Decía el filólogo alemán Theodor Benfey que la tabla y la ley periódica eran el corazón de la química.
A pricipios del siglo XIX John Dalton desarrolló una nueva forma de concebir el atomismo que sirvió a Antoine Lavoisier (conocido como el padre de la química moderna) para crear en 1789 una primera aunque poco cohesionada agrupación de los elementos químicos que se conocían hasta esa fecha distinguiendo entre gases, metales, no metales y tierras. Ochenta años más tarde y habiendo quedado en el camino una decena de intentos de lograr un estándar de clasificación, el ruso Dimitri Mendeléyev logró encorsetar los sesenta y tres elementos conocidos de una forma brillante haciendo uso de una tabla que hoy lleva su nombre y que contenía los huecos que años más tarde servirían de alojamiento a nuevos elementos que aún se habían hallado, demostrando así un fabuloso poder predictivo.
En una de sus calles verticales, la columna decimocuarta, se encuentra el carbono, el cuarto elemento más abundante en el universo tras el hidrógeno, el helio y el oxígeno. Está presente en numerosos minerales, en derivados del petróleo y el gas natural así como en más de la mitad de nuestros tejidos.
Nuestros estudiantes de 4º de ESO han estudiado el carbono presente en hidrocarburos, alcoholes, éteres, cetonas, aldehídos, ésteres, sales, aminas, amidas… y en la poesía.
La poesía, entendida como un medio artístico para expresar la belleza y los sentimientos, no ha de mostrarse necesariamente separada de las disciplinas científicas. La química, por ejemplo, nos rodea, nos compone, está presente en todas las manifestaciones de la vida, las que crean esa belleza que hace estremecer nuestros sentidos; estos, a su vez, son mecanismos fisiológicos que crean sensaciones a partir de células especializadas en interpretar un torrente de estímulos químicos. Esa ligazón ha podido encontrarse en multitud de ocasiones en las que el rigor del método científico se ha combinado con la musicalidad del verso.
Iniciándose el trabajo de investigación con un guiño a la literatura, estos jóvenes descubrieron los versos de Hans Magnus Enzesberger que habría de iniciar el recorrido académico del trabajo.
La parte experimental comienza con un estudio del concepto de tensión superficial. Entre las moléculas que forman los líquidos se manifiestan atracciones que convierten las fuerzas de cohesión en la superficie en una especie de membrana elástica. Cada molécula atrapada en el interior de un líquido experimenta una fuerza en todas direcciones que se contrarresta con las fuerzas recíprocas de las moléculas adyacentes. Esto ocurre en el seno del líquido porque cada molécula está rodeada de otras pero no pasa lo mismo en la lámina superficial (ni en las fronteras del líquido con otras superficies) al carecer de moléculas que ejerzan fuerza desde arriba. De esta manera, la cohesión se refuerza hacia adentro ofreciendo una resistencia a cualquier objeto que pretenda acceder al interior. Cuando se aumenta la temperatura se produce una agitación térmica que disminuye la fuerza de los enlaces moleculares y reduce la tensión facilitando que el objeto penetre en el líquido. También ocurre cuando se añaden aditivos reductores de la tensión superficial.
Esta propiedad es fácilmente observable y podemos encontrala en insectos que la aprovechan para «caminar» sobre el agua, en las pompas de jabón que vemos crecer al insuflarles nuestro aliento o en la forma en que se reparte el surfactante que recubre nuestros alvéolos pulmonares cuando inhalamos y su radio aumenta de tamaño.
Para comprobar en laboratorio este fenómeno se empleó pimienta molida y jabón de lavavajillas.
Al espolvorear la pimienta sobre el agua, las pequeñas partículas se asientan en aquella membrana elástica que formaba la tensión superficial pero, al aportar una lágrima de jabón con nuestro dedo, destrozamos la tensión superficial existente y creamos una fisura por la que la pimienta flotante pasa a convertirse en un poso en el fondo del recipiente.
Es una forma sencilla de evocar el grave problema medioambiental que produce la contaminación acaecida por productos de limpieza vertidos a los torrentes de agua de nuestros ríos, dificultando su oxigenación, precipitando residuos y comprometiendo la vida de especies animales y vegetales.
