La materia y sus propiedades

La materia y sus propiedades. La materia es todo aquello que rodea al mundo físico. Con nuestros cinco sentidos podemos reconocer o percibir varios tipos de ella. Algunos fácilmente observados como una piedra, que puede ser vista y tenerla en la mano, otros se reconocen con menos facilidad o no pueden ser percibidos por uno de los sentidos; por ejemplo, el aire. Esta se define como todo aquello que tiene masa y peso, ocupa un lugar en el espacio, impresiona nuestros sentidos y experimenta el fenómeno de inercia (resistencia que ofrece a cambiar de posición).

De acuerdo a la física, es todo lo que compone u ocupa una región en el espacio-tiempo, o, como su origen etimológico lo describe, es la sustancia de la que están hechas todas las cosas. Dicho de otro modo, el concepto de materia establece que es todo aquello presente en el Universo que posee masa y volumen, que puede ser medido, percibido, cuantificado, observado, que ocupa un lugar espaciotemporal y que está regido por las leyes de la naturaleza.

Además de esto, la misma presente en los objetos, posee energía (capacidad que tienen los cuerpos de realizar un trabajo, como desplazarse o cambiar de un estado a otro), lo cual le permite propagarse en el espacio-tiempo (que es un concepto de espacio y tiempo combinado: qué objeto ocupa determinado espacio en un punto específico de la línea del tiempo). Es importante destacar que no todas las formas de esta que poseen energía, tienen masa.

Existe materia en todo, ya que se presenta en distintos estados físicos; por lo tanto, puede existir tanto en un martillo como dentro de un globo. También hay diversos tipos; por lo que un cuerpo viviente está compuesto de ella, así como un objeto inanimado.

La definición de materia, además, señala que esta se encuentra compuesta por átomos, que son una unidad infinitesimal de ella, la cual se pensaba que era la más pequeña, hasta que se descubrió que a su vez, la conforman otras partículas más pequeñas (los electrones, que presentan carga negativa; los protones, que tienen carga positiva; y los neutrones, cuya carga es neutra o no tienen ninguna).

Existen 118 tipos de estos elementos, los cuales se mencionan en la Tabla Periódica de los Elementos, que son sustancias de un único tipo de átomo, mientras que los compuestos, son sustancias que están conformadas por dos o más átomos, por ejemplo, el agua (hidrógeno y oxígeno). A su vez, las moléculas forman parte de ella, y se definen como grupos de átomos con una configuración establecida, cuyo enlace es químico o electromagnético.

Un objeto o cualquier cosa en el mundo, puede estar constituido de distintos tipos de materia, como el caso de un pastel o un grano de sal, y pueden obtenerse diferentes clases de materiales si el estado físico de ellos se modifica.

Dicha modificación puede ser física o química. La modificación física se da lugar cuando la apariencia del objeto se altera o se transforma, mientras que la química se presenta cuando existe una alteración en la composición atómica del mismo.

También está jerarquizada de acuerdo a su nivel de complejidad. En el caso de los organismos vivos, desde lo más sencillo a lo más complejo, en la clasificación de la materia, se tiene:

• Subatómico: partículas que componen al átomo: protones (+), neutrones (sin carga) y electrones (-).
• Atómico: unidad mínima de la materia.
• Molecular: grupos de dos o más átomos, que pueden ser del mismo o distinto tipo, y forma una clase de materia diferente.
• Celular: unidad mínima de todo organismo viviente, conformada por moléculas complejas.
• Tejido: grupo de células cuya función es la misma.
• Órganos: composición de tejidos en un miembro que cumple alguna función.
• Sistema o aparato: composición de órganos y tejidos que funcionan de manera conjunta para una función específica.
• Organismo: es el conjunto de órganos, sistemas, células, de un ser vivo, el individuo. En este caso, aunque forma parte de un grupo de muchos similares, es único con un ADN que es distinto a todos los demás de su especie.
• Poblacional: organismos similares que se agrupan y viven en un mismo espacio.
• Especie: la combinación de todas las poblaciones de organismos de un mismo tipo.
• Ecosistema: conexión de las distintas especies mediante las cadenas alimenticias en un entorno en particular.
• Bioma: grupos de ecosistemas dentro de una región.
• Biósfera: conjunto de todos los seres vivos y el medio en el que se relacionan.

