Concepto Físico
En Física, la materia es aquello de lo que están hechos los
objetos que constituyen el Universo observable. Si bien durante un
tiempo se consideraba que la materia tenía dos propiedades que juntas la
caracterizan: que ocupa un lugar en el espacio y que tiene masa, en el
contexto de la física moderna se entiende por materia cualquier campo,
entidad o discontinuidad que se propaga a través del espacio-tiempo a
una velocidad inferior a la de la velocidad de la luz y a la que se
pueda asociar energía. Así todas las formas de materia tienen asociadas
una cierta energía pero sólo algunas formas de materia tienen masa.
La materia másica se organiza jerárquicamente en varios niveles. El
nivel más complejo es la agrupación en moléculas y éstas a su vez son
agrupaciones de átomos. Los constituyentes de los átomos, que sería el
siguiente nivel son:
- Electrones: partículas eptónicas con carga eléctrica negativa.
- Protones: partículas bariónicas con carga eléctrica positiva.
- Neutrones: partículas bariónicas sin carga eléctrica (pero con momento magnético).
A partir de aquí hay todo un conjunto de partículas subatómicas que
acaban finalmente en los constituyentes últimos de la materia. Así por
ejemplo virtualmente los bariones del núcleo (protones y neutrones) se
mantienen unidos gracias a un campo escalar formado por piones piones
(bosones de espín cero). E igualmente los protones y neutrones, sabemos
que no son partículas elementales, sino que tienen constituyentes de
menor nivel que llamamos quarks (que a su vez se mantienen unidos
mediante el intercambio de gluones virtuales).
La materia másica se presenta en las condiciones imperantes en el
sistema solar, en uno de cuatro estados de agregación molecular: sólido,
líquido, gaseoso y plasma. De acuerdo con la teoría cinética molecular
la materia se encuentra formada por moléculas y éstas se encuentran
animadas de movimiento, el cual cambia constantemente de dirección y
velocidad cuando chocan o bajo el influjo de otras interacciones
físicas. Debido a este movimiento presentan energía cinética que tiende a
separarlas, pero también tienen una energía potencial que tiende a
juntarlas. Por lo tanto el estado físico de una sustancia puede ser:
- Sólido: si la energía cinética es menor que la potencial.
- Líquido: si la energía cinética y potencial son aproximadamente iguales.
- Gaseoso: si la energía cinética es mayor que la potencial.
La manera más adecuada de definir materia es describiendo sus
cualidades: a)Presenta dimensiones, es decir, ocupa un lugar en el
espacio. b)Presenta inercia: la inercia se define como la resistencia
que opone la materia a modificar su estado de reposo o movimiento. c)La
materia es la causa de la gravedad o gravitación, que consiste en la
atracción que actúa siempre entre objetos materiales aunque estén
separados por grandes distancias.
Ley de la conservación de la materia
Antoine Lavoisier, el científico francés considerado padre de la
Química, midió cuidadosamente la masa de las sustancias antes y después
de intervenir en una reacción química, y llegó a la conclusión de que la
materia, medida por la masa, no se crea ni destruye, sino que sólo se
transforma en el curso de las reacciones. Sus conclusiones se resumen en
el siguiente enunciado:
- En una reacción química, la suma de las masas de los reaccionantes es igual a la suma de las masas de los productos.
El mismo principio fue descubierto antes por Mijaíl Lomonosov, de
manera que es a veces citado como ley de Lomonosov-Lavoisier, más o
menos en los siguientes términos: La masa de un sistema de sustancias es constante, con independencia de los procesos internos que puedan afectarle.
La conservación de la materia no es un hecho intuitivo (de hecho
ciertos experimentos con niños revelan que el concepto de conservación
se desarrolla tardíamente). Por ejemplo, cuando cocinamos arroz o
cocemos unos pulpos, parece que la cantidad de materia aumenta o
disminuye. Lo mismo podemos pensar cuando engordamos o adelgazamos.
Parece que la materia se crea cuando engordamos y desaparece cuando
adelgazamos. Sin embargo, cuando la masa de un sistema crece es porque
recibe aportes externos de materia, y cuando decrece es porque pierde
partes de su materia, las cuales no se destruyen. Así pues, la masa de
un sistema cerrado, que no pueda intercambiar nada con su ambiente, no
puede aumentar o disminuir.
La equivalencia entre masa y energía descubierta por Einstein obliga a
relativizar la afirmación de que la masa se conserva, porque masa y
energía son interconvertibles. De esta manera se puede afirmar que la
masa relativística (el total de masa material y energía) se conserva,
pero la masa en reposo puede cambiar, como ocurre en aquellos procesos
relativísticos en que una parte de la materia se convierte en fotones,
los cuales no tienen masa en reposo. La conversión en reacciones
nucleares de una parte de la materia en energía radiante, con
disminución de la masa en reposo, se observa por ejemplo en la explosión
de una bomba atómica, o detrás de la emisión constante de energía que
realizan las estrellas. Éstas últimas pierden masa pesante mientras
emiten radiación.
