Los seres vivos están formados por átomos y moléculas. Pero mientras que en el mundo mineral abundan decenas de elementos distintos, que forman sustancias muy diversas, en los seres vivos las sustancias presentes son siempre las mismas que realizan las mismas funciones y están formadas por muy pocos tipos de átomos.

Esta variedad de sustancias presentes en el organismo vivo, está comprobado que todas ellas se formaron a partir de sencillas y similares reacciones. Las transmutaciones químicas sufridas por las sustancias orgánicas en la célula viva tienen como base fundamental tres clases de reacciones:

– La primera se trata de la condensación o alargamiento de la cadena de átomos de Carbono.

– La segunda es la combinanción de dos moléculas orgánicas a través de un puente de oxígeno o nitrógeno, y tambiénel proceso inverso (hidrólisis).

– La tercera, la oxidación y, ligada a ella, la reducción (reacciones de óxido-reducción).

Además en la célula viva, las reacciones son muy frecuentes, y mediante éstas, el ácido fosfórico, el nitrógeno amínico, el metilo y otros grupos químicos van de una molécula a otra. Todos los procesos químicos producidos en un organismo vivo, cualquier mutación de las sustancias que llevan a la creación de muy variados cuerpos, pueden, en último caso, reducirse a estas reacciones sencillas o a todas ellas en conjunto.

El estudio del quimismo de la respiración, de la fermentación, de la asimilación, de la síntesis y de la desintegración de las distintas sustancias indica que dichos fenómenos se producen a partir de largas cadenas de transmutaciones químicas, cuyos eslabones son distintos y están representados por las reacciones que acabamos de enumerar. Todo ello sólo dependen del orden en el que se sucedan las distintas clases de reacciones. Por ejemplo, si la primera reacción es la de condensación, inmediatamente después tiene lugar un proceso de  oxidación y, de nuevo después, otra condensación, tendremos como resultado un cuerpo químico, es decir, un producto de la transmutación; y de forma opuesta, si a la reacción de condensación se une una polimerización y a ésta una oxidación o una reducción, se obtendrá, con toda seguridad, una nueva sustancia.

 

En los organismos se encuentran cuatro tipos diferentes de moléculas orgánicas en gran cantidad: caebohidratos , lipidos, proteinas y nucleotidos. Todas estas moléculas contienen carbono, hidrogeno y oxigeno. Además, las proteínas contienen nitrogeno y azufre, y los nucleótidos, así algunos lípidos, contienen nitrógeno y fosforo.

Los carbohidratos son la fuente primaria de energía química los sistemas vivos. Los más simples son los monosacáridos (“azúcares simples”). Los monosacáridos pueden combinarse para  formar disacáridos (“dos azúcares”) y polisacáridos  (cadenas de muchos monosacáridos).

Los lípidos son moléculas hidrofóbicas que, los carbohidratos, almacenan energía y son importantes componentes estructurales. Incluyen las grasas y los aceites,  los fosfolípidos, los glucolípidos, los esfingolípidos, las ceras, y los esteroides como el colesterol.

Las proteínas son moléculas muy grandes compuestas de cadenas largas de aminoácidos, conocidas como cadenas polipeptídicas. A partir de sólo veinte aminoácidos diferentes se sintetizar una inmensa variedad de diferentes tipos de moléculas proteínicas, cada una de las cuales cumple una función altamente específica en los sistemas vivos.

Los nucleótidos son moléculas complejas formadas por un grupo fosfato, un azúcar de cinco carbonos y una base nitrogenada. Son los bloques estructurales de los ácidos desoxirribonucleico (ADN) y ribonucleico (ARN), que transmiten y traducen la información genética. Los nucleótidos desempeñan papeles centrales en los intercambios de energía que acompañan a las reacciones químicas dentro de los sistemas vivos. El principal portador de energía en la mayoría de las reacciones químicas que ocurren dentro de las células es un nucleótido que lleva tres fosfatos, el ATP.

