¡Cómo medir un átomo! o… ¡Delgadas láminas oleosas, Batman!

¡Cómo medir un átomo! o…

¡Delgadas láminas oleosas, Batman!

Demócrito inventó el átomo hace unos 2400 años.

Llegó a esa idea con el solo esfuerzo de su razón. Explicaba que todas las cosas -el universo entero- estaban hechas de átomos y que de los diferentes tipos o clases de esos pequeños guijarros derivaba la variedad material del mundo.

“Solo hay átomos y vacío” decía el sabio de Abdera.

Compré hace 20 años un libro precioso, es una tesis presentada por Einstein y trata sobre los escritos de Epicuro acerca del átomo imaginado por Demócrito. Para explicar la dureza o ligazón de las diversas formas o estados materiales, argüía Epicuro que los átomos tenían ganchos y, estos, diferentes curvaturas. Así, los sólidos poseían ganchos fuertes y cerrados; los líquidos, ganchos cerrados pero sin ajustes; y lo gaseoso –decían- estaba compuesto por ganchos romos, que no producían ligazón alguna.

Pensar el átomo y sus movimientos implicó negar la idea de dios o dioses paveando por allí. Si todo es átomos y vacío, si de la unión o desunión de ellos depende el mundo, nada tiene que hacer ninguna mente o acción divina, como algunos creemos hoy.

“Todo lo que existe es fruto del azar y de la necesidad” decía don Demo.

Pero estas ideas, desarrolladas hace 2000 años, eran peligrosas. Los místicos ya tramaban sus acechanzas y denuncias y corrompían las mentes de los estudiantes. La escuela atomista fue negada y las ideas defendidas por los aristotélicos (por los que en esencia negaban el vacío, antes y después del Filósofo que ríe se impuso para inclinar la historia de la ciencia al pantanal previo a la edad media.

“La risa torna sabio…” sostenía.

Giordano Bruno adhirió a tales ideas –por desgracia, el pobre monje afirmó como el antiguo filósofo: “hay infinito número de mundos, sujetos a generación y corrupción”- y ya entrado el siglo XVII las teorías de la gravitación y la incipiente química fueron modelando los conceptos que tomamos como ciertos.

Sin meterme en líos con una historia apasionante y fórmulas que me superan, quiero contar cómo fue que se pudo medir el tamaño de las moléculas por vez primera.

Si los átomos existen –decían entonces sus defensores- debemos poder medirlos de algún modo (entonces se hablaba de moléculas o átomos por igual).

Efectivamente, tal proeza fue posible gracias al ingenio humano y no merced a ningún tipo de regla o instrumento cuantificador.

En 1890, Lord Rayleigh -el de la dispersión, que explicó algo tan bello como el cielo azul- tuvo una idea majestuosa que voy a explicar con mis palabras, para no abusar de los ejemplos ajenos, cosa que horroriza y denigra a un ATDL.

Imagina que puedes deformar algo que está compuesto por pequeñas partes cuya existencia es desconocida. Imagina que quieres medir esas pequeñas partes y no puedes hacerlo mediante una máquina o regla de medida. ¿Cómo obrar?

Rayleigh pensó que, dado un cuerpo o cantidad de materia de volumen conocido, si podía esparcirle o dilatarlo hasta que este se rompiera, tendría allí el límite de aplanamiento o tamaño de las moléculas que formaban ese volumen original.

Veámoslo así: tengo en mis manos un mazo de cartas españolas. El mazo es un volumen de materia conocido, mide tanto por tanto, y me aseguran que está formado por no sé cuantas partes mínimas, indivisibles.

¿Cómo puedo medir cada una de esas partes elementales, últimas, que no puedo ver? ¿Cada una de esas… digámosle… cartas?

Muy fácil: voy esparciendo el mazo sobre la mesa, voy dejando una carta detrás de otra formando una larga cadena, hasta que el mazo llegue a una última expresión o curso de cartas ligadas unas detrás de las otras. Cuando la seguidilla se corte, cuando aparezca un espacio sin parte de mazo ninguna, pues allí habré llegado a la última medida o espesor posible del material secreto que forma cada aleatorio mazo.

El grosor de cada carta podré así medirlo mediante la siguiente expresión:

grosor carta = volumen mazo / área cubierta por cartas

Lord Rayleigh, pese a ser inglés, no era tonto. Él trabajó con un milímetro cúbico de óleo sobre agua. Cuando la mancha de aceite se quebró obtuvo su área, y de dividir el volumen inicial por ella, logró el tamaño mínimo de las moléculas de dicho material o elemento.

Rayleigh usó ácido oleico, formada cada molécula por unos diez átomos. En su caso, menos de 1mm³ esparcido sobre un área de 1m³ arroja una altura molecular de 0,000000001 m, es decir 1 manómetro. Así, cada átomo tendría 0,0000000001 m.

Una medida aceptable*, lograda solo con el pensamiento.

*Muy poco después, Avogardo determinó que en 1 gramo de hidrógeno caben 6 x 10 a la 23 átomos. Así, cada átomo de hidrógeno pesaría 1,66 x 10 a la 27 kg!!!!!!