La maestría de instrumentos es el mayor logro de la raza humana; la distingue de los animales. A lo largo de la historia el dominio de nuevos instrumentos ha determinado nuestro destino: arco y flecha, metalurgia, armas de fuego, nucleares, computadoras, etc. En esta ocasión estamos comenzando a dominar los átomos, es decir, los elementos que componen todo, así, en este siglo podríamos poseer la herramienta más importante: la nanotecnología.

La manufactura de moléculas, manipulando átomos, está creando una nueva revolución industrial de la que nacerán materiales que hoy apenas podemos imaginar: superfuertes y livianísimos, con increíbles propiedades eléctricas y magnéticas. El Premio Nobel Richard Smalley señala: “El gran sueño de la nanotecnología es poder construir con el átomo como bloque de construcción”. Phillip Kuekes, de Hewlett-Packard, dijo: “Eventualmente, la meta no es hacer computadores del tamaño de partículas de polvo. La idea es hacer simples ordenadores del tamaño de una bacteria”.

El primero en llamar la atención sobre este nuevo campo de la Física fue el Premio Nobel Richard Feynman, en 1959. Expresó frente a la Sociedad Americana de Física: “Es interesante que fuera, en principio, posible (pienso) que un físico sintetice cualquier sustancia química cuya fórmula sea escrita por un químico. (El químico) da las órdenes y el físico las puede sintetizar. ¿Cómo? Poniendo los átomos donde dice el químico y así puede hacerse la sustancia”.

Generalmente se piensa que las leyes de la Física se mantienen las iguales cuando reducimos la escala, esto no es correcto, lo saben mis lectores. Personas miniaturizadas en películas no se comportarían como se ve en ellas, por ejemplo, la tensión superficial que mantiene la gota de agua o aceite, apenas se manifiesta cuando la tocamos teniendo nuestro tamaño normal, sin embargo, esa tensión, impedirá que un hombre miniatura penetre la gota de agua o la destruya, no importa lo fuerte que sea. Este cambio de escala y las modificaciones que genera presenta problemas difíciles para la nanotecnología.

Feynman hizo notar que a escalas más reducidas que la gota de agua, verbigracia, en la atómica, dominan entre átomos y moléculas, pequeñísimas fuerzas eléctricas como la valencia o atracción y las de Van der Waals que son las responsables de las propiedades de muchas sustancias. ¿Por qué el agua al congelarse aumenta de tamaño? Pues por la atracción del hidrógeno, una molécula de agua tiene forma de V, con oxígeno grandote en el vértice inferior y dos hidrógenos ligeritos en las puntas, es decir, polaridad ligeramente positiva arriba y negativa abajo. En el agua líquida sus moléculas V están: dos o tres montadas sobre las otras, con pequeñísimos espacios entre ellas. Cuando el agua se congela, las moléculas se reorientan y se aglomeran formando hexágonos. En esos hexágonos los átomos están más separados que en múltiples pilares de Vs, como ocupan mayor espacio, el hielo resulta más voluminoso que el agua, por eso, según Arquímedes, flota.

Mucho hemos oído que el átomo es mayormente espacio vacío que entre el núcleo y los electrones no hay nada. Si agrandáramos un átomo al tamaño de un campo de football, el estadio estaría vacío pues el núcleo sería más o menos del tamaño de un grano de arena situado en el centro. Surge la pregunta: ¿si la materia es vacío, por qué no podemos atravesar las paredes como lo hace un fantasma? La respuesta está en el Principio de Exclusión de Pauli que asegura que dos electrones en el mismo estado cuántico no pueden acercarse; se repelen. Por esta razón la materia parece sólida cuando en realidad es básicamente vacío.

Bueno, muy bien, entonces, ¿cómo se forman las moléculas estables? Lo hacen porque los átomos pueden compartir electrones. Esta idea es prepostera, disparatada, si el electrón obedeciera las leyes de Newton pero al nivel atómico hemos visto que se rigen por la mecánica cuántica en la que el Principio de Incertidumbre de Heisenberg nos dice que no sabemos con precisión dónde está el electrón, estará difuso (desparramado) entre dos átomos, manteniéndolos unidos.