La ribosa es el azúcar en los nucleótidos que forman ácido ribonucleico (RNA) y la desoxirribosa es el azúcar en los nucleótidos que forman ácido desoxirribonucleico (DNA). Hay cinco bases nitrogenadas diferentes en los nucleótidos, que son los sillares de construcción de los ácidos nucleicos.

Dos de ellas, la adenina y la guanina, se conocen purinas. Las otras tres, citosina, timina y uracilo se conocen como pirimidinas.

Todos los seres vivos estamos compuestos de los mismos elementos, que al unirse forman compuestos químicos y éstos, a su vez, forman móleculas. Pero es importante que no olvidemos que algo muy importante hace posible la vida tal la conocemos:

Una de las móleculas escenciales para la vida

FUNCIONES BIOLÓGICAS DEL AGUA

El agua es esenciall todos los tipos de vida. Pueden resumirse en cinco las principales funciones biológicas del agua:

1. Es un excelente disolvente, especialmente de las sustancias iónicas y de los compuestos polares. Incluso muchas moléculas orgánicas no solubles –como los lípidos o un buen Participante por sí misma, como agente químico reactivo, en las reacciones de hidratación, hidrólisis y oxidación/reducción, facilitando otras muchas.

• Permite el movimiento en su seno de las partículas disueltas (difusión) y constituye el principal agente de transporte de muchas sustancias nutritivas, reguladoras o de excreción.
• Gracias a sus notables características térmicas (elevados calor específico y calor de evaporación) constituye un excelente termorregulador, una propiedad que permite el mantenimiento de la vida de los organismos en una amplia gama de ambientes térmicos.
• Interviene, en especial en las plantas, en el mantenimiento de la estructura y la forma de las células y de los organismos.

Lo cierto es que, hemos podido observar que la complejidad y la diversidad de las sustancias creadas en los organismos vivos dependen únicamente de la complejidad y diversidad de las distintas combinaciones de las reacciones simples expuestas más arriba. Pero si prestamos atención a éstas reacciones, veremos que una gran mayoría poseen algo que las hace particularmente comunes, no es otra cosa que la participación inmediata de los elementos del agua.

Dichos elementos combinan con los átomos de Carbono de la molécula de la sustancia orgánica, o bien se desprenden, quedando separados de ella. La reacción entre los cuerpos orgánicos y los elementos del agua es la base fundamental de todo el proceso vital. Gracias a ella se dan gran cantidad de transmutaciones de sustancias orgánicas que actualmente ocurren de forma natural, en el interior de los organismos.

Todos estos conocimientos son fascinantes y nos puede maravillar como de dichas combinaciones se forman moñéculas más grandes y complejas. En 1861, ya demostró A. Butlerov que si se diluye formalina (cuya molécula está formada por un átomo de carbono, un átomo de oxígeno y dos átomos de hidrógeno) en agua calcárea y dicha solución es guardada en un lugar a temperatura templada, con el paso del tiempo, la solución adquiere un sabor dulce.

Cada día nos asombramos menos de las cosas que vamos pudiendo saber.

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Aquí aparezco con motivo del Año Internacional de la Astronomía como colaborador del evento

Yo no me siento como un extraño en este Universo. Cuanto más lo examino, cuanto más lo estudio, cuanto más aprendo de su arquitectura, más evidencias voy encontrando de que el Universo, en cierto sentido, debe haber sabido que nosotros, íbamos a venir. Si llegamos a comprender los grandes números de la Cosmología, todo esto se puede ver con más claridad. Las estrellas han tardado diez mil millones de años en fabricar los elemetos esenciales para la química de la vida. Después de eso…

      Surgimos aquí hace ahopra unos cuatro mil millones de años

El argumento de Dicke (uno de los trabajos expuestos aquí está a él dedicado) demostraba que había una buena razón para esperar que la vida entrase en escena tras varios miles de millones de años de expansión am partir del big bang. Esto demostraba que una de las coincidencia de los  Gramdes Números era una premisa inevitable para la presencia de observadores. era una aplicación de lo que Brandon Cartes llamó Principio antrópico Débil,

que lo que esperamos observar debe estar restringido por la condición necesaria para nuestra presencia como observadores.

