VII. EL OLFATO
EL OLFATO es el sentido que nos permite oler. Este fen�meno ocurre cuando ciertas sustancias se introducen en la nariz y tenemos la sensaci�n de oler.
VIII. TRANSICIONES DE FASE Y DIFUSI�N
Antes de que podamos oler cualquier cosa, las sustancias que se desprenden de �sta deben llegar a nuestra nariz. En general, las mol�culas olorosas experimentan dos procesos antes de llegar a nuestra nariz. El primero de ellos ocurre cuando las mol�culas se desprenden de la sustancia en que se encuentran y el segundo al transportarse estas mol�culas hasta nuestra nariz. Para entender c�mo ocurren estos procesos rese�aremos brevemente los fen�menos f�sicos siguientes: a) la evaporaci�n y la sublimaci�n y b) la difusi�n.
En la naturaleza las sustancias pueden existir en uno de estos tres estados o fases: l�quido, s�lido o gaseoso.
De nuestra experiencia cotidiana sabemos que despu�s de cierto tiempo de estar calentando agua empieza a aparecer vapor. Se dice que el agua se evapora. Este proceso es un ejemplo de una transici�n de fase: el agua pas� de la fase l�quida a la fase gaseosa.
Tambi�n sabemos que en la evaporaci�n del agua ocurren otras cosas. Este l�quido se evapora cuando llega a una temperatura de 100°C si uno est� al nivel del mar. Si se calienta agua en un lugar que est� sobre el nivel del mar, por ejemplo a 1 000 m de altura, entonces la temperatura a la que se evapora el agua ya no es de 100°C sino que es de 96°C; es decir, al aumentar la altura sobre el nivel del mar la temperatura de evaporaci�n disminuye.
Por otro lado, a determinada altura sobre el nivel del mar, el aire de la atm�sfera ejerce presi�n sobre todos los objetos (Figura 52). Esta presi�n recibe el nombre de presi�n atmosf�rica. Al subir sobre el nivel del mar, la cantidad de atm�sfera que hay encima de uno va disminuyendo, por lo que la presi�n que ejerce el aire tambi�n ir� disminuyendo.
Combinando los hechos mencionados en los dos �ltimos p�rrafos, podemos concluir que al disminuir la presi�n atmosf�rica sobre el agua su temperatura de evaporaci�n tambi�n disminuye.
En general, un l�quido que no sea agua tambi�n se puede evaporar. La temperatura a la que ocurre este proceso depende de la presi�n atmosf�rica a la que se encuentre el l�quido. Mientras menor sea la presi�n atmosf�rica menor ser� la temperatura de evaporaci�n.
Tratemos de entender esta �ltima afirmaci�n a partir de un punto de vista microsc�pico. En primer lugar, dos �tomos o mol�culas experimentan una fuerza entre ellos. Las caracter�sticas de la fuerza dependen de la distancia que haya entre dichas part�culas. As�, si las part�culas est�n separadas hay una fuerza de atracci�n entre ellas (Figura 53). A medida que aumenta la distancia, disminuye la magnitud de esta fuerza. Si la distancia disminuye sigue habiendo atracci�n, llegando un momento en que al intentar "meterse" una de las part�culas dentro de la otra, la fuerza empieza a ser repulsiva (Figura 54). Una part�cula no permite que otra la penetre. Esta es la base del llamado principio de impenetrabilidad de la materia.
Figura 52. El aire que est� encima de nosotros pesa y causa la presi�n atmosf�rica. Mientras mayor sea la altura sobre el nivel del mar, menor ser� la altura de la columna de aire que nos est� presionando.
Figura 53. Dos �tomos o mol�culas que est�n separadas se atraen.
Figura 54. Dos �tomos o mol�culas que intenten meterse uno dentro del otro se repelen .
Figura 55. En un s�lido los �tomos est�n en sus posiciones de equilibrio. Si el �tomo A se sale de esta posici�n.
