ellas.
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| Una molécula es un conjunto de átomos unidos por enlaces químicos |
A pesar de que todo en el mundo
físico depende de la actividad molecular, las encuestas revelan que solo cuatro
de cada diez personas comprenden que los electrones son más pequeños que los
átomos y solamente una de cada diez sabe qué es una molécula.
Las moléculas son los componentes
fundamentales de la materia. Están formadas por átomos, que a su vez están
compuestos por partículas aún más pequeñas: protones, neutrones y electrones. Las
moléculas son partículas inconcebiblemente pequeñas: aproximadamente 100.000
moléculas de agua podrían caber en el grosor de uno de tus cabellos.
Nadie había visto una molécula
hasta 2009, cuando, mediante un microscopio de fuerza atómica ultrasofisticado,
científicos de IBM lograron
fotografiar el pentaceno y el mundo pudo ver claramente una molécula compuesta
por cinco anillos de benceno fusionados.
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| Estructura interna de una molécula de pentaceno, de 1,4 nanómetros de longitud. Abajo, modelo de la misma (los átomos grises son de carbono y los blancos de hidrógeno). Fuente: IBM |
Si nadie las había visto, ¿cómo sabían
los científicos que el mundo estaba hecho de moléculas invisibles? El concepto tardó muchísimos años en evolucionar. Ya en el siglo V a. e.
c., el filósofo griego Leucipo y su alumno Demócrito sugirieron que, si la
materia se cortaba en pedazos cada vez más pequeños, alguna vez se llegaría a
una partícula que no podría dividirse más. Para designarla, acuñaron el término
"átomo", del griego "indivisible". Imaginaron diferentes
formas de materia compuestas de átomos diferentes en forma y tamaño.
Esta idea permaneció latente durante dos mil años hasta que, en 1661, en su obra clásica El químico escéptico, Robert Boyle escribió que la materia estaba compuesta de varios "corpúsculos" de diferentes tipos y tamaños que podían reorganizarse para formar nuevas sustancias.
Al llevar a cabo una serie de nuevos
análisis de laboratorio que pondrían orden en el caos de conocimiento generado
a lo largo de siglos de filosofía griega y alquimia medieval, Antoine-Laurent
Lavoisier cambió para siempre la química, tanto teórica como práctica. El
trabajo de Antoine-Laurent Lavoisier por conceptualizar los principios de la
química moderna hizo que las generaciones futuras lo consideren el fundador de
esta ciencia.
En su libro de 1789 Tratado
elemental de química, Lavoisier reconoció los corpúsculos de Boyle como "elementos" de los que está
hecha toda la materia, y describió cómo, durante una reacción química, la masa
total de los reactivos es igual a la masa total de los productos. John Dalton
racionalizó esta observación cuando afirmó que, en una reacción química, los
átomos no se pierden ni se ganan, sino que simplemente se reorganizan y se unen
para formar nuevas entidades, para la cuales Amadeo Avogadro acuñó
el término "molécula", del latín "moles", que significa
"una masa pequeña".
Realizando unas meticulosas observaciones
de las reacciones químicas, el alemán Augusto Kekule
concluyó que los átomos tienen un número característico de "ganchos"
que pueden usar para unirse, y que el átomo de carbono tiene cuatro de estos
ganchos que pasaron a llamarse "enlaces". Más tarde, en 1874, August von
Hofmann construyó el primer modelo de una molécula utilizando bolas para
representar átomos y barras para enlaces. Su modelo de metano era una
estructura plana con un átomo de carbono unido a cuatro átomos de hidrógeno.
Este modelo fue refinado por Jacobus
Henricus van't Hoff, quien concluyó que las moléculas son tridimensionales
y que el carbono en el metano está en el centro de un tetraedro con los
hidrógenos en los cuatro vértices.
Sorprendentemente, todas estas
conclusiones se dedujeron por inferencias basadas en lo que debía estar
sucediendo a nivel atómico para explicar las reacciones que se podían observar
en el laboratorio. Hoy en día existen varios métodos instrumentales como la
cristalografía de rayos X y la espectroscopia de resonancia magnética nuclear
que pueden identificar estructuras moleculares incluso tan complejas como el
ADN.
En el lenguaje cotidiano es
frecuente encontrarse con disparates moleculares. En la radio oigo decir a un
meteorólogo que la niebla es aire saturado y que, a medida que el aire se
enfría, las moléculas de agua se hacen cada vez más grandes hasta hacerse
visibles. No hombre, no: las moléculas no cambian de tamaño. Pueden agruparse y
formar un líquido o separarse para formar vapor. La niebla a la que se refería
el meteorólogo no está formada por enormes moléculas de agua, sino por
moléculas que se han agrupado para formar gotitas líquidas.
Además de aconsejarnos no salir
jamás de “nuestra zona de confort”, no pocos “influencers” y gurús del
bienestar y la salud repiten sin ningún pudor que "la margarina es una
molécula que apenas difiere del plástico". Los plásticos están compuestos
de polímeros, mientras que la margarina es una mezcla de grasas y agua. No
existe ningún parecido químico entre ambos. Decir, cuando dicen que la margarina
está a "una molécula de distancia de ser un plástico", simplemente desbarran.
Las sustancias están hechas de
moléculas, que a su vez están compuestas de átomos unidos según un patrón
específico. Alguno podría decir que el peróxido de hidrógeno, H₂O₂, está a un
átomo del agua, H₂O, pero eso carece de sentido. Ese átomo de oxígeno adicional
cambia drásticamente las propiedades de la sustancia. Meter un dedo en un frasco
de peróxido de hidrógeno puro revela rápidamente el efecto de ese oxígeno
adicional.
No menos disparatado es lo que escucho en los anuncios de los "discos o bolas para lavadoras”, unos productos que supuestamente permiten lavar la ropa sin usar detergente. Los fabricantes de esta piedra filosofal afirman sin empacho que contienen «una cerámica activada que reduce el tamaño de las moléculas de agua y mejora su capacidad de penetración en la tela».
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| Los discos suecos "Magicball" para lavadoras son un ejemplo de producto seudocientífico. |
Ni las cosas no son así, ni las pelotas para lavadoras funcionan así. ¿Te has preguntado alguna vez adónde va el azúcar cuando se disuelve en un vaso de agua? Las moléculas de agua no cambian de tamaño, pero permiten que otras moléculas se compriman entre ellas. Por eso el agua es un disolvente extraordinario para un sinfín de moléculas.
Otra interesante demostración
molecular implica un fenómeno observado por primera vez por los antiguos
griegos. Si combinamos cantidades iguales de agua y alcohol, obtenemos un
volumen menor que la suma de ambos. ¿Por qué? La única respuesta posible es que
las moléculas de alcohol se han colocado en los espacios entre las moléculas de
agua.
¿Y qué se puede hacer con esa mezcla de agua y alcohol? ¡Brindar!