Más tarde Carter lamentó haber utilizado el término “principio antrópico”. El abjetivo Antrópico ha sido fuente de mucha confusión porque implica que algo en este argumento se centra en el Homo Sapiens. Evidentemente no es así. Se aplica a todos los observadores con independencia de su forma química. Pero si éstos no estuvieran bioquímicqamente construidos a partir de los elementos que se fabrican en las estrellas, entonces la característica específica del Universo inevitablemente para ellos podría diferir de la que es inevitable para nosotros.

Las esponjas marinas retienen el 88 % del silicio del océano, un nutriente fundamental para la proliferación de microalgas (diatomeas) y de la vida marina, según ha concluido un estudio del Centro Superior de Investigaciones Científicas (CSIC). EFE/Archivo. Sin embargo, no sabemos que pueda pensar.

Los científicos han especulado sobre la posibilidad de que otro átomo en lugar del carbono formara estructuras moleculares en otro tipo de bioquímica, pero nadie ha propuesto aún una teoría global coherente que utilice tales átomos para formar todos los compuestos moleculares necesarios para la vida.

Quizá el tipo de bioquímica “menos exótico” sería uno con una quiralidad alterna a la de las biomoléculas terrestres. En la bioquímica conocida, los aminoácidos son casi universalmente de tipo L “izquierdo” y los azúcares son de tipo D “derecho”. Las moléculas de quiralidad opuesta tendrían las mismas propiedades químicas que sus formas reflejadas. Así, una bioquímica que incorporara aminoácidos D y/o azúcares L, podría ser posible. El elemento químico básico que ha sido propuesto para un sistema bioquímico alternativo es el átomo de silicio,  puesto que el silicio tiene muchas propiedades químicas similares al carbono, tiene los mismos cuatro enlaces, y está en el mismo grupo del cuadro periódico, el grupo 14. Algunos bioquímicos van incluso más allá al definir la propia vida como una más de las complejas propiedades de los compuestos de Carbono.

                           Hidrocarburos

Son compuestos orgánicos formados únicamente por “átomos de carbono e hidrógeno”. La estructura molecular consiste en un armazón de átomos de carbono a los que se unen los átomos de hidrógeno. Son los compuestos orgánicos más simples y pueden ser considerados como las sustancias principales de las que se derivan todos los demás compuestos orgánicos. Los hidrocarburos se clasifican en dos grupos principales, de cadena abierta y cíclicos. En los compuestos de cadena abierta que contienen más de un átomo de carbono, los átomos de carbono están unidos entre sí formando una cadena lineal que puede tener una o más ramificaciones. En los compuestos cíclicos, los átomos de carbono forman uno o más anillos cerrados. Los dos grupos principales se subdividen según su comportamiento químico en saturados e insaturados.

Imagen artística de vida basada en silicio (bp0.blogger.com)

El Silicio es el elemento más próximo al Carbono en cuanto a su capacidad de combinarse consigo mismo y con otros elementos para formar muchos compuestos diferentes, pero sus cadenas son relativamente cortas e inestables en comparación con las de los hidrocarburos (compuestos de carbono que contienen hidrógeno). El Boro es otro elemento que se cita a veces como posible base para una vida sin Carbono, pero sus propiedades hacen que sea todavía peor candidato que el Silicio.

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Cancion de Navidad, la afamada historia de redencion escrita por Charles Dickens, se inicia con una amonestación a los lectores para que presten atención a un hecho particular: “El viejo Marley estaba bien muerto… Este hecho debe comprenderse cabalmente, pues de otro modo nada maravilloso puede derivarse de la historia que voy a relatar”.