Por otro lado, sabemos que las sustancias est�n compuestas de �tomos o mol�culas. Estos componentes microsc�picos se encuentran siempre en movimiento. Por ejemplo, en el caso de un gas los �tomos se muven casi todo el tiempo en l�neas rectas, excepto cuando se encuentran en la cercan�a de otro �tomo y chocan. En este caso los �tomos cambian sus direcciones de movimientos. Por otro lado, los �tomos de un s�lido se encuentran oscilando alrededor de puntos fijos de la sustancia; en un s�lido los �tomos no se separan distancias grandes como en el caso de un gas; se dice que en el caso de un s�lido sus �tomos est�n localizados. Este efecto de localizaci�n se debe a las fuerzas de atracci�n que ejercen los �tomos o mol�culas entre s�. Al tratar de separarse la part�cula A de su posici�n, por ejemplpo, la que est� en el otro extremo, la C, la atrae haciendo que se regrese (Figura 55). Al regresarse, la part�cula A se pasa de su posici�n de equilibrio y entonces la part�cula B la atrae en sentido opuesto. El resultado neto es que la part�cula A oscila alrededor de su posici�n de equilibrio.
En un l�quido ocurre algo intermedio entre los casos de un gas y de un s�lido. Los �tomos de un l�quido se mueven estando un buen tiempo localizados y despu�s se mueven separ�ndose de sus vecinos, para posteriormente volverse a localizar en otro punto y as� sucesivamente. Este efecto de localizaci�n tambi�n es debido a las fuerzas de atracci�n entre las part�culas. La �nica diferencia con el caso de un s�lido es que en el estado l�quido las fuerzas entre los �tomos se manifiestan con magnitudes m�s peque�as que en el caso del estado s�lido.
�Por qu� en un s�lido las fuerzas de atracci�n entre las part�culas tienen mayor magnitud que en un l�quido? De lo que acabamos de presentar, es claro que para que las fuerzas en un s�lido sean de mayor magnitud que en un l�quido las part�culas que forman al s�lido deben estar m�s cercanas unas de otras que en el caso de un l�quido. �Por qu� ocurre esto? Esta situaci�n se debe a dos efectos que compiten entre s�: el efecto de la temperatura y el de la presi�n.
Mientras mayor sea la temperatura de una sustancia, mayor ser� la energ�a con la que se muevan sus part�culas y por tanto, �stas se mover�n con mayor velocidad. Mientras m�s r�pidamente se muevan, menos tiempo tendr�n de estar juntas y por tanto, en promedio estar�n m�s separadas, con el resultado de que la fuerza de atracci�n entre ellas ser� de menor magnitud. En conclusi�n, a mayor temperatura menor ser� la fuerza de atracci�n y por tanto la sustancia estar� ya sea en el estado l�quido o en el gaseoso.
El otro efecto que compite con el de la temperatura es el de la presi�n. Este efecto opera en sentido opuesto. Mientras mayor sea la presi�n que se ejerza sobre una sustancia; sus mol�culas se apretar�n m�s y tender�n a estar m�s cercanas unas de otras, o sea que ejercer�n entre s� fuerzas de mayor intensidad.
Seg�n lo dicho, podemos darnos cuenta de que la fase en que se encuentre una sustancia depende tanto de su temperatura como de su presi�n. Consideremos las siguientes posibilidades.
Supongamos que una sustancia se mantiene a la misma temperatura todo el tiempo y que variamos el valor de su presi�n, por ejemplo, la aumentamos. Esto se puede lograr de varias maneras, una de las cuales ser�a comprimirla. Supongamos adem�s que inicialmente la sustancia est� en fase gaseosa. Al empezar a aumentar la presi�n, sus �tomos comienzan a estar m�s juntos unos de otros y empieza a haber una fuerza de atracci�n. A medida que aumenta la presi�n la fuerza de atracci�n aumenta hasta que llega cierto momento en que la sustancia se vuelve un l�quido. Si se sigue aumentando la presi�n seguir� aumentando la magnitud de la fuerza de atracci�n entre sus part�culas y las distancias entre las part�culas seguir�n disminuyendo, hasta llegar un momento en que el l�quido cambie a la fase s�lida.
Si se partiera inicialmente de una sustancia en fase s�lida y, a la misma temperatura, se le disminuyera la presi�n; ocurrir�a lo que acabamos de rese�ar pero en sentido opuesto.