Características de la materia

Las características de la materia varían de acuerdo al estado físico en el que se presenten, es decir, de acuerdo a la formación y estructura que conformen los átomos y qué tan unidos se encuentren los unos de los otros. Todas y cada una de ellas determinarán cómo luce o interactúa un cuerpo, objeto, sustancia o masa. Pero existen características que son comunes para todo lo que está compuesto de ella, y son las siguientes:

1. Presentan diferentes estados de agregación de la materia: sólido, líquido, gaseoso y plasma. Además de estos estados físicos de la materia, existen dos estados no tan conocidos, que son superfluido (que no presentan viscosidad y pueden fluir sin ningún tipo de resistencia de manera infinita en un circuito cerrado) y supersólido (materia que es sólida y líquida al mismo tiempo), y se piensa que el helio puede presentar todos los estados de la materia.

2. Poseen masa, que sería la cantidad de materia existente en un volumen o extensión determinada.

3. Presentan peso, que representa en qué medida la gravedad ejercerá presión sobre dicho objeto; es decir, qué tanta fuerza de atracción tiene la tierra sobre el mismo.

4. Evidencian temperatura, que es la cantidad de energía calórica presente en ellos. Entre dos cuerpos con la misma temperatura, no existirá transferencia de la misma, por lo tanto, ésta se mantendrá igual en ambos; en cambio en dos cuerpos con diferente temperatura, el más caliente transferirá su energía calórica al más frío.

5. Tienen volumen, lo que representa la cantidad de espacio que estos ocupan en un lugar determinado, y viene dado por la longitud, la masa, porosidad, entre otros atributos.

6. Tienen impenetrabilidad, que significa que cada cuerpo puede ocupar un espacio y sólo un espacio a la vez, por lo que, un objeto al intentar ocupar el espacio de otro, alguno de estos dos será desplazado.

7. Poseen densidad, que es la proporción entre la masa y el volumen del objeto. De mayor a menor densidad en los estados, se tienen: los sólidos, líquidos y gaseosos.

8. Existe la materia homogénea y heterogénea. En el primer caso, es casi imposible identificar lo que la compone, aún con la ayuda de un microscopio; mientras que, en el segundo, fácilmente se puede observar los elementos que hay en el mismo y diferenciarlos.

9. Posee compresibilidad, que es la capacidad de reducir su volumen si se somete a presiones externas, por ejemplo, de temperatura.

Además de ello, se pueden destacar los cambios de estado de la materia, que son aquellos procesos en los cuales, el estado de agregación de un cuerpo cambia su estructura molecular para transformarse en otro estado. Forman parte de las propiedades intensivas de la materia, y estas son:

• Fusión. Es el proceso en el cual la materia en estado sólido se transforma al estado líquido mediante la aplicación de energía calórica.
• Congelación y solidificación. Es cuando un líquido se convierte en sólido mediante un proceso de enfriamiento del mismo, convirtiendo su estructura en una mucho más fuerte y resistente.
• Sublimación. Es el proceso en el cual, añadiendo energía calórica, los átomos de ciertos cuerpos sólidos, pasarán a movilizarse de manera rápida para convertirse en gas sin pasar por un previo estado líquido.
• Deposición o cristalización. Al eliminar el calor a un gas, éste puede hacer que las partículas que lo conforman se agrupen hasta formar varios cristales sólidos, sin tener que pasar por un estado líquido previamente.
• Ebullición, vaporización o evaporación. Es el proceso mediante el cual, al aplicar calor a un líquido, éste va a convertirse en un gas, al separarse sus átomos.
• Condensación y licuefacción. Es el proceso inverso a la evaporación, en el que al aplicar frío a un gas, sus partículas van a ralentizarse y a acercarse unas a otras hasta formar de nuevo un líquido.

Cuáles son las propiedades de la materia

Las propiedades de la materia son diversas, ya que existe una gran cantidad de componentes en ellas, pero presentarán propiedades físicas, químicas, físico-químicas, generales y específicas. No todos los tipos mostrarán todas estas propiedades, ya que, por ejemplo, algunas aplican para algún tipo de sustancia, objeto o masa, sobre todo dependiendo de su estado de agregación.