La Historia de la vida primigenia tiene su propio “Jacob Marley; hecho que, como la muerte del avaro de la historia de Dickens, es necesario comprender cabalmente para que la narración cobre sentido. El primero de ellos es la diversidad metabolica de los microorganismos procariotas, un aspecto clave para explorar la historia de la vida primigenia. Conviene que nos familiaricemos con las numerosas formas de metabolismo que utilizan los procariotas para vivir y que averiguemos donde encajan esos minusculos organismos en el arbol de la vida antes de que podamos calzarnos de nuevo las botas para volver al campo como paleontologos.

Al igual que los eucariotas, muchas bacterias respiran oxigeno. Pero otras bacterias utilizan para la respiración nitrato disuelto (NO₃^–) en lugar de Oxigeno, y aun otras usan iones sulfato (SO₄^2-) u oxifos metalicos de hierro o manganeso. Unos pocos procariotas pueden incluso utilizar CO₂, que parece reaccionar con acido acetico en un proceso que genera gas natural, que es el gas metano(CH4). Los organismos procariotas han desarrollado ademas toda suerte de reacciones de fermentacion.

Las bacterias tambien exhiben variaciones sobre el tema de la fotosintesis. Las cianobacterias, un grupo de bacterias fotosinteticas teñidas de color verde azulado por la clorofila y otros pigmentos, captan la luz del Sol y fijan CO₂ de forma muy parecida a como lo hacen las algas terrestres eucariotas. Sin embargo, cuando en el medio hay sulfuro de hidrogeno (H₂S, bien conocido por su caracteristico olor a “huevos podridos”), muchas cianobacterias utilizan este gas en lugar del agua para obtener los electrones que requiere la fotosintesis. Como productos secundarios se forman entonces azufre y sulfato, no oxigeno.

Las cianobacterias constituyen solo uno de los cinco grupos distintos de bacterias fotosinteticas. En los otros grupos, el aporte de electrones por H₂S, gas hidrogeno (H₂) o moleculas organicas es obligado, y nunca se produce oxigeno. Estas bacterias fotosinteticas captan la luz con bacterioclorofila en lugar de la clorofila, mas familiar. Algunas utilizan los mismos procesos bioquimicos que las cianobacterias y las plantas verdes para fijar dioxido de carbono, pero otras usan vias metabolicas muy distintas, y un tercer grupo se sirve de una fuente de carbono organico en lugar de CO₂.

Las variaciones bacterianas sobre temas metabolicos de la respiracion, la fermentacion y la fotosintesis son, pues, impresionantes, pero los organismos procarioticos han desarrollado todavia otro modo de crecer que es completamente desconocido en los eucariotas: la quimiosintesis. Como los organismos fotosinteticos, los microbios quimiosinteticos toman el Carbono del CO₂, pero obtienen la energia de reacciones quimicas y no de la radiacion solar, lo que consiguen combinando oxigeno o nitrato (o, de forma menos frecuente, el sulfato, el hierro oxidizado o el manganeso) se combina con gas hidrogeno, metano o formas reducidas de hierro, sulfuro o nitrogeno de tal forma que la celula capta la energia desprendida por la reaccion. Los procariotas metanogenicos resultan de particular interes para la ecologia y la evolucion; estas dominutas celulas extraen energia de una reaccion entre hidrogeno y dioxido de carbono en la que se libera metano.

Las vias metabolicas de los procariotas sustentan los ciclos bioquimicos que mantienen la Tierra en su condicon de planeta habitable. Fijemonos por ejemplo en el dioxido de carbono. Los volcanes aportan CO₂ a los oceanos y la atmosfera, pero la fotosintesis lo sustrae a un ritmo mas rapido. Tan rapido, de hecho, que los organismos fotosinteticos podrian desproveer de CO₂ a la atmosfera actual en poco menos de una decada. Naturalmente no ocurre asi, y ello se debe sobre todo a que esencialmente la respiracion realiza la reaccion fotosintetica en sentido inverso. Mientras que los organismos fotosinteticos hacen reaccionar CO2 con agua para producir azucares y oxigeno, los seres vivos que respiran (entre los que podemos incluirnos nosotros) hacen reaccionar azucar con oxigeno y en el proceso liberan agua y dioxido de carbono. Conjuntamente, la fotosintesis y la respiracion reciclan el carbono en la biosfera y sostienen asi la vida y su ambiente a lo largo del tiempo.

