1.1: ¿Qué crees que sabes sobre los átomos?
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Es casi seguro que has oído hablar de los átomos y es muy probable que te hayan enseñado sobre ellos. Si se te pregunta podrías profesar creer en su realidad. Podrías aceptar que la materia, en todas sus formas, está compuesta por átomos —partículas que son las entidades más pequeñas que conservan la identidad de un elemento (discutiremos elementos con mucho mayor detalle en los próximos capítulos). Es muy probable que se le haya enseñado que los átomos están formados por partículas aún más pequeñas: protones cargados positivamente, neutrones no cargados y electrones cargados negativamente. Incluso puede haber escuchado, y tal vez incluso creer, que los protones y neutrones pueden subdividirse aún más en quarks y gluones, mientras que los electrones son indivisibles. Igualmente difícil de apreciar es que todos los átomos están organizados de manera muy similar, con un núcleo muy pequeño, pero relativamente pesado, cargado positivamente rodeado por los electrones mucho más ligeros, cargados negativamente.
Parte de la dificultad para comprender realmente los átomos es el hecho de que las fuerzas que mantienen unido al núcleo atómico, las llamadas fuerzas fuertes y débiles, operan a distancias tan infinitesimales que no las experimentamos directamente. Esto contrasta con el electromagnetismo y la gravedad, que experimentamos directamente porque actúan sobre distancias más largas, macroscópicas o visibles. Un segundo problema está asociado con el hecho de que para experimentar el mundo necesitamos usar la energía; a escala atómica la energía utilizada para observar el sistema también lo perturba. Esta es la base del principio de incertidumbre de Heisenberg, que quizás haya encontrado o al menos escuchado antes, y al que volveremos. Finalmente, los objetos en las escalas atómica y subatómica se comportan de manera diferente a los objetos macroscópicos con los que normalmente interactuamos. Una partícula de luz, un fotón, un electrón, un protón o un neutrón cada uno se comporta como una partícula y una onda. En términos de física, estas no son partículas ni ondas; son partículas mecánicas cuánticas. Por suerte, los comportamientos más extraños de las entidades atómicas y subatómicas a menudo, pero no siempre, pueden ignorarse en los sistemas químicos y biológicos. Tocaremos estos temas según sea necesario.
La teoría actual sostiene que cada átomo contiene un núcleo muy, muy pequeño, pero muy denso, que contiene protones y neutrones y está rodeado de electrones. Estos electrones son muy ligeros, relativamente, pero el espacio ocupado por electrones en movimiento representa la gran mayoría del volumen de un átomo. Debido a que el número de protones cargados positivamente y electrones cargados negativamente son iguales y el tamaño de las cargas es el mismo pero opuesto, los átomos son eléctricamente neutros cuando se toman como un todo; es decir, cada protón cargado positivamente es contrarrestado por un electrón cargado negativamente.
A menudo, la definición de un átomo contiene algún lenguaje sobre cómo los átomos son la partícula más pequeña identificable como ese elemento. ¿Qué queremos decir con eso? Por ejemplo, ¿puede un átomo tener propiedades químicas? Y ¿cómo pueden los conjuntos de las mismas partículas, es decir, protones, electrones y neutrones, tener diferentes propiedades? Este es el misterio del átomo y entenderlo es la base de la química. En este primer capítulo, esperamos conducirte a una comprensión básica de la estructura atómica y las interacciones interatómicas. Capítulos posteriores ampliarán y profundizarán esta comprensión.
Preguntas para reflexionar
- Si tuvieras que explicarle a un no científico por qué es que los científicos aceptan la idea de que todas las cosas materiales están compuestas de átomos ¿qué evidencia usarías?
- ¿La capacidad de la ciencia para explicar tanto sobre el mundo influye en tu visión sobre la realidad de las fuerzas sobrenaturales?