Nos damos cuenta entonces que una sustancia puede cambiar de fase si se le mantiene a la misma temperatura y se va cambiando su presi�n.
Tambi�n pueden ocurrir cambios de fase si se mantiene el mismo valor de la presi�n de una sustancia y se va cambiando su temperatura. Esto se puede lograr, por ejemplo, si la sustancia experimenta la presi�n atmosf�rica y se le va calentando o enfriando. Supongamos que inicialmente la sustancia est� en la fase s�lida. Al empezar a calentar y aumentar la temperatura, sus mol�culas empiezan a moverse m�s r�pidamente con lo cual se van alejando unas de otras. Al ocurrir esto, las fuerzas de atracci�n entre ellas disminuyen su magnitud. Llegar� un momento en que las mol�culas se separan tanto entre s� que la sustancia se vuelve un l�quido. Al seguir aumentando su temperatura, las part�culas del l�quido siguen separ�ndose m�s y m�s hasta que la fuerza de atracci�n entre ellas es tan peque�a que ya no hay cohesi�n. En este momento el l�quido se vuelve un gas.
Concluimos que una sustancia puede cambiar de fase si se le mantiene a la misma presi�n y su temperatura se cambia.
De lo anterior vemos que las transiciones de fase ocurren en el siguiente orden:
o en el orden inverso. Esto significa que si, por ejemplo, se tiene un s�lido y se le quiere convertir en gas se tiene que pasar por la fase l�quida, intermedia. Esto es cierto solamente si la presi�n a la que ocurren estas transiciones es suficientemente alta. Si se llevan a cabo estas transiciones a presiones cada vez menores, existe un valor de la presi�n para cada sustancia llamado presi�n del punto triple, abajo del cual el orden arriba indicado ya no se cumple. En este caso, un s�lido se puede transformar directamente en un gas sin pasar por la fase l�quida.
A esta transici�n de s�lido a gas se le llama sublimaci�n. El proceso inverso tambi�n se da abajo de la presi�n del punto triple una sustancia gaseosa, al ser enfriada, se transforma directamente a la fase s�lida.
La presi�n del punto triple es muy peque�a para muchas sustancias; sin embargo, para algunas es bastante alta. Por ejemplo, para el bi�xido de carbono es much�simo m�s alta que la atmosf�rica. Por tanto, si uno tiene un trozo de bi�xido de carbono s�lido, el llamado hielo seco, y se le calienta, empieza a despedir vapor. Es decir, se sublima transform�ndose directamente de la fase s�lida a la gaseosa. Algunas otras sustancias, como los desodorantes s�lidos, tambi�n tienen valores de la presi�n del punto triple muy altos, por lo que si se les calienta a la presi�n atmosf�rica se subliman emitiendo gas.
Una experiencia muy familiar es cuando en un vaso de agua soltamos una gota de tinta. Sabemos que despu�s de cierto tiempo toda el agua del vaso se colorear�, es decir, la tinta se habr� esparcido por todo el volumen del agua. Se dice que la tinta se difundi� a trav�s del agua.
El fen�meno de difusi�n de una sustancia en otra ocurre cuando una de ellas presenta diferencias de concentraci�n. Aclararemos esta afirmaci�n. En el caso de la tinta y el agua arriba mencionado, ocurre que en el instante inicial toda la tinta est� concentrada en una regi�n muy peque�a del espacio, a saber, aquella que ocupa la gota. En el resto del agua no hay tinta. Por lo tanto, hay una diferencia de concentraciones de tinta entre esta regi�n y cualquier otra regi�n del vaso. Ahora bien, en presencia de esta diferencia de concentraci�n hay una tendencia a que la concentraci�n de tinta se uniformice. En este proceso las mol�culas que componen la tinta se mueven en todas direcciones, pero el movimiento neto o promedio ocurre en la direcci�n y sentido de las regiones en que no hay tinta, o ya iniciado el proceso, en direcci�n y sentido en que la concentraci�n de tinta sea menor.