No es dificil imaginar un ciclo del carbono simple en el cual las cianobacterias fijen CO₂ en forma de materia organica y suministren oxigeno al medio mientras que las bacterias no fotosinteticas hacen lo contrario, al respirar oxigeno y regenerar el CO₂. Las plantas y las algas pueden realizar la misma funcion  que las cianobacterias, y los protozoos, los hongos y los animales pueden sustituir a las bacterias respiradoras (en ese sentido los procariotas y los eucariotas son funcionalmente equivalentes). Pero dejemos que algunas celulas caigan hasta el fondo del oceano y queden enterradas en sedimentos desprovistos de oxigeno. Aqui las limitaciones del metabolismo eucariota resultan evidentes, pues se necesitan reacciones que no consuman oxigeno (reacciones anaerobicas) para completar el ciclo del carbono. En los actuales sedimentos del fondo oceanico, la reduccion de sulfato y la respiracion con hierro y manganeso son tan importantes como la respiracion aerobica en el reciclado de la materia organica. En terminos mas generales, alli donde el carbono transita por medios falto de oxigeno, las bacterias son esenciales para completar el ciclo del carbono. Los eucariotas son opcionales.

El valor fundamental de los eucariotas se extiende tambien a otros elementos de importancia biologica. De hecho, en los ciclos biogeoquimicos del azufre y del nitrogeno, todas las vias metabolicas importantes para el reciclado de estos elementos son procariotas. Piensese en particular en el nitrogeno, un elemento esencial necesario para la sintesis de proteinas, acidos nucleicos y otros compuestos biologicos. Vivimos inmersos en gas nitrogeno. (El aire esta compuesto en un ochenta por 100 de su volumen por gas nitrogeno.) Pero este gigantesco almacen de nitrogeno no se encuentra biologicamente disponible para nosotros, que, como el resto de los animales, obtenemos el nitrogeno que necesitamos consumiendo otros organismos. Y el gas nitrogeno no se encuentra mas disponible para las vacas o el maiz que para los humanos. Las plantas pueden absorber amonio (NH₄ ⁺) o nitrato del suelo, pero ¿como llegan estos compuestos hasta alli? El amonio se libera durante la descomposicion de celulas muertas; el nitrogeno, a su vez, es producido por bacterias que oxidan amonio. En medios ricos en oxigeno el nitrato resultante queda disponible para las plantas (o, en ecosistemas acuaticos, para las algas y las cianobacterias), pero en los suelos anegados y otros ambientes pobres en O₂ otras bacterias usan nitrato para respirar y devuelven gas nitrogeno a la reserva atmosferica de N₂. (Buena parte del nitrato que se aporta a los campos con los abonos tiene ese destino.)

De modo que todavia no hemos resuelto nuestro problema. El amonio y el nitrato del suelo y del agua del mar provienen de celulas muertas, y las bacterias que respiran nitrato inexorablemtne sustraen nitrogeno biologicamente util de la biosfera. Entonces, ¿Que es lo que alimenta el ciclo del nitrogeno e impide que se frene? La respuesta es que algunos organismos son capaces de convertir nitrogeno atmosferico en amonio utilizando para ello las reservas de energia de la celula. Ningun organismo eucariota puede fijar nitrogeno por este proceso, pero si muchos procariotas. Los rayos fijan una pequeña cantidad de nitrogeno al cortar la atmosfera, pero la sed de nitrogeno de la biosfera es saciada principalmente por las bacterias.

