¿Por qué no se escapa el agua de un vaso entre los átomos del cristal, que en teoría son huecos?

Esta pregunta tiene un problema porque, en su formulación, parece que considera que los átomos del cristal están vacíos pero no los del agua. Es decir, hace una distinción entre los átomos dependiendo de si son de una materia sólida —el cristal— o líquida —el agua—. Y, en la realidad, no podemos hacer esa distinción: todos los átomos de la materia tienen las mismas características básicas, a pesar de que las diferentes sustancias que forman esos átomos tengan propiedades diferentes: el agua como líquido puede deformarse y el cristal como sólido no puede.

Pero dicho esto, la cuestión interesante de la pregunta es indagar sobre si los átomos están o no vacíos. Y la respuesta es que no están exactamente vacíos porque hay una probabilidad de presencia de uno o varios electrones en torno al núcleo de cada átomo. Y esos electrones crean un campo electromagnético cuántico. Este campo electromagnético es el responsable de las repulsiones o atracciones entre los átomos, lo que quiere decir que existen barreras entre ellos, también entre los del agua, porque las hay en todos los tipos de materia. Para responder a por qué el agua no se escapa del vaso que la contiene, tengo que referirme a esos electrones de los átomos y las repulsiones y atracciones entre ellos.

Así que, para empezar, no se puede interpretar como vacío el estado de los átomos debido a la presencia de esos electrones que crean campos electromagnéticos cuánticos. Eso hace que si un electrón de un átomo de agua se quiere colocar donde están los electrones del cristal del que está hecho el vaso, no pueda hacerlo. Se trata de la solución de Pauli, o principio de exclusión de Pauli, que nos dice que hay un número fijado de electrones en cada estado energético, no puedes tener todos los electrones que quieras donde tú quieras.

Desde el punto de vista de la física clásica, tenemos esa repulsión y atracción. Ya sabemos que las partículas con la misma carga se repelen y las de distinta carga se atraen. Como los electrones tienen todos carga negativa, se repelen; pero se atraen hacia las partículas de carga positiva. El agua se pega al cristal pero también está cohesionada entre ella, y eso se debe a esas repulsiones y atracciones. Ocurre como durante la adolescencia, cuando las chicas y chicos tienen apego por su casa y su familia pero también empiezan a tener apego por el exterior y los grupos de amigos.

Pero además, tenemos que tener la mirada cuántica, la física que funciona con los sistemas microscópicos, que nos dice que no puedes tener dos electrones en el mismo estado. Entonces, si el átomo de cristal ya tiene sus posiciones completas para sus electrones, ahí no puede entrar un átomo de agua y eso impide que los átomos de agua atraviesen el cristal.

Ruth Lazkoz es doctora en física, catedrática de la Universidad del País Vasco.

Coordinación y redacción: Victoria Toro.

Pregunta enviada vía email por Carlos Miguel Vega Gómez.

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