Entre los temas sugeridos por los lectores el de la composición del universo que nos rodea es uno de los más frecuentes. La historia de nuestro conocimiento de lo que llamamos materia es larga y fascinante. Intentaré hacer un resumen.
Continúe leyendo la segunda parte de este post el viernes 3 de setiembre.

EL MUNDO PALPABLE

El mundo que nos rodea, y el universo que rodea este mundo, es materia. Nuestras vidas se originan y desenvuelven en función de esta materia, de la cual formamos parte. Si bien el estudio de los procesos físicos que gobiernan al mundo incluye las fuerzas que actúan sobre la materia, es sólo gracias a ésta que podemos observarlas y cuantificarlas. En otras palabras, independientemente de nuestras convicciones filosóficas, somos necesariamente materialistas. Sin embargo, la definición de materia ha tomado milenios y recién en el siglo XX hemos podido ordenar los conocimientos acumulados en una imagen coherente.

A través de milenios la naturaleza de lo que nos rodea ha sido motivo de fascinación y especulación. La materia que se consume, que desaparece, que se convierte de sólida a líquida, que se evapora y que vuelve a solidificarse, presentaba problemas insolubles, a los que se dieron las explicaciones mas variadas. Fantásticas historias sobre “el espíritu” de los metales, la posibilidad de transmutarlos y la relación entre ellos se convirtieron en una ciencia: la alquimia.

Con el correr de los siglos la alquimia se convirtió en química, en la medida en que registró los fenómenos observables, comprobables y eventualmente explicables. Para llegar a una base sólida de conocimientos sobre la naturaleza de la materia se requería de una base filosófica, un principio común. Fueron los griegos –¡cuando no!– los primeros que plantearon este principio. Demócrito en el siglo IV antes de nuestra era, planteó la existencia del “átomo”, que en griego quiere decir literalmente “imposible de partir”. Esta sería, según Demócrito la expresión mínima de la materia, la que determina su naturaleza.

Tuvieron que pasar 23 siglos hasta que los químicos –notablemente Lavoisier, llamado el padre de la química– entre otros, comenzaran a identificar los elementos y sus compuestos. Estos trabajos, íntimamente ligados al avance de la física llevaron a Dalton a plantear, a principios del siglo XIX  la teoría atómica moderna. Lo que hoy nos parece sencillo resultaba extremadamente complejo con los recursos tecnológicos del siglo XVIII, cuando se establecían las bases de la física moderna. Para comenzar está el cambio de estado de la materia.

LA TEMPERATURA

Dentro de la estrecha gama de temperaturas que existe en nuestro planeta, la materia tiene tres posibles estados: sólido, líquido y gaseoso. El paso de uno a otro fue observado desde la antigüedad, aunque no explicado. En el caso de los gases, por mucho tiempo se creyó que la materia desaparecía o se transmutaba. Es más, algunos elementos, por requerir de temperaturas extremas para cambiar de estado, se consideraban inmutables. No cabrían en esta página todos los científicos que observaron, anotaron y trataron de explicar estos cambios. pero se necesitó de la teoría atómica de la materia para entenderlos.

Hoy sabemos que todo lo que compone la materia –desde el aire que respiramos hasta las estrellas– consta de átomos. La forma en que están unidos estos átomos –ya sean iguales, formando un solo elemento, ya sean diversos formando un compuesto– determina su estado a una temperatura dada. La temperatura determina el movimiento de los átomos o moléculas y, dependiendo de la fuerza de sus uniones, el momento en que pasan de un estado a otro.

Cuanto más fuertes las uniones entre átomos, se requiere temperaturas más altas para que un sólido pase a ser líquido y más altas aún para que se convierta en gas. En otros casos, las moléculas libres –como la del oxígeno y nitrógeno del aire– se juntan a temperaturas muy bajas, por lo que ciertos elementos (como el oxígeno, el hidrógeno y el nitrógeno) puros, los conocemos sólo como gases*. El agua, compuesta de hidrógeno y oxígeno, la conocemos en sus tres estados –desde el hielo hasta el vapor– pues se producen dentro de una gama de temperaturas que manejamos en la vida cotidiana.

LOS ELEMENTOS

Los tres estados de la materia dieron a los primeros investigadores las pautas para plantear las bases de la estructura atómica. En el mundo que nos rodea, son pocos los elementos que se presentan solos, en forma no combinada. La gran mayoría forma compuestos, por lo que tomó tiempo identificar a los átomos de los diversos elementos. Desde la antigüedad se conocieron varios metales, por presentarse como sólidos puros a temperaturas atmosféricas. El cobre, el oro, la plata, etc. fueron los primeros elementos conocidos. Los alquimistas, y luego los químicos identificaron sucesivamente elementos que, escasos o inexistentes solos, abundan como compuestos.

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