Los ciclos del carbono, el nitrogeno, el azufre y otros elementos se encuentran ligados entre si formando un complejo sistema que controla el pulso biologico del planeta. Como los organismos necesitan nitrogeno para fabricar proteinas y otras moleculas, no podria haber ciclo de nitrogeno sin fijacion de nitrogeno. El propio metabolismo del nitrogeno depende de la presencia de enzimas que contienen hierro; por tanto, si no hubiera hierro biologicamente disponible no podria haber ciclo de nitrogeno… ni ciclo de carbono. La biologia de otros planetas puede incluir o no organismos grandes e inteligentes, pero lo que si habra siempre alli donde persista la vida son metabolismos complementarios que permiten el reciclado de los elementos biologicamente importantes de la biosfera.

A estas alturas debe haber quedado claro por que insistí en otros tabajos en que las plantas y los animales evolucionaron para hacerse un hueco en un mundo procariota y no al reves. Nuestro mundo es procariota, y no en el sentido trivial de que haya muchas celulas procariotas. Los metabolismos procariotas conforman los circuitos ecologicos fundamentales de la vida. Son las bacterias, y no los mamiferos, los que sustentan el funcionamiento eficiente y persistente de la biosfera.

emilio silvera

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¿A partir de la materia inerte?… ¡surgió la vida! Si retrocedemos en el tiempo y leemos lo que pensaban aquellos grandes pensadores del pasado…

La enorme variedad de formas, colores, comportamientos, etc que acompaña a los objetos, incluidos los vivientes, sería una consecuencia de la riqueza en la información que soportan las moléculas (y sus agregados) que forman parte de dichos objetos. Ello explicaría que las moléculas de la vida sean en general de grandes dimensiones (macromoléculas). La inmensa mayoría de ellas contiene carbono. Debido a su tetravalencia y a la gran capacidad que posee dicho átomo para unirse consigo mismo, dichas moléculas pueden considerarse como un esqueleto formado por cadenas de esos átomos.

El carbono no es el único átomo con capacidad para formar los citados esqueletos. Próximos al carbono en la tabla periódica, el silicio, fósforo y boro comparten con dicho átomo esa característica, si bien en un grado mucho menor.

Persiguiendo evidencias que muestren que la vida surgió en la Tierra más de una vez, los científicos buscan microbios radicalmente distintos a todos los organismos conocidos. Si como muchos científicos creen, la vida surge fácilmente bajo las condiciones medioambientales adecuadas, es posible que esta apareciese sobre la Tierra más de una vez. Ahora los investigadores persiguen evidencias de un segundo génesis en busca de microbios exóticos que sean bioquímicamente distintos al resto de organismos conocidos. En la imagen de la derecha (clic para agrandar), el artista Adam Questell ha imaginado una célula alienígena que transporta su material genético en núcleos gemelos.

Refiriéndonos al silicio, señalaremos que las “moléculas” que dicho átomo forma con el oxígeno y otros átomos, generalmente metálicos poseyendo gran nivel de información, difieren en varios aspectos de las moléculas orgánicas, es decir, de las que poseen un esqueleto de átomos de carbono.

          Claro que nunca podemos decir que no… sería posible

No podemos descartar que, a partir de las moléculas de silicio se pudieran conformar otras formas de vida que, como la nuestra basada en el Carbono, pudiera llegar a adquirir la conciencia. El mundo de los silicatos es de una gran diversidad, existiendo centenares de especies minerológicas. Esas diferencias se refieren fundamentalmente a que el enlace químico en el caso de las moléculas orgánicas es covalente, y cuando se forma la sustancia correspondiente (cuatrillones de moléculas) o es un líquido, como es el caso de los aceites, o bien un sólido que funde fácilmente. Entre las moléculas que lo forman se ejercen unas fuerzas, llamadas de Van der Waals, que pueden considerarse como residuales de las fuerzas electromagnéticas, algo más débiles que éstas. En cambio, en los silicatos sólidos (como en el caso del topacio) el enlace covalente o iónico no se limita a una molécula, sino que se extiende en el espacio ocupado por el sólido, resultando un entramado particularmente fuerte.