Es importante aclarar que las mol�culas de la tinta no se mueven directamente de una regi�n a otra. En general, el tipo de movimiento que realiza cada una de ellas es en zigzag. Si la mol�cula de tinta se moviese, directamente, dado que su velocidad es muy alta, digamos 2 000 km/h, el tiempo que tardar�a cada una de ellas en cruzar el vaso ser�a de 0.00004 segundos. Sin embargo, el tiempo que tarda en uniformizarse es en general de varios segundos o m�s. Lo que ocurre es, como se dec�a, que las mol�culas de tinta no se mueven directamente ya que experimentan choques con las mol�culas del agua que las retrasan y hacen que su trayectoria sea en zigzag. Sin embargo, la tendencia es a uniformizar el valor de la concentraci�n de la tinta. Este proceso se llama difusi�n.
Una vez que la concentraci�n de la tinta es la misma en todas las regiones del vaso, deja de haber difusi�n; es decir, cuando la concentraci�n tiene el mismo valor en todos los puntos del vaso, cesa este fen�meno difusivo.
Por tanto, la difusi�n se da solamente cuando hay diferencias de concentraci�n y ocurre de tal forma que tiende a eliminar estas diferencias, es decir, a uniformizar la concentraci�n.
VII.2 �C�MO LLEGAN LAS SUSTANCIAS OLOROSAS A NUESTRA NARIZ?
Cuando estamos en un extremo de una habitaci�n y alguien abre una botella de perfume, en el otro extremo oleremos el perfume aun con los ojos cerrados y sin que se nos avise de su presencia. Los fen�menos que ocurren para que esto suceda son los siguientes: en general, a cierta altura sobre el nivel del mar, o sea para cierto valor de la presi�n atmosf�rica, las temperaturas ambientes son un poco m�s altas que la temperatura de evaporaci�n del perfume. Por tanto, al dejar abierta la botella el perfume se evapora. Cuando la botella est� cerrada, al evaporarse el perfume y no poder escapar el gas, la presi�n que experimenta el perfume aumenta por lo que su temperatura de evaporaci�n tambi�n aumenta. Este aumento rebasa el valor de la temperatura ambiente y en consecuencia deja de ocurrir la evaporaci�n.
Mientras m�s alta sea la temperatura de la localidad, mayor ser� la cantidad de perfume que se evapore. Asimismo, mientras menor sea la presi�n atmosf�rica, o sea mientras m�s alto estemos sobre el nivel del mar, mayor ser� la cantidad de perfume que se evapore.
Una vez que se empieza a evaporar el perfume, su concentraci�n aumenta en la cercan�a del lugar en que se encuentra la botella, gener�ndose una diferencia de concentraci�n. As� empieza a operar otro mecanismo, el de la difusi�n. El perfume se empieza a difundir a todo el volumen de la habitaci�n hasta que algunas de sus mol�culas llegan a nuestra nariz.
Si en la habitaci�n hubiese viento, entonces adem�s de la difusi�n, las mol�culas del perfume ser�an arrastradas por el viento.
Tambi�n podemos oler algunas sustancias que son s�lidas. En estos casos lo que ocurre es que el valor de la presi�n atmosf�rica es menor que el valor del punto triple del s�lido y por tanto, a una temperatura suficientemente alta el s�lido se sublima, es decir, pasa directamente de s�lido a gas, sin hacerlo por la fase l�quida. De nuevo una vez que hay gas de la sustancia, empieza a operar el mecanismo de difusi�n.
Al entrar en una cocina olemos la comida que se est� cocinando. En este caso, como es f�cil convencerse, de las ollas sale gas o vapor con mol�culas de la comida; que por medio de la difusi�n llegan a nuestra nariz.
La nariz es el �rgano mediante el cual se realiza la entrada y salida del aire que respiramos. Tambi�n podemos respirar por medio de la boca, ya que en el fondo de ella, en la nariz interna, hay un conducto que se comunica con los conductos nasales (Figura 56). En la parte superior de estos conductos, entre nuestros ojos, se encuentra el epitelio sensitivo, que consiste en un conjunto de cilios ba�ados dentro de una mucosa muy pegajosa en la que se mueven. Los cilios (Figura 57) forman los extremos de las c�lulas olfativas propiamente dichas, las cuales est�n conectadas por fibras a los glom�rulos que forman el bulbo olfativo. Estas fibras cruzan un hueso con muchas aberturas peque�as, ya que el bulbo olfativo se encuentra dentro del hueso craneano.
