jueves, 8 de julio de 2010

ATOMOS, ENLACES…Y LA VIDA MISMA


Leyendo sobre física, química y sobre los tipos de enlaces (“El canon” de N.Angier) no he podido evitar seguir adelante con la extrapolación que para la vida cotidiana ya insinúa la autora. Voy a intentar ordenar mi cabeza (cosa harto complicada) y a ver como queda :-)

La base de nuestra existencia son los átomos. Todo y tod@s somos átomos enlazados con más o menos fuerza.

Los átomos están compuestos de un núcleo (con protones y neutrones) y de una serie de órbitas que lo rodean, donde están los electrones. Los protones (por un caprichoso convenio que data de la época de B. Franklin) tienen carga positiva, los neutrones no tienen carga, y los electrones tienen carga negativa. Pero lo importante no es el signo arbitrario de esa carga sino que la carga de uno contrarresta la de otro…y el electrón se siente irremediablemente y fatalmente atraído por el protón. Digo fatalmente porque nunca lo alcanzará y está condenado a dar interminables vueltas a su alrededor porque si se para caerá automáticamente atraído hacia el núcleo, los átomos estallarán como pompas de jabón…y no existiríamos ni nosotr@s ni el mundo que nos rodea.

En esta atracción fatal los electrones describen incansables órbitas alrededor del núcleo, pero lo hacen a más o menos velocidad según lo excitados que estén [no me digáis que no hay miles de similitudes con la vida diaria de cada un@ de nosotr@s :-)]. Eso sí, cada electrón tiene su sitio y sólo puede circular por la órbita que tiene asignada…órbitas que aceptan, para más inri, un número fijo de electrones, variable según esté más o menos cercana al núcleo (las órbitas más externas aceptan 8 electrones casi siempre).

Pero los electrones tienen una posibilidad en este cortejo: cuando un átomo es bombardeado, por ejemplo, por un haz de luz, un electrón puede conseguir desplazarse entre órbitas, con la única condición, eso sí, que estas órbitas tengan sitio disponible.

Por si esto no fuera poco, encima los electrones se repelen entre si, lo que hace que los átomos mantengan una prudencial distancia entre ellos. Esta hostilidad electrónica es lo que hace que el viaje alrededor del Sol merezca la pena. Esa antipatía que sienten unos electrones por otros es la que nos protege del vacío.

Los átomos – como las personas – son muy suyos y sólo forman enlaces compartiendo los electrones de su órbita más externa. De ahí para adentro (salvo en el interior de una estrella) no entra nadie… ¿os suena?

Los electrones, despechados, sienten una inquietud innata por romper el aislamiento de los más de cien elementos de la tabla periódica uniendo y desuniéndolos por medio de enlaces…y de eso se encarga la química: de estudiar, hacer y deshacer esos enlaces.

En teoría todo el material necesario para construir lo que sea esta ahí en algún lugar de la tabla periódica. Solo hay que descubrir dónde está eso que queremos crear, que elementos deberían asociarse y bajo que condiciones.

El enlace más frecuente y simple es el covalente, en el que dos átomos se asocian para compartir dos o más electrones pura y simplemente por comodidad. Estos átomos no necesitan más electrones en sus órbitas externas y están compensados, pero como tienen sitio para más, se sienten más realizados si están llenos. Pueden ser átomos del mismo elemento [2 átomos de Oxígeno que forman el O2] o pueden ser átomos de elementos diferentes [un átomo de Nitrógeno – N – con 5 electrones en su capa externa y un átomo de Oxígeno – O - con 6, se unen y forman el NO, gas tóxico en grandes dosis pero utilizado juiciosamente por el cuerpo humano para tareas tales como la relajación de los músculos, la lucha contra las bacterias, el envío de señales al cerebro o la hinchazón de los genitales durante la excitación sexual].

En general, los elementos enlazados son más estables y menos reactivos desde el punto de vista químico. Es como el que está casado y se le considera cogido. Sin embargo, a diferencia (o no) del matrimonio entre las personas, no es monógamo. Eso sí, cada uno tiene su límite romántico, es decir, el máximo de compañeros con los que puede unirse simultáneamente (a eso se le llama la valencia del elemento, que viene del latín “valentia” que significa poder o capacidad). Cuanto más cerca está un elemento de llenar sus huecos, más estable y menos depredador se vuelve [el nitrógeno – N – puede unirse a otro nitrógeno compartiendo sus tres pares de electrones externos formando una sustancia muy duradera que es el N2 líquido, que suele ser la sustancia química escogida para almacenar a largo plazo diferentes bienes médicos como el esperma o las pruebas del escenario de un crimen].

Otro tipo de enlace es el iónico, que es el que se da entre iones positivos y negativos (átomos que han perdido o ganado electrones en su orbital más externo). Los elementos positivos, propensos a perder electrones, son aquellos que tienen menos en su órbita externa, y al revés los propensos a quedar cargados negativamente [por ejemplo el sodio – Na – que sólo tiene un electrón en su órbita externa y tiende a perderlo en favor del cloro – Cl – al que sólo le falta un electrón para saciar sus 8 huecos disponibles. Así se crea la sal].

Otro tipo de enlace es el metálico, en el que los electrones son compartidos entre diversos átomos al más puro estilo socialista.

Además de estos tres enlaces fuertes, hay dos tipos de enlaces débiles que unen grupos de moléculas o de compuestos iónicos: el enlace por puente de hidrógeno y el enlace de las fuerzas de Van del Waals.

