Pensándolo bien...

Las reacciones químicas son esos procesos en los que se manifiesta la Química. La esencia de las cosas es la parte fundamental o más importante de algo; el conjunto de características permanentes que concretan una cosa y sin las cuales dejaría de ser lo que es. La materia es la esencia de los cuerpos físicos. Se presenta en distintos estados que son concreciones del comportamiento de los átomos o moléculas que constituyen las sustancias y cuyas características están sujetas a las presiones y temperaturas existentes. Sólido, líquido, gas, plasma, condensado de Bose-Einstein, son los primeros de la relación. Otras formas reconocidas son el plasma de quark-gluones, el líquido cuántico de espines o el estado degenerado.

El plasma de quark-gluones es el estado en el que se asume que se encontraba la materia del universo una millonésima de segundo después del Big Bang y antes de comenzar a enfriarse, cambiando a otros estados con menor contenido energético. Es ese estado que corresponde a unas temperatura y energía extremas en que toda la materia se configuró en una densa sopa de partículas fundamentales: quarks y gluones, que podía desplazarse a velocidades próximas a las de la luz. De esta manera, las fuerzas atractivas entre ellos son tan débiles que es posible que mantengan su individualidad y puedan desplazarse libremente. Las partículas se comportan no como un gas ideal, sino como un superfluido, como confirmaron los experimentos del CERN en 2003 y 2005.

El líquido cuántico fue propuesto por el físico y ganador del Nobel Philip Warren Anderson, en la década de los 70. Fue en 2016 cuando se ha demostrado su existencia real. Lo presentan en ciertas condiciones de presión y temperatura algunos minerales como la herbersmithita. Usualmente, los espines de los electrones se alinean, mientras que en el estado líquido cuántico de espines, nunca llegan a alinearse, manteniéndose en una constante fluctuación que conservan hasta temperaturas próximas al cero absoluto. Resulta ser una propiedad singular, dado que, en los restantes estados de la materia, el espín se congela a esa temperatura. Confiere unas características magnéticas singulares, que son objeto de intensa investigación.

El Estado degenerado es consecuencia de presiones extremas, como las que se dan en el núcleo de algunas estrellas, en las que las partículas resultan estar comprimidas en un espacio mínimo. Como dos partículas no pueden ocupar el mismo espacio en el mismo momento, como postula el principio de Pauli, esto provoca que los átomos degeneren y pierdan su estructura: los electrones abandonan sus órbitas y comienzan a moverse a velocidades cada vez más cercanas a la de la luz, ejerciendo una fuerza expansiva que compense la presión externa. Un crecimiento desmesurado de la presión hace que se  supere el  límite de Chandrasekar, en cuyo caso, la presión externa se hace insostenible y los núcleos atómicos también degeneran, pierden su estructura, y colapsa en una acumulación de neutrones y protones.

El hielo superiónico es un estado descubierto en el agua en 2018. Cristales de hielo a una presión unos 2 millones de veces superior a la presión atmosférica y a temperaturas próximas a los 5.000 ºC, sufren un empaquetamiento, al tiempo que se desvanecen los enlaces por la elevada temperatura. Conviven dos fases, una líquida y una sólida. Los átomos de oxígeno responden a una estructura cristalina, a través de la cual fluyen los núcleos de hidrógeno. Se piensa que debe darse en planetas gigantes gaseosos y helados como Urano o Neptuno. Falta confirmar que otras sustancias sometidas a condiciones parecidas, adoptan esta ordenación en condiciones similares, para que pueda aceptarse como un nuevo estado de la materia.

La materia, en cualquiera de los estados citados o por citar, sufre transformaciones al poder adoptar configuraciones en las que permanecer en forma estable en las condiciones del medio circundante. Los procesos que tienen lugar en esas transformaciones son la esencia de la Química. Durante mucho tiempo nos hemos tenido que conformar con la constatación de los estados en que se encontraba un sistema, para conjeturar el proceso que había tenido lugar para pasar de un estado a otro. Es la química en diferido. No se disponía de un reloj capaz de medir tiempos a escala molecular o atómica que permitieran detectar, en tiempo real, las transformaciones. Con el advenimiento del láser hemos dispuesto de relojes de nano, femto y atosegundo, pero en especial, el de femtosegundo es el genuino para el estudio en directo de las reacciones químicas. Gracias a Ahmed Zewail, permio Nobel 1999, disponemos de una disciplina, la temtoquímica que dedica su atención a las reacciones químicas en directo. Esto permite “ver la química”, al asistir en directo a las transformaciones

No obstante, hay reflexiones que, aun no disponiendo de tecnologías ad hoc, como la señalada, permiten acercarse convenientemente a la intimidad de las transformaciones químicas. Suelen ser un alarde de imaginación, con certeras referencias a los elementos fundamentales de un proceso que permiten desvelar sus secretos más íntimos. Cuando solamente se referían como estados de agregación de la materia el sólido, líquido y gas, surgía el fuego como un estado inclasificable. No se determinaba con precisión a que estado de agregación se asignaba ni la razón por la que estaba caliente, que, empíricamente, se comprobaba al menor descuido. Probablemente, fue el primer proceso que contempló la Humanidad en directo y que pudo observarlo con detenimiento. Uno de los que resultó fascinado por el fuego fue el químico Faraday que vivió mediados los siglos XVIII y XIX, siendo descubridor de la inducción electromagnética, el diamagnetismo y la electrolisis y promotor en 1825 de las Conferencias de Navidad de la Royal Society de Londres, que se mantienen en la actualidad, cuyo objetivo era y es, presentar a los jóvenes las maravillas de la Ciencia, cuidando el espectáculo. Su exposición más reconocida es la de 1848 titulada “La historia química de una vela”.

El fuego es una reacción química. Le ocurre a los gases, como consecuencia del calentamiento de sólidos y/o líquidos que producen vapores que, al mezclarse con oxígeno, prenden. Por tanto, el fuego no es ni sólido, ni líquido, ni gas, sino lo que le ocurre a un gas. Un proceso. El proceso tiene lugar cuando se calienta un sólido o un líquido, se rompen enlaces y se libera gas, que al mezclarse con el oxígeno y en contacto con una fuente de encendido, produce la llama. Una vela encendida es un expositor de la química, se puede ver la química en ella.

Esta inquietud inicial de Faraday, fue compartida por muchos otros científicos que reflexionaron sobre aspectos implícitos en el proceso del fuego. El fuego está asociado al calor. La combustión es una reacción exotérmica, con lo que el calor liberado supera a la energía que absorbe. La reacción implícita en el fuego libera mucha energía, que es la causa de que el fuego sea caliente. Por otro lado, la energía puesta en juego es capaz de excitar los electrones a estados de mayor energía que al decaer emiten luz en el rango visible, que proporcionan el brillo de la llama..

Son distintos niveles de examinar los procesos químicos. En este caso se ponen en juego estados de la materia y procesos que tienen lugar en ella. En común la observación y la reflexión. Valioso, en todo caso: ver la Química.