Del otro extremo de los glom�rulos salen las c�lulas mitrales de donde emergen las terminales nerviosas que se conectan al cerebro.
De hecho, desde los cilios que est�n en la nariz interna hasta la salida de las c�lulas mitrales se forma un conducto nervioso que es el �nico en nuestro cuerpo que tiene salidas al exterior.
Figura 56. Caminos que toma el aire dentro de la cabeza humana.
Figura 57. Esquema del epitelio sensitivo que nos permite oler.
VII.4. �C�MO PERCIBIMOS LOS OLORES?
Cuando un objeto, emite un olor y nos llega a la nariz esto quiere decir que mol�culas de dicho objeto se han desprendido de �l y llegado, por difusi�n o arrastre, a nuestra nariz. Estas mol�culas entran en la nariz debido a la aspiraci�n que realizamos cuando respiramos. En este proceso, el aire que inhalamos arrastra a las mol�culas que est�n en la vecindad de la nariz. La corriente de aire que entra da lugar a una corriente secundaria que pasa por el epitelio sensitivo (Figura 56). La cantidad de aire y por tanto la fracci�n de mol�culas del objeto oloroso que se deposita en el epitelio es muy peque�a.
Tambi�n llegan corrientes de aire desde la boca. La comida que tenemos en la boca tambi�n despide mol�culas que son arrastradas hasta el epitelio sensitivo. Este hecho tiene como consecuencia que la sensaci�n predominante al comer provenga no del gusto que se inicia en la lengua sino del olfato.
La sensaci�n de oler se experimenta cuando las mol�culas arom�ticas llegan a la mucosa nasal, en donde se disuelven. As�, estas mol�culas entran en contacto con los cilios (Figura 57).
Hasta hoy en d�a no se ha podido determinar con certeza el mecanismo por medio del cual se inicia el proceso a trav�s de los receptores nerviosos que nos dan la sensaci�n de oler. Mencionaremos algunas ideas que se han expuesto y que parecen tener algunos elementos que pueden ser verdaderos.
En primer lugar, en general, somos muy sensibles a una cantidad extraordinariamente grande de olores distintos. A primera vista podr�amos pensar que hay un nervio olfatorio sensible a cada olor posible. Sin embargo, hasta hoy en d�a no se han encontrado estas diferencias en los cilios nasales.
En muchos casos resulta que la presencia de un �tomo particular en la mol�cula de la sustancia olorosa es la que le da su olor peculiar. Como ilustraci�n podemos mencionar el caso del agua, cuya mol�cula tiene un �tomo de ox�geno y dos de hidr�geno, H2O. Si se sustituye el �tomo de ox�geno por uno de azufre se obtiene el sulfito de hidr�geno, H2S. Esta �ltima sustancia despide el olor de huevos podridos. Otro ejemplo es el del bi�xido de carbono que tiene un �tomo de carb�n y dos de ox�geno. Su f�rmula qu�mica es CO2. Este gas no tiene olor. Si ahora reemplazamos los ox�genos por �tomos de azufre obtenemos el disulfuto de carbono, cuya f�rmula qu�mica es CS2. Resulta que el olor de este �ltimo compuesto nos es repelente. Vemos que la sustituci�n de un �tomo de ox�geno por uno de azufre lleva a cambios notablemente desagradables en el olor de las sustancias.
Por otro lado, existen algunas evidencias de que no es nada m�s la composici�n qu�mica espec�fica de las mol�cas olorosas, sino tambi�n su forma la que hace que reaccionemos a su olor. En efecto, existen sustancias cuyas mol�culas tienen composiciones qu�micas diferentes pero con formas muy parecidas, y sentimos que tienen olores muy parecidos. Por ejemplo, el alcanfor, el exacloroetano, el ciclooctano son compuestos que tienen composiciones qu�micas muy distintas pero sus mol�culas tienen formas y tama�os muy parecidos. Cuando olemos estos compuestos nos dan casi la misma sensaci�n, la del alcanfor.
Sin embargo, la explicaci�n desde el punto de vista molecular de c�mo olemos
sigue sin respuesta definitiva.