Un proceso similar ocurre cuando dejamos reposar un alfiler sobre la superficie libre del líquido. En caso de depositarlo sobre el agua, su escaso peso y su prevalencia longitudinal, facilitan la flotación pero al repetir el experimento en agua jabonosa mantenerse a flote se le antoja imposible y se precipita contra el fondo.
Para concluir la fase experimental se aplicaron los conocimientos adquiridos a los tipos de mascarillas que estamos usando actualmente para protegernos del contagio del SARS-COV 2, responsable de la COVID-19.
Este virus mide entre 50 y 140 nanómetros. Para contar con una idea aproximada, la cabeza de un alfiler medio tiene un diámetro de 2mm por lo que, de disponer en fila una cadena de estos patógenos, podríamos contar con 40000 de extremo a extremo. Estos virus se desplazan por el aire auxiliándose de aerosoles y gotículas que emitimos al respirar, hablar, toser o estornudar. Los primeros tienen un tamaño de hasta 100 micras y quedan suspendidas en el aire pudiendo ser transportadas a lo largo de varios cientos de metros. Las segundas, con un tamaño mayor de 300 micras, tienen un recorrido mucho más corto pero en su estructura son capaces de atrapar una mayor cantidad de gérmenes.
La tensión superficial resulta imprescindible para la formación de la propia gota pues, sin ella, sería imposible que adquiriese su forma esférica (o casi, porque estas secreciones proyectadas a gran velocidad sufren el rozamiento con el aire circundante deformándolas). Si ya es difícil capturar una diminuta gota, cómo haríamos para retener su contenido si ni siquiera existiera ese medio de transporte.
El tejido que forma nuestras mascarillas se entrelaza por acción de enlaces químicos muy débiles que se rompen con facilidad por acción del alcohol o los detergentes (por eso no se debe limpiar las mascarillas quirúrgicas o FFP2 con ningún tipo de producto alcohólico). Dependiendo del tipo de mascarilla será posible retener gotas más pequeñas y esto está directamente relacionado con la utilidad de según qué tipos de mascarillas filtrantes.
Al verter agua dentro de la mascarilla el agua es retenida por efecto de la tensión superficial de sus fibras pero, al añadir alcohol o un detergente, la membrana elástica se destrama y la mascarilla comienza a permear. De esta forma, comprobando distintos tipos de mascarillas, se ha podido constatar empíricamente la eficacia de cada una. Para ahorrar al lector el tiempo de experimentación puede afirmarse que las de tejido normal y las conocidas como «de rejilla», no son efectivas para estos menesteres y que las reutilizables deben ser lavadas cuidadosamente siguiendo escrupulosamente las instrucciones del fabricante para evitar dañarlas.
Así es como nuestros estudiantes han podido comprobar de primera mano la importancia de la química del carbono y la relación de la tensión superficial con la contaminación, la respiración o la transmisión de enfermedades por vía aérea. Añadamos a la evidencia científica el color que suma la poesía y tendremos un maridaje perfecto para una lección que no habrá de ser olvidada.
Con unos versos que la química y poeta murciana María Cegarra, la primera perito químico de España, recogió en su libro Poemas de laboratorio, nos despedimos:
La sílice es una afirmación con un círculo duplicado. Tierra y Dios, mi barro y mi atmósfera.
La química lo afirma, pero se engaña. No existe la saturación.
Hidrocarburos que dais la vida, sabed que se puede morir aunque sigáis reaccionando, porque no tenéis risa, ni aliento, ni mirada, ni voz. Solo cadenas.
Balanza, urna de sensibilidad, eres el crucifijo de la mirada.
La sonoridad de las ebulliciones y de los alambiques es como un viento sin mar y sin molinos.
¡Ansia de la transmutación! Para conseguirte, cada vez más pequeña, más minúscula, más átomo.
María Cegarra Salcedo.
Quizá si Mendeléyev hubiera sentido así la química su tabla no hubiera sido tan rígida.
Experimento desarrollado por la profesora Mª Dolores Capel (Física y Química).
Post: Javier Luque.
Créditos de las imágenes: elaboración propia.