Al igual que para los cristales de hielo, en la mayoría de los silicatos la información que soportan es pequeña, aunque conviene matizar este punto.  Para un cristal ideal así sería en efecto, pero ocurre que en la realidad el cristal ideal es una abstracción, ya que en el cristal real existen aquí y allá los llamados defectos puntuales que trastocan la periodicidad espacial propia de las redes ideales. Precisamente esos defectos puntuales podían proporcionar una mayor información.

             El cristal está en la Naturaleza con sus imperfecciones y es, cuando la mano del hombre interviene, cuando lo hace perfecto

Si prescindimos de las orgánicas, el resto de las moléculas que resultan de la combinación entre los diferentes átomos no llega a 100.000, frente a los varios millones de las primeras. Resulta ranozable suponer que toda la enorme variedad de moléculas existentes, principalmente en los planetas rocosos, se haya formado por evolución de los átomos, como corresponde a un proceso evolutivo. La molécula poseería mayor orden que los átomos de donde procede, esto es, menor entropía. En su formación, el ambiente se habría desordenado al ganar entropía en una cierta cantidad tal, que arrojarse un balance total positivo.

No puedo dejar pasar la oportunidad, aunque sea de pasada, de mencionar las sustancias.

Las así llamadas, son cuerpos formados por moléculas idénticas, entre las cuales pueden o no existir enlaces químicos. Veremos varios ejemplos.  Las sustancias como el oxígeno, cloro, metano, amoníaco, etc, se presentan en estado gaseoso en condiciones ordinarias de presión y temperatura. Para su confinamiento se embotellan, aunque existen casos en que se encuentran mezcladasy el mejor ejemplo lo tenemos en las Nebulosas y, también, en las fábricas de la Tierra.

En cualquier caso, un gas como los citados consiste en un enjambre de las moléculas correspondientes. Entre ellas no se ejercen fuerzas, salvo cuando colisionan, lo que hacen con una frecuencia que depende de la concentración, es decir, del número de ellas que están concentradas en la unidad de volumen; número que podemos calcular conociendo la presión y temperatura de la masa de gas confinada en un volumen conocido.

Decía que no existen fuerzas entre las moléculas de un gas. En realidad es más exacto que el valor de esas fuerzas es insignificante porque las fuerzas residuales de las electromagnéticas, a las que antes me referí, disminuyen más rápidamente con la distancia que las fuerzas de Coulomb; y esta distancia es ordinariamente de varios diámetros moleculares.

Podemos conseguir que la intensidad de esas fuerzas aumente tratando de disminuir la distancia media entre las moléculas. Esto se puede lograr haciendo descender la temperatura, aumentando la presión o ambas cosas.  Alcanzada una determinada temperatura, las moléculas comienzan a sentir las fuerzas de Van der Waals y aparece el estado líquido; si se sigue enfriando aparece el sólido. El orden crece desde el gas al líquido, siendo el sólido el más ordenado. Se trata de una red tridimensional en la que los nudos o vértices del entramado están ocupados por moléculas.

Universidad de California, liderada por Ronald Fearing, han desarrollado un material adhesivo tan pegajoso que una persona vestida con un traje hecho de ese material podría ser realmente capaz de escalar paredes, como el héroe favorito de millones de personas (y la fantasía de otro millón de chicas).

El material fue inspirado por el geco, que aprovecha las fuerzas de van der Waals  (la acumulación de millones de fuerzas de atracción a nivel molecular) para mantener sus patas, recubiertas de vellosidades, pegadas a superficies verticales.

Todas las sustancias conocidas pueden presentarse en cualquiera de los tres estados de la materia (estados ordinarios y cotidianos en nuestras vidas del día a día).

