Como
ya hemos visto en anteriores entradas de este mismo blog (El bosón de Higgs, Teoría de
cuerdas, La tabla periódica…), la gran cantidad de partículas elementales
que actualmente maneja el modelo estándar, tiene más bien que
ver con determinados estados de las
partículas, que con su naturaleza
intrínseca. Simplificando al máximo, cada
átomo está compuesto por tres clases de partículas elementales: protones,
a los que asignamos una carga eléctrica positiva (+); electrones, con carga
negativa (-) (no olvidéis que se trata de una convención, como vimos en el post
sobre la carga eléctrica); y neutrones, que carecen de carga, y
por lo tanto de signo, pero sí poseen masa, lo que los convierte en unas
partículas de capital importancia.
Protones y neutrones se agrupan,
formando el núcleo atómico, mientras que los electrones ‘giran’ o más bien ‘orbitan’ en torno al núcleo (esto tampoco termina de ser exacto,
pero resulta útil a efectos pedagógicos). El
número de protones otorga al átomo su identidad
química: un átomo con un protón es un átomo de hidrógeno; si tiene dos protones es un átomo de helio; y así sucesivamente… Si añades un
protón, consigues un nuevo elemento: con tres protones es un átomo de litio… Naturalmente, como deben estar
siempre equilibrados eléctricamente (+ con -), el número de electrones coincide siempre con el de protones.
Los neutrones no influyen en la identidad
del átomo, pero en
dependencia de su número, pueden aumentar o disminuir su masa.
El número concreto de neutrones es lo que caracteriza a los llamados isótopos.
El carbono14
es un átomo de carbono con sus seis protones reglamentarios, pero con
ocho neutrones: 6+8=14; de ahí que se llame carbono14. Si recordáis
el post dedicado a la gravedad, la masa se define como la
constante que relaciona la fuerza que debe aplicarse a un objeto para obtener
una aceleración. A continuación reproduzco un cuadro en el que podéis
ver de menor a mayor, la masa de diferentes objetos expresada en kilogramos y
en notación científica. Veréis que, como pasa siempre en estas relaciones, lo
más asombroso son las apabullantes diferencias:
Masas expresadas en
kilogramos
Electrón
|
9 x 10-31
|
Protón
|
2 x 10-27
|
Átomo de Oxígeno
|
3 x 10-26
|
Proteína pequeña
|
10-23
|
Molécula de Penicilina
|
10-18
|
Ameba gigante
|
10-8
|
Hormiga
|
10-5
|
Colibrí
|
10-2
|
Perro
|
101
|
Hombre
|
102
|
Elefante
|
104
|
Ballena azul
|
105
|
Buque petrolero
|
108
|
La Luna
|
7 x 1022
|
La Tierra
|
6 x 1024
|
El Sol
|
2 x 1030
|
Nuestra galaxia
|
2 x 1041
|
Pero
en el universo físico, cuando hablamos de las propiedades de los
materiales en general, en vez de referirnos a objetos determinados, resulta
conveniente remitirse a la masa por unidad de volumen. Es lo
que conocemos como densidad de los cuerpos. La densidad viene dada por
el cociente: r
= m / v; donde r
es la densidad,
m
la masa y v el volumen de cualquier objeto material. La densidad
suele expresarse en kilogramos por metro cúbico (Kg.m3). Cuando
hablamos de densidad relativa, nos referimos a la razón de la densidad de
una sustancia con respecto a la del agua a 0º C. En la tabla siguiente (ya
sabéis lo que me gustan) tenéis algunas densidades de sustancias y objetos de
lo más variopinto.
Algunas densidades
representativas expresadas en Kg.m3, y referidas a condiciones de
presión atmosférica y temperatura:
Espacio interestelar
|
10-20
|
Máximo vacío de
laboratorio
|
10-17
|
Hidrógeno
|
0,0899
|
Aire a 0º C y 1
atmósfera
|
1,29
|
Aire a 100º C y 1
atmósfera
|
0,95
|
Aire a 0º C y 50
atmósferas
|
6,5
|
Agua a 0º C y 1
atmósfera
|
1.000
|
Agua a 100º C y 1
atmósfera
|
958
|
Agua a 0º C y 50
atmósferas
|
1.002
|
Sangre completa a
25º C
|
1.059,5
|
Mercurio
|
13.600
|
Aluminio
|
2.700
|
Hierro, acero
|
7.800
|
Cobre
|
8.900
|
Plomo
|
11.300
|
Oro
|
19.300
|
Núcleo de La Tierra
|
9.500
|
Centro del Sol
|
1,6 x 105
|
Estrellas enanas
blancas
|
1011
|
Núcleos atómicos
|
1017
|
Estrellas de
neutrones
|
1017
|
Ya
veis que el núcleo atómico es, junto con las estrellas de neutrones, el objeto más denso del universo. El
núcleo está formado por protones y neutrones, y es extremadamente pequeño: sólo
una millonésima de milmillonésima de todo el volumen del átomo. Sin embargo, es
asombrosamente denso, porque contiene prácticamente toda su masa. Bill
Bryson afirma que si un átomo tuviese el tamaño de una catedral, su
núcleo sería como una mosca. Eso si, una mosca muchos miles de veces más densa
(y pesada) que la propia catedral.
Os
he dicho muchas veces que la realidad física es mucho más impresionante y
extraordinaria que cualquier fábula. Reparad en que los átomos son fundamentalmente
espacio vacío, y por extensión, lo
es también el conjunto del universo, formado por átomos, no lo olvidemos.
En los gases, cuyas moléculas están muy separadas entre sí, podemos apreciar sin
dificultad este característico vacío universal. No ocurre así en los cuerpos
sólidos, y os preguntaréis por qué.
Siguiendo
a Bryson, la solidez que apreciamos a nuestro alrededor no es más que una
ilusión. Cuando dos objetos sólidos (por ejemplo, dos bolas de billar) chocan,
lo que en realidad sucede es que los campos eléctricos de ambas se repelen entre
sí. Si no fuese por la carga eléctrica (acordaos del post que le dedicamos), las
bolas, lo mismo que las galaxias, podrían pasar una a través de la otra sin
sufrir el menor daño. Concluye Bryson: cuando
te sientas en una silla, no estás en realidad sentado allí, sino levitando por
encima de ella a una altura de un ángstrom (una cienmillonésima de centímetro),
con tus electrones y sus electrones oponiéndose implacablemente a una mayor
intimidad.
La densidad
tiene también mucho que ver con la hidrodinámica. Arquímedes lo sabía
bien. Para terminar (lo prometo) os dejo con este extraño párrafo evangélico: Pedro le contestó: Señor, si eres tú, mándame
ir hacia ti andando sobre el agua. Él le dijo: Ven. Pedro bajó de la barca y se
echó a andar sobre el agua acercándose a Jesús; pero, al sentir la fuerza del
viento, le entró miedo, empezó a hundirse y gritó: Señor, sálvame. Enseguida
Jesús extendió la mano, lo agarró y le dijo: ¡Hombre de poca fe! ¿Por qué has
dudado? (Mateo 14, 22-36).
La
realidad es a menudo más asombrosa que la ficción. Ello se
debe a que la ficción, para resultar creíble, debe tener sentido, mientras que
la realidad casi nunca lo tiene. Albert
Einstein.
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