Entre las principales propiedades generales de la materia, tenemos:

Extensión

Esto forma parte de sus propiedades físicas, ya que se refiere a la extensión y cantidad de la misma que esta ocupa en el espacio. Quiere decir que son propiedades extensivas: el volumen, la longitud, las energías cinéticas (depende de su masa y es dada por su desplazamiento) y potencial (dada por su posición en el espacio), entre otras.

Masa

Se refiere a lacantidad de materia que tiene un objeto o cuerpo, no supeditada a su extensión o posición; es decir, que la cantidad de masa presente en el mismo, no está relacionada a qué tanto volumen ocupe en el espacio, por lo que un objeto cuya extensión es pequeña puede tener una enorme cantidad de masa y viceversa.

El ejemplo perfecto son los agujeros negros, que poseen una cantidad incuantificable de masa respecto a su extensión en el espacio.

Inercia

En el concepto de materia, esta es la propiedad que tienen los objetos de mantener su estado de reposo, o continuar su movimiento, excepto si una fuerza fuera del mismo modifica su posición en el espacio.

Porosidad

Entre los átomos que conforman la definición de materia de un cuerpo, existen espacios vacíos, que, dependiendo de uno u otro material, dichos espacios serán más grandes o más reducidos. A esto se le denomina porosidad, lo cual quiere decir que es lo contrario a la compactación.

Divisibilidad

Es la capacidad que tienen los cuerpos de fragmentarse en pedazos de menor tamaño, incluso, a tamaños moleculares y atómicos, al punto de desintegrarse. Dicha división puede ser producto de transformaciones mecánicas y físicas, pero no transformará su composición química, y no cambiará la esencia de lo que es la materia.

Elasticidad

Esta se refiere a una de las principales propiedades de la misma, y en este caso es la capacidad del objeto de regresar a su volumen original luego que ha sido sometida a una fuerza de compresión que lo deformara. Sin embargo, existe un límite para esta propiedad y existen materias más propensas a la elasticidad que otras.

Además de las mencionadas anteriormente, es importante destacar las demás propiedades físicas y propiedades químicas de la materia que existen y que son numerosas. Entre ellas:

1. Propiedades físicas:

a) Intensivas o intrínsecas (propiedades específicas)

• Apariencia: primordialmente en qué estado se encuentra el cuerpo y cómo luce.
• Color: también tiene que ver con la apariencia física, pero hay sustancias que presentan distintos colores.
• Olor: depende de su composición, y se percibe por el olfato.
• Sabor: Cómo se percibe al gusto la sustancia.
• Punto de fusión, ebullición, congelación y sublimación: el punto en el que una materia pasa de ser sólida a líquida; líquida a gaseosa; líquida a sólida; y sólida a gaseosa; respectivamente.
• Solubilidad: se disuelven al mezclarse con un líquido o solvente.
• Dureza: escala en la que un material permitirá ser rayado, cortado y atravesado por otro.
• Viscosidad: resistencia de un líquido a fluir.
• Tensión superficial: es la capacidad de un fluido de resistirse al aumento de su superficie.
• Conductividad eléctrica y térmica: habilidad de un material de conducir la electricidad y el calor.
• Maleabilidad: propiedad que les permite deformarse sin quebrarse.
• Ductilidad: habilidad para deformarse y formar hilos del material.
• Descomposición térmica: cuando se aplica calor, la sustancia se transforma químicamente.

b) Extensivas o extrínsecas (propiedades generales)

• Masa: cantidad de materia existente en el cuerpo.
• Volumen: el espacio que ocupa el cuerpo.
• Peso: la fuerza de empuje que tiene la gravedad sobre el objeto.
• Presión: la capacidad de empuje hacia “afuera” de lo que los rodea.
• Inercia: la capacidad de permanecer inmóvil a no ser que una fuerza externa lo mueva.
• Longitud: la extensión de un objeto en una sola dimensión en el espacio.
• Energía cinética y potencial: debido a su movimiento y posición en el espacio.

