6 CAPÍTULO 1 Química: el estudio del cambio
¿De dónde venimos? ¿Cómo se originó el universo? Los seres
humanos nos hemos formulado estas preguntas desde que
tenemos capacidad de raciocinio. La búsqueda de respuestas
constituye un ejemplo del método científi co.
En la década de 1940 George Gamow, físico ruso-esta-
dounidense, planteó la hipótesis de que el universo se inició
miles de millones de años atrás con una explosión gigantesca, el
Big Bang . En esos primeros momentos, el universo ocupaba un
volumen diminuto y su temperatura era más alta de lo imagina-
ble. Esta brillante bola de fuego de radiación mezclada con par-
tículas microscópicas de materia se enfrió gradualmente, hasta
que se formaron los átomos. Por la infl uencia de la fuerza de
gravedad, estos átomos se agruparon para formar miles de millo-
nes de galaxias, incluida la nuestra: la Vía Láctea.
El concepto de Gamow es interesante y muy provocativo. Se
ha puesto a prueba experimentalmente de diversas maneras. Por
principio de cuentas, las mediciones demostraron que el universo
está en expansión, es decir, que las galaxias se alejan unas de otras
a gran velocidad. Este hecho es compatible con el nacimiento
explosivo del universo. Al imaginar tal expansión en retroceso,
como cuando se rebobina una película, los astrónomos han dedu-
cido que el universo se inició hace unos 13 000 millones de años.
La segunda observación que sustenta la hipótesis de Gamow es la
detección de radiación cósmica de fondo . A lo largo de miles de
millones de años, ¡el universo inimaginablemente caliente se ha
enfriado hasta una temperatura de 3 K (o sea, 2270°C)! A esta
temperatura, gran parte de la energía corresponde a la región de
microondas. Puesto que el Big Bang habría ocurrido simultánea-
mente en todo el diminuto volumen del universo en formación, la
radiación que generó debe haber llenado todo el universo. Así
pues, la radiación debe ser la misma en todo el universo que ob-
servamos. De hecho, las señales de microondas que registran los
astrónomos son independientes de la dirección.
El tercer dato que sustenta la hipótesis de Gamow es el
descubrimiento del helio primigenio . Los científi cos piensan que
el helio y el hidrógeno (los elementos más ligeros) fueron los
primeros que se formaron en las etapas iniciales de la evolución
cósmica. (Se cree que otros elementos más pesados, como el
carbono, el nitrógeno y el oxígeno, se formaron más adelante por
reacciones nucleares en las que participaron el hidrógeno y el
helio, en el centro de las estrellas.) De ser así, un gas difuso for-
mado por hidrógeno y helio se habría diseminado por todo el
El helio primigenio y la teoría del Big Bang
Fotografía a color de alguna galaxia distante y un quasar.
universo naciente antes de que se formaran muchas de las
galaxias. En 1995, los astrónomos que analizaron la luz ultravio-
leta proveniente de un lejano quasar (poderosa fuente de luz y de
señales de radio que se considera como una galaxia en explosión
en el borde del universo) descubrieron que una parte de la luz era
absorbida por los átomos de helio en su trayecto a la Tierra.
Puesto que el quasar en cuestión dista de nuestro planeta más de
10 000 millones de años luz (un año luz es la distancia que reco-
rre la luz en un año), la luz que llega a la Tierra corresponde a
fenómenos que ocurrieron hace más de 10 000 millones de años.
¿Por qué el hidrógeno no fue el elemento más abundante que
se detectó? El átomo de hidrógeno tiene un solo electrón, que se
desprende por la luz de un quasar en el proceso llamado ioniza-
ción . Los átomos de hidrógeno ionizados no pueden absorber en
absoluto la luz del quasar. Por otra parte, el átomo de helio tiene
dos electrones. La radiación puede quitarle al helio uno de sus
electrones; pero no siempre ambos. Los átomos de helio ioniza-
dos todavía absorben luz y, por lo tanto, son detectables.
Los defensores de la explicación de Gamow se regocijaron
ante la detección de helio en los confi nes distantes del universo.
En reconocimiento de todos los datos sustentadores, los científi -
cos ahora se refi eren a la hipótesis de Gamow como teoría del
Big Bang.
1.4 Clasifi cación de la materia
En la sección 1.1 defi nimos la química como el estudio de la materia y los cambios que
experimenta. La materia es todo lo que ocupa espacio y tiene masa. La materia incluye
lo que podemos ver y tocar (como el agua, la tierra y los árboles) y lo que no podemos
ver ni tocar (como el aire). Así pues, todo en el universo tiene una conexión “química ”.
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QUÍMICA
en acción