Propiedades de la Materia Ordinaria
Propiedades generales
Las presentan los sistemas materiales sin distinción y por tal motivo
no permiten diferenciar una sustancia de otra. Algunas de las
propiedades generales se les da el nombre de extensivas, pues su valor
depende de la cantidad de materia, tal es el caso de la masa, el peso,
volumen. Otras, las que no dependen de la cantidad de materia sino de la
sustancia de que se trate, se llaman intensivas, y es su paradigma la
densidad.
Propiedades extensivas
Son las cualidades de la materia dependientes de la cantidad que se
trate. Son aditivas y de uso más restringido para caracterizar a las
clases de materia debido a que dependen de la masa. y también son las
que dependen de la cantidad de materia y al unir una de las dos con la
otra se forma la masa ,volumen y peso
[editar] Propiedades intensivas y características
Son las cualidades de la materia independientes de la cantidad que se
trate, es decir no dependen de la masa, no son aditivas y por lo
general resultan de la composición de dos propiedades extensivas. El
ejemplo perfecto lo proporciona la densidad, que relaciona la masa con
el volumen.y también son las que dependen de la cantidad de la materia
Propiedades intensivas físicas
Es el caso de la densidad, el punto de fusión, el punto de
ebullición, el coeficiente de solubilidad, el índice de refracción, el
módulo de Young, etc.
Propiedades químicas
Son propiedades distintivas de las sustancias que se observan cuando
se combinan con otras, es decir, que les pasa en procesos por los que,
por otra parte, las sustancias originales dejan generalmente de existir,
formándose con la misma materia otras nuevas. Las propiedades químicas
se manifiestan en los procesos químicos (reacciones químicas), mientras
que las propiedades propiamente llamadas propiedades físicas, se
manifiestan en los procesos físicos, como el cambio de estado, la
deformación, el desplazamiento, etc.
Ejemplos de propiedades químicas:
- corrosividad de ácidos
- poder calorífico
- acidez
- reactividad
Teoría atómica
Principio fundamental
El principio fundamental de la Teoría atómica es la existencia de
unas partículas, denominadas átomos, que son las partes más pequeñas en
que puede dividirse la materia sin que aparezcan partículas con carga
eléctrica.
Moléculas
Los átomos pueden agruparse fuertemente en entidades más complejas
que se denominan moléculas. La materia ordinaria puede considerarse como
conjuntos de moléculas en movimiento relativo entre sí.
Número de Avogadro
La tendencia natural de los átomos para combinarse en moleculas con
proporciones de números enteros conlleva a la gran utilidad del número
de avogadro. La mejor estimacion de este número es [1]:
Una cantidad NA
de átomos/moleculas se conoce como mol. Este número permite trasladar
las proporciones de átomos/moleculas de las reacciones químicas
individuales a magnitudes macroscópicas, ya que las proporciones en
átomos/moleculas es la misma que moles y las cantidades de estos últimos
son masas más fácilmente manipulables en el laboratorio.
Historia de la Teoría Atómica
El concepto de átomo existe desde la Antigua Grecia propuesto por los
filósofos griegos Demócrito, Leucipo y Epicuro, sin embargo, no se
generó el concepto por medio de la experimentación sino como una
necesidad filosófica que explicara la realidad, ya que, como proponían
estos pensadores, la materia no podía dividirse indefinidamente, por lo
que debía existir una unidad o bloque indivisible e indestructible que
al combinarse de diferentes formas creara todos los cuerpos
macroscópicos que nos rodean.
El siguiente avance significativo se realizó hasta en 1773 el químico
francés Antoine-Laurent de Lavoisier postuló su enunciado: "La materia no se crea ni se destruye, simplemente se transforma.";
demostrado más tarde por los experimentos del químico inglés John
Dalton quien en 1804, luego de medir la masa de los reactivos y
productos de una reacción, y concluyó que las sustancias están
compuestas de átomos esféricos idénticos para cada elemento, pero
diferentes de un elemento a otro.
Luego en 1811 Amedeo Avogadro, físico italiano, postuló que a una
temperatura, presión y volumen dados, un gas contiene siempre el mismo
número de partículas, sean átomos o moléculas, independientemente de la
naturaleza del gas, haciendo al mismo tiempo la hipótesis de que los
gases son moléculas poliatómicas con lo que se comenzó a distinguir
entre átomos y moléculas.
El químico ruso Dimitri Mendeleyev creó en 1869 una clasificación de
los elementos químicos en orden creciente de su masa atómica, remarcando
que existía una periodicidad en las propiedades químicas. Este trabajo
fue el precursor de la tabla periódica de los elementos como la
conocemos actualmente.
La visión moderna de su estructura interna tuvo que esperar hasta el
experimento de Rutherford en 1911 y el modelo atómico de Niels Bohr.
Posteriores descubrimientos científicos, como la teoría cuántica, y
avances tecnológicos, como el microscopio electrónico, han permitido
conocer con mayor detalle las propiedades físicas y químicas de los
átomos.