Si las temperaturas reinantes, como decíamos en páginas anteriores, es de miles de millones de grados, el estado de la materia es el plasma, el material más común del universo, el de las estrellas (aparte de la materia oscura, que no sabemos ni lo que es, ni donde está, ni que “estado” es el suyo).

En condiciones ordinarias de presión, la temperatura por debajo de la cual existe el líquido y/o sólido depende del tipo de sustancia. Se denomina temperatura de ebullición o fusión la que corresponde a los sucesivos equilibrios (a presión dada) de fases: vapor ↔ líquido ↔ sólido. Estas temperaturas son muy variadas, por ejemplo, para los gases nobles son muy bajas; también para el oxígeno (O₂) e hidrógeno (H₂). En cambio, la mayoría de las sustancias son sólidos en condiciones ordinarias (grasas, ceras, etc).

Las sustancias pueden ser simples y compuestas, según que la molécula correspondiente tenga átomos iguales o diferentes. El número de las primeras es enormemente inferior al de las segundas.

                                       El Carbono es un elemento esencial para la vida y… ¡también para nuestro futuro!

La mina de un lápiz se compone de grafito y arcilla. El grafito es una sustancia simple formada por átomos de carbono. Existe otra sustancia simple formada también por átomos de carbono llamada diamante.

El concepto de molécula, como individuo físico y químico, pierde su significado en ciertas sustancias que no hemos considerado aún. Entre ellas figuran las llamadas sales, el paradigma de las cuales es la sal de cocina. Se trata de cloruro de  sodio, por lo que cualquier estudiante de E.G.B. escribiría sin titubear su fórmula: Cl Na. Sin embargo, le podríamos poner en un aprieto si le preguntásemos dónde se puede encontrar aisladamente individuos moleculares que respondan a esa composición. Le podemos orientar diciéndole que en el gas Cl H o en el vapor de agua existen moléculas como individualidades. En realidad y salvo casos especiales, por ejemplo, a temperaturas elevadas, no existen moléculas aisladas de sal, sino una especie de molécula gigante que se extiende por todo el cristal. Este edificio de cristal de sal consiste en una red o entramado, como un tablero de ajedrez de tres dimensiones, en cuyos nudos o vértices se encuentran, alternativamente, las constituyentes, que no son los átomos de Cl y Na sino los iones Cl^– y Na⁺.  El primero es un átomo de Cl que ha ganado un electrón, completándose todos los orbitales de valencia; el segundo, un átomo de Na que ha perdido el electrón del orbital s.

Se ha descubierto Oxígeno y Dióxido de Carbono en algunos cuerpos celestes, y, desde luego, tengo claro que estos materiales son como la química necesaria, es decir:  “Esta química podría ser un prerrequisito para la vida”. No niego que puedan existir algunas formas de vida basadas en el silicio o en otros elementos. Sin embargo, tengo razones para agarrarme a la vida tal como la conocemos y, creo firmente que, si alguna vez podemos contactar con otros seres vivos inteligentes, éstos estarán conformados con base en el Carbono.

Cuando los átomos de Cl y Na interaccionan por aproximarse suficientemente sus nubes electrónicas, existe un reajuste de cargas, porque el núcleo de Cl atrae con más fuerza los electrones que el de Na, así uno pierde un electrón que gana el otro. El resultado es que la colectividad de átomos se transforma en colectividad de iones, positivos los de Na y negativos los de Cl. Las fuerzas electromagnéticas entre esos iones determinan su ordenación en un cristal, el Cl Na. Por consiguiente, en los nudos de la red existen, de manera alternativa, iones de Na e iones de Cl, resultando una red mucho más fuerte que en el caso de que las fuerzas actuantes fueran de Van der Waals. Por ello, las sales poseen puntos de fusión elevados en relación con los de las redes moleculares.

Todo este universo es ¡tan complejo!

emilio silvera

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