Ciencia en La Brújula: Una nueva forma de crear moléculas

En principio los átomos son grupitos de partículas independientes entre sí. ¿Qué les impulsa a formar un charco de agua, un pelo humano o unas llaves? Esta pregunta tiene muchas respuestas diferentes: hay varios mecanismos que pueden hacer que un átomo se quede “pegado” a otro, y a cada uno de esos mecanismos lo llamamos “enlace” o “enlace químico”. Hoy vamos a hablar del último que se ha descubierto, pero antes de llegar a él hablaremos de otros dos que nos van a allanar el camino: el del agua y el de la sal de mesa.

El agua está formada por dos hidrógenos y un oxígeno, pero, ¿por qué se mantienen juntos? En el caso del agua tiene que ver con la nube de electrones: todos los átomos están formados por un núcleo muy pequeño y una nube de electrones que lo rodea. Esa nube puede tener muchas formas: en algunos átomos es alargada, en otro es esférica… y esos electrones está ahí atrapados porque el núcleo los atrae y no los deja escapar.

En el caso de moléculas como el agua lo que ha pasado es que la nube del oxígeno y la del hidrógeno han entrado en contacto y se han mezclado. Ahora, en lugar de dos nubes diferentes tenemos una sola: yo lo imagino como una especie de neblina que rodea al oxígeno, otra neblina que rodea al hidrógeno, y entre medias un puente que las une. Ese puente es el enlace químico: el que hace que oxígeno e hidrógeno no puedan separarse. Y este tipo de enlace se llama covalente.

La sal funciona de una forma muy distinta: en este caso lo que ocurre es que cuando el sodio y el cloro se encuentran, el cloro le roba un electrón al sodio. Literalmente, el cloro le arranca un pedazo a la nube del sodio y se lo queda. El resultado es que al cloro le sobra un electrón, y por lo tanto tiene carga negativa, y al sodio le falta uno, y por lo tanto tiene carga positiva. ¿Y qué ocurre con las cargas de diferente signo? Que se atraen.

Una vez consumado el hurto los dos átomos se atraen y es muy difícil separarlos: éste es el enlace iónico, en el que no hay “fusión” de las dos nubes, sino atracción eléctrica. Como ves, dos mecanismos muy distintos para mantener dos átomos unidos.

Esto es lo que se conoce como “molécula de Rydberg ión-átomo”, y tiene la particularidad de que reúne elementos del enlace iónico y el enlace covalente. En primer lugar te hace falta un ión, un átomo al que le has quitado un electrón. Y el segundo átomo lo has de poner en un estado un poco especial: tiene que ser un átomo de Rydberg.

Esto es, esencialmente, un átomo extremadamente grande: un átomo cuya nube de electrones has “inflado” para que sea cien veces más grande de lo que sería normalmente. Esto se consigue cogiendo uno de los electrones y pegándole una pequeña patada: si le pegas muy fuerte el electrón se escapará del átomo y se irá a vivir la vida, pero si le pegas lo justo lo que hará es tratar de escaparse… pero no lo conseguirá. Se quedará lejos del núcleo, formando una nube muy inflada y muy diluida que puede ser 1000 veces más grande que un átomo normal.

Tienes el ión, que tiene carga positiva, y esta nube electrónica enorme, que en realidad tiene carga negativa. El ión atrae al electrón, pero no quieres que lo atraiga y se lo quede; eso sería un enlace iónico. Lo que haces es poner el ión muy lejos, de forma que la atracción deforma la nube del electrón, pero no la rompe.

Estás jugando a moldear el átomo de Rydberg desde muy lejos, dándole forma usando la atracción eléctrica; algunas geometrías muy deformadas pueden hacer que el átomo y el ión se repelen incluso. Bueno, pues si encuentras el punto correcto de deformación puedes conseguir que ni se atraigan si se repelan. En ese momento puedes depositar el ión y… tachán, nadie se mueve. Tienes una molécula creada por la atracción eléctrica y la deformación de este átomo gigante.

Si nuestro átomo fuese del tamaño de un balón de fútbol una molécula “normal” sería del tamaño de dos balones uno al lado del otro. Cerquita uno del otro. O si la molécula es de tres átomos, tres balones; o cuatro, o los que sean. Bueno, pues el átomo de Rydberg mediría tanto como ocho campos de fútbol, él solito. Y el ión (que sería otro balón de fútbol) habría que colocarlo a cuatro kilómetros. Si lo pones más cerca la nube se deforma demasiado y no tienes molécula.