2. Propiedades Químicas:

• PH: nivel de acidez o alcalinidad que tengan las sustancias.
• Combustión: la capacidad de arder ante el oxígeno, en el que libera calor y dióxido de carbono.
• Energía de ionización: energía que recibe para que un electrón escape de sus átomos.
• Oxidación: capacidad de formar elementos complejos mediante la pérdida o ganancia de electrones.
• Corrosión: es la capacidad de una sustancia de dañar o corromper la estructura de un material.
• Toxicidad: la medida en la que una sustancia pueda dañar a algún organismo vivo.
• Reactividad: propensión a combinarse con otras sustancias.
• Inflamabilidad: capacidad de generar una detonación de calor ocasionado por altas temperaturas externas.
• Estabilidad química: la capacidad de reacción de una sustancia ante el oxígeno o agua.

Los estados de agregación de la materia

Esta puede presentarse en distintos estados físicos. Esto quiere decir, que su consistencia, entre otras características, será distinta de acuerdo a la estructura de sus átomos y moléculas, por lo que se habla de las propiedades específicas de la materia. Entre los principales estados que se puede conseguir, se tienen los siguientes:

Sólido

Los cuerpos sólidos tienen la particularidad de tener sus átomos muy cerca los unos de los otros, lo que les da dureza y se resisten a que otro sólido los atraviese o los corte. Además, poseen maleabilidad, lo que les permite que se deformen ante la presión sin tener que fragmentarse necesariamente.

Su composición les permite además tener ductilidad, que es la posibilidad de formar hilos del mismo material cuando fuerzas contrarias vienen hacia el objeto, permitiéndole estirarse; y punto de fusión, por lo que, a determinada temperatura, éste podrá transformar su estado de sólido a líquido.

Líquido

Los átomos que componen los líquidos se encuentran unidos, pero con menor fuerza que los sólidos; además se encuentran vibrando con rapidez, lo que les permite fluir y su viscosidad o resistencia al movimiento, dependerá de qué tipo de líquido sea (mientras más viscoso, menos fluido). Su forma será determinada por el recipiente que lo contenga.

Al igual que los sólidos, estos tienen punto de ebullición, en el cual dejarán de ser líquidos para convertirse en gaseosos; y además tienen punto de congelación, en el cual dejarán de ser líquidos para convertirse en sólidos.

Gaseoso

Los átomos presentes en los gases son volátiles, dispersos y la fuerza de gravedad los afecta en menor medida que los anteriores estados. Al igual que el líquido, no tiene forma, tomará la del recipiente o ambiente donde se encuentre.

Este estado, al igual que los líquidos, tiene compresibilidad y en mayor medida; además posee presión, lo que les da la cualidad de empujar lo que hay a su alrededor. Es capaz también de transformarse en líquido bajo mucha presión (licuefacción) y eliminando energía calórica, puede hacerse gas líquido.

Plasmático

Este estado es uno de los menos comunes. Sus átomos actúan semejantes a los elementos gaseosos, con la diferencia que éstos están cargados de electricidad, aunque sin electromagnetismo, lo que los hace buenos conductores eléctricos. Al poseer características específicas que no están relacionadas con los otros tres estados, se le considera el cuarto estado de agregación de la materia.

En qué consiste la Ley de Conservación de la Materia

La Ley de Conservación de la Materia o de Lomonósov-Lavoisier, establece que ningún tipo puede ser destruido, sino transformado en otro con distintas características externas o incluso a nivel molecular, pero la masa de la misma permanece. Esto es, que siendo sometida a algún proceso físico o químico, conserva la misma masa y peso, así como en sus proporciones espaciales (el volumen que ocupa).

Este descubrimiento lo realizaron los científicos rusos Mikhail Lomonósov (1711-1765) y Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794). El primero lo observó por primera vez cuando unas placas de plomo no perdieron su peso luego de ser fundidas en un recipiente sellado; sin embargo, a dicho hallazgo no se le dio la importancia debida en su momento.

Años después, Lavoisier, experimentó con un recipiente cerrado, donde por 101 días hirvió agua y cuyo vapor no se escapaba, sino que regresaba al mismo. Comparó los pesos de antes y después del experimento y concluyó que la misma no se crea ni se destruye, sino que se transforma.

