Cuando estudiaba en el colegio, me pregunté muchas veces cómo sería posible saber que la materia que nos rodea está formada por esas “pelotitas” minúsculas tan extrañas llamados átomos y las moléculas de las que tanto me hablaban en clase. Pero esta duda solía durarme poco. Tras pensarlo un rato, siempre acababa llegando a la misma conclusión: “lo sabrán porque lo habrán visto con un microscopio”. Lo que no supe hasta varios años después era que esta respuesta que tan tranquilo me dejaba estaba totalmente equivocada.
A pesar de que existen microscopios especiales con una resolución suficientemente alta como para “fotografiar” los átomos, el primer microscopio de este tipo no se inventó hasta 1981 y la idea de átomo es mucho más antigua. Concretamente, las primeras teorías científicas en las que se empieza a hablar de átomos, se remontan a los siglos XVIII y XIX, pero incluso, hubo filósofos de la Antigua Grecia que hablaron de átomos. Así que, la idea de átomo no pudo surgir porque alguien simplemente viese los átomos, sino que surgió como una idea para explicar distintos fenómenos curiosos con los que se iban encontrando: cosas sencillas y cotidianas, como las que me encontré un día preparando un café para desayunar y que os voy a contar.
Óxido de titanio visto en un microscopio electrónico de transmisión de alta resolución. Imagen de Evgenii Modin perteneciente al certamen Fotciencia17 (FECYT), título “El Corazón Atómico”.
Ya el hecho de que podamos disolver sustancias como el café y la leche es una primera pista de que los átomos están ahí. Si la materia no estuviera formada por átomos, entonces sería continua: esto quiere decir que, dentro de un material no habría huecos -siempre se vería igual independientemente de que lo viésemos con más o menos aumentos-. Si la materia no estuviese formada por estas pequeñas pelotitas, al verter el café sobre la leche se quedarían separados, como ocurre con el agua y el aceite, y aunque removiésemos con una cucharilla usando todas nuestras fuerzas, lo máximo que conseguiríamos sería pequeñas gotas de café moviéndose a través de la leche (pero nunca una mezcla homogénea). Sin embargo, la idea de que la materia esté formada por pequeñas pelotitas con huecos entre ellas (o sea, por átomos) explicaría mucho mejor el hecho de que podamos disolver sustancias: al poner en contacto ambos líquidos los átomos y moléculas que forman el café podrán colarse entre los huecos que dejan los átomos y moléculas de la leche (y viceversa), formando una disolución.
Otra cosa que estudié en el instituto sobre los átomos y que también se puede aprender mirando a un vaso de café es la teoría cinética: la idea de que los átomos se están moviendo continuamente y que este movimiento es el responsable de que un material se encuentre a una cierta temperatura. Cuanto más rápido se muevan los átomos de un material, a mayor temperatura estará. Una buena pista de esto la puedes encontrar con el café soluble (también funciona con el Cola-Cao y el Nesquik, pero no quiero herir sensibilidades). Si viertes una cucharada de café soluble en un vaso con agua, verás un fenómeno muy curioso que se llama difusión: el café soluble se disuelve abriéndose paso dentro del agua haciendo unas formas ramificadas. Al final, estas formas de rama acaban agrandándose tanto y siendo tan numerosas que se unen entre todas y acabamos teniendo una disolución homogénea pasado un tiempo y este proceso ocurre más rápido cuanto mayor sea la temperatura.
Comparación entre la difusión del café soluble en agua caliente y en agua fría.
Este hecho de que los átomos del café se abran paso en el agua por sí solos y que lo hagan más rápido cuanto más caliente esté se puede explicar muy bien si pensamos en que los átomos se están moviendo ellos solos y, si cuanto más rápido se muevan, más rápido se disolverán (que es lo que vemos en el vaso con agua caliente).
Aunque a mí en su momento la única idea que se me ocurrió sobre cómo saber de la existencia de los átomos era la más directa (verlos), las personas que investigaban hace siglos tuvieron que llegar a esta idea por un camino mucho más largo, juntando muchas pequeñas pistas como estos ejemplos del café y proponiendo ideas como la del átomo que pudiesen explicar bien todas estas cosas. Muchas de las ideas que fueron proponiendo acabaron descartadas: no podían explicar bien algunas de estas pistas o entraban en contradicciones. Finalmente, la idea de átomo fue la que mejor sobrevivió a todo este proceso de poner las ideas a prueba que es método científico. Cuando los avances en tecnología permitieron construir microscopios con resolución suficiente, encontrarse con los átomos al explorar ese mundo diminuto supuso el final perfecto para cientos de años de trabajo científico.
A veces pensamos que la ciencia se limita a laboratorios de investigación con aparatos complejos y líquidos de colores vistosos, pero lo cierto es que la ciencia está en casi todo lo que hacemos desde que desayunamos hasta que cenamos. ¿Mañana verás tu desayuno con otros ojos?
Alberto Martín Pérez
Doctor en Física Aplicada, actualmente trabaja como investigador en la Universidad Politécnica de de Turín (Italia) y lleva a cabo el proyecto de divulgación en internet “Doctor Berti”.
