La otra razón por la que la humanidad ha tardado tanto en entender de qué están hechas las cosas es porque las sustancias no son una pasta continua —como parece a través de nuestros sentidos— sino que consisten de un incontable número de pequeñísimas partículas interactuando eléctricamente unas con otras. Dichas partículas son increíblemente pequeñas. No sólo no las podemos ver a simple vista, ni siquiera con la ayuda de un microscopio.

Imagina el objeto más pequeño que puedas. ¿Ya? Bueno, pues las partículas que integran a las sustancias... ¡son todavía mucho más pequeñas!

Para que te des una idea, piensa que en un vaso de agua hay del orden de un cuatrillón de moléculas. Un cuatrillón es un número inmensamente grande. Imagínate un bicho (puede ser una cucaracha o un ratón) que pudiera tener un millón de hijos. Y que cada uno de éstos pudiera a su vez tener un millón de vástagos. Ya serían un billón de nietos. Si estos también tuvieran un millón de cachorritos, se tendrían un trillón de biznietos. Y..., sí, si éstos también engendraran su millón cada uno, al final habría un cuatrillón de hermosos, saludables e inquietos tataranietitos.

¿De qué tamaño tendrán que ser las partículas químicas para que un cuatrillón de ellas quepa en tan sólo un vaso de agua?

Así como una manada consiste de muchos búfalos, una sustancia consiste de muchas partículas. El agua que conocemos macroscópicamente, no es otra cosa más que muchas moléculas juntas.

La relación que hay entre sustancia y partícula es similar a la que hay entre manada y búfalo. Es decir, sustancia se refiere al conjunto, mientras que partícula se refiere a un solo individuo.

Las partículas químicas que integran a las distintas sustancias tienen formas y tamaños determinados. Por ejemplo, las moléculas de agua tienen una forma similar a la de un riñón (figura 1.5).

Figura 1.5. Silueta de varias moléculas de agua

A pesar de su extraordinaria pequeñez, las partículas químicas poseen una estructura interna. Dicha estructura es de naturaleza eléctrica: tienen partes positivas (los núcleos) y negativas (los electrones). En la figura 1.6, se representa el interior de una molécula de agua. Las pequeñas esferas negras representan a la parte positiva (los núcleos) mientras que la zona sombreada representa la parte negativa (la región donde se encuentran los electrones puesto que, de éstos, no se conoce ni su forma ni su tamaño).

Figura 1.6. Las moléculas de agua, al igual que cualquier otra partícula química, tienen una parte positiva (los núcleos) y una negativa (los electrones).

Si el número de cargas positivas y de cargas negativas es el mismo, la partícula será neutra (átomos o moléculas). Si hay más de unas que de otras, la partícula quedará cargada (iones).

A la pregunta ¿De qué están hechas las cosas?, la ciencia de hoy tiene la siguiente respuesta: todo lo que hay en el universo, todos los objetos, los cuerpos y los seres que existen, están hechos de materiales. Los materiales, a su vez, pueden estar formados por uno o varios constituyentes llamados sustancias. Las sustancias consisten de pequeñas partículas llamadas iones, moléculas y átomos. La figura 1.7 es un mapa conceptual donde se resume dicha información.

Hay dos grandes tipos de mezclas homogéneas: las disoluciones y los coloides.

En las disoluciones, partículas de una o más sustancias se dispersan entre las partículas de otra sustancia. La mezcla se da a escala subnanoscópica porque el tamaño de las partículas es menor a una milésima de micra, es decir, menor a un nanómetro. Esto quiere decir que este tipo de materiales conserva su aspecto homogéneo, incluso cuando son vistos a través de un microscopio. A las sustancias que se encuentran en menor cantidad se les da el nombre de solutos. A la sustancia que se encuentra en mayor cantidad se le llama disolvente. Son ejemplos de disoluciones el bronce, el agua de mar, el tequila, una gaseosa, el aire, etcétera. Como se puede observar, algunas soluciones son líquidas pero otras son sólidas o gaseosas. En la tabla 1.2 se muestra un ejemplo para cada caso donde se indica el estado físico del material junto con el estado físico de las sustancias antes de mezclarse. El estado físico de la disolución siempre es el de la sustancia que se encuentra en mayor cantidad, es decir, el del disolvente.

Tabla 1.2. Tipos de disoluciones

* No hay disoluciones de un soluto sólido en un disolvente gaseoso.

Por otro lado, en los coloides, enormes cúmulos de partículas de una o varias sustancias son los que se dispersan entre las partículas de la otra sustancia. Como estos cúmulos pueden llegar a tener un tamaño del orden de las micras, se dice que la mezcla se da a escala microscópica. Las sustancias cuyas partículas se dispersan se llaman fase dispersa. La sustancia en la cual se dispersan las otras se llama fase dispersante.

De hecho, es posible ver con un microscopio que los cúmulos dispersos se mueven en zigzag, cambiando azarosamente de rumbo, a través del medio dispersante. El movimiento errático, al azar, de los cúmulos coloidales se puede apreciar debido a que son tan grandes que pueden reflejar la luz. Un ejemplo conocido de este efecto es cuando se prende una lámpara en la oscuridad y se puede ver el movimiento de las partículas de polvo en el aire. Este efecto óptico se conoce como Efecto Tyndall. Son ejemplos de coloides: el rubí, el cemento, el humo, una gelatina, la leche, la niebla, las palomitas de maíz, la crema batida, etcétera. Al igual que las disoluciones , hay ejemplos de coloides en cualquiera de los tres estados de la materia. En la tabla 1.3 se muestra un ejemplo de cada tipo.

Tabla 1.3. Tipos de coloides

* No hay coloides “gaseoso-gaseoso”. Todas las mezclas gaseoso-gaseoso forman una disolución.