Si el oxígeno – O – de cada molécula de agua – H2O – fuera la cara de Mickey Mouse, y cada hidrógeno – H – fuera una oreja, resulta que cada par de electrones que tienen en común cada uno de los enlaces covalentes no está compartido del todo y los electrones tienden a pasar más tiempo cerca del núcleo del O que del H. Como consecuencia de esto, las orejas tienen una ligera carga positiva y la parte inferior de la cara una ligera carga negativa. La molécula está polarizada. Si ponemos varios Mickey Mouse juntos se irán atrayendo barbillas con orejas. Es por esta fuerza por la que las plantas, por ejemplo, pueden beber agua y esta puede llegar a la copa de los árboles. Es también por esta fuerza por lo que el agua es el disolvente universal [si mezclamos sal – NaCl – con agua – H2O – la parte polarizada positiva (las orejas) tenderá a ir hacia los átomos negativos de Cloro – Cl – y la barbilla hacia los átomos positivos de sodio – Na – poniéndose la molécula de agua en medio de la de sal y disolviéndola].

El otro enlace débil es el que se produce mediante las fuerzas de Van der Waals. Es el enlace menos potente de todos.

A los electrones, como ya hemos dicho, no les gustan los otros electrones (algo homofóbica esta realidad desde mi punto de vista). Cuando los átomos o moléculas están muy cerca sus electrones tienden a pasarse de un lado de la nube a otro en un intento de evitar aglomeraciones y en busca de parcelas en las que pueden sentir mejor la atracción de los protones. Esta característica contribuye a que muchas sustancias permanezcan unidas débilmente.

Dos ejemplos: la arcilla y el lápiz.

La arcilla está constituida por láminas formadas por diferentes átomos (silicio, aluminio, oxígeno, hidrógeno, calcio, nitrógeno y hierro principalmente). En el interior de cada lámina los átomos están unidos mediante enlaces covalentes fuertes, pero cada lámina se une a su contigua por medio de fuerzas de Van der Waals. Por eso es tan fácil coger un poco de arcilla con el dedo…pero no desenganchársela del propio dedo sin un detergente.

El lápiz es de grafito, un mineral formado por un gran número de láminas de carbono pegadas gracias a las fuerzas de Van der Waals. Dentro de cada lámina actúan, como en el caso anterior, las fuerzas covalentes. Al escribir o al dibujar rompemos esa fuerza débil y quedan láminas en el papel.

Y voy a lo que interesa: con este versátil reparto de enlaces podemos cubrir todas las necesidades y situaciones de la vida:

- Nuestros esqueletos están formados por enlaces iónicos entre calcio, fósforo y otros átomos.

- La mayor parte de nuestro tejido corporal está formado por compuestos unidos por enlaces covalentes. Somos el 60% de agua y cerca de 2/3 partes de nuestro peso seco está formado por carbono – C. Puede que el agua sea el disolvente universal, pero el carbono es el esparadrapo de la vida. Tiene un orbital externo con 4 electrones y 4 huecos para alquilar. La flexibilidad del enlace molecular covalente que nos proporciona carbono comestible y oxígeno respirable es esencial para la vida.

- Hay enlaces tipo puente de hidrógeno uniendo ambas hélices de ADN. Lo mismo pasa con las proteínas. Deben de tener determinadas formas para poder hacer sus tareas celulares, pero a la vez ser maleables y sinuosas. Esas formas se las dan los enlaces tipo puentes de hidrógeno.

- Por último las fuerzas de Van der Waals, que son las que mantienen unidos los tejidos blandos. Las diferentes capas de nuestros tejidos, nuestros odiados depósitos de grasa y los surcos de nuestro cerebro se mantienen unidos por estas fuerzas. Por eso es tan fácil deslizar un bisturí o un cuchillo asesino por los tejidos.

Esto sería eterno. Aquí me paro y os dejo, espero y deseo, pensando en todas las similitudes, ya dichas y sobre todo no dichas, que de este post se desprenden para nuestra vida cotidiana.

Un abrazo covalente para tod@s :-)

5 comentarios:

Anónimo dijo...

Me ha parecido un post divertidísimo, Susana!
Ayer leía un artículo de Jose manuel Sánchez Ron ,que me hizo recordar tu post. ESte autor hablaba de las características que debe tener la buena literatura de divulgación científica: transparencia expositiva e imaginación literaria.
Un beso desde MadriZ
Ana

Anónimo dijo...

Similitudes existen en toda materia viva. Si pensamos en el planeta, y como montamos la sociedad, por ejemplo, las carreteras, tan solo somos unos copiones de nuestro propio cuerpo como son los vasos sanguíneos. Ir al trabajo, también lo hacen nuestras hormonas, activando y desactivando receptores, o las enzimas digestivas, secretándose para poder digerir las diferentes partes o materias (grasa, proteínas, etc.). Para protegernos de Sol, utilizamos la sombrilla de los melanocitos, así como los átomos, electrones, etc..Podemos correlacionar la sociedad con el cuerpo humano. Felicidades por hacer la física tan divertida, ha sido como volver al BUP pero de una forma más didáctica ;)

Pruit

Anónimo dijo...

Pues partiendo de Demócrito, el descubridor del concepto átomo.

Nacer es agregarse de cosas que son. Morir disgregarse o separarse de las cosas pero el concepto hace referencia a que el no-ser es imposible. Los átomos son cuerpos infinitos, invisibles, indivisibles, indestructible,inmutables...por tanto el ser está lleno, incluso puede estar vacío de ser. El vacío es tan necesario como el lleno.

Los átomos vacíos constituye la explicación de todo.

Un Abrazo
Anna

Vivir es una casualidad dijo...

- Ya se te echaba de menos, Ana de Madriz :-) Gracias por tu comentario...y tienes deberes pendientes jejeje. Besoss

- Muy buena la comparación, Pruit!! Para pensarla y desarrollarla :-)
Un beso

- Asi es, Anna...precioso comentario y totalmente de acuerdo con lo del vacío! Otro beso :-)

Anónimo dijo...

No se entiende