Esta ley tiene su excepción, y lo sería en el caso de las reacciones del tipo nuclear, ya que en ellas se puede convertir la masa en energía y en sentido contrario, por lo que es posible decir que se pueden “destruir” o “crear” para un fin específico, pero en realidad está siendo transformada, aun cuando sea en energía.

Ejemplos de materia

Entre los principales ejemplos de la misma, pueden destacarse por estado de agregación los siguientes:

• Estado Sólido: Una roca, la madera, un plato, una barra de acero, un libro, un bloque, un vaso plástico, una manzana, una botella, un teléfono.
• Estado Líquido: El agua, el petróleo, la lava, el aceite, la sangre, el mar, la lluvia, la savia, los jugos gástricos.

La gasolina

• Estado Gaseoso: El oxígeno, el gas natural, el metano, el butano, el hidrógeno, el nitrógeno, los gases invernaderos, el humo, el vapor de agua, monóxido de carbono.
• Estado Plasmático: El fuego, las auroras boreales, el Sol y otras estrellas, los vientos solares, la ionósfera, las descargas eléctricas de uso o utilización industrial, la materia entre los planetas, las estrellas y galaxias, las tormentas eléctricas, el neón en forma de plasma de las lámparas de neón, los monitores de pantalla de plasma de los televisores o de otro tipo.

Otras acepciones del término

Materia prima

Son todos aquellos recursos naturalesque el hombre utiliza en la elaboración y manufactura de los productos que utiliza para su vida diaria, por lo que está constituye el punto de partida de la industria. Estos recursos son transformados en diversos bienes mediante un proceso industrializado. Gracias a la gran diversidad de materia prima que la naturaleza proporciona, se clasifica en:

• Origen orgánico: puede ser vegetal, como, por ejemplo, la madera utilizada para fabricar muebles y otros utensilios, y lino para la fabricación de textiles; y animales, de donde se obtienen alimentos varios y pieles a partir de su cuero y pelajes.
• Origen inorgánico: como los minerales metálicos, que pueden ser el hierro, oro, plata, cobre; y los no metálicos, como la sal o el mármol. Estos usualmente son utilizados para hacer joyas, utensilios, herramientas y en el área de construcción.
• Origen fósil: como el gas, el carbón y el petróleo.
• Otros: de acuerdo a su disponibilidad puede ser renovable o no renovable.

Materia oscura

Es un tipo de materia que no emite suficiente radiación electromagnéticacomo para ser detectada por parte de los medios usuales. Es por esto que su existencia está en duda, pero se deduce por sus efectos gravitacionales sobre la visible, como las estrellas y las galaxias. A pesar de ello, se cree que una cuarta parte del universo se encuentra constituido por ella.

Existe una teoría llamada supersimetría, que explica lasinteracciones fundamentales de las partículas, que presuntamente demuestra la existencia de la materia oscura. Sin embargo, ningún estudio ha sido concluyente. La existencia de esta materia fue propuesta por Fritz Zwicky en 1933, debido a la observación de una “masa invisible” influyente sobre las velocidades orbitales de las galaxias en los cúmulos.

Otras observaciones han indicado la presencia de esta masa oscura: la velocidad de rotación de las galaxias o la distribución de la temperatura del gas caliente en galaxias y cúmulos.

Cabe destacar que también desempeña un papel importante dentro de la formación de estructuras y la evolución de galaxias. También posee efectos medibles dentro de la anisotropía de la radiación de fondo de microondas. Esto sugiere que las galaxias, los cúmulos y el universo contiene mucha más oscuridad que visibilidad.

Materia académica

También denominadas asignaturas, las materias académicas son las unidades de enseñanza que conforman un programa de estudios, que deben ser vistas y aprobadas como un requisito para completar el pensum de un determinado nivel académico. Estas se pueden ver en un taller, un curso, una serie de conferencias, un año académico de primaria o secundaria y un periodo universitario (trimestre, semestre o año).

Las asignaturas pueden ser obligatorias como pueden ser opcionales, y estas deben ser impartidas por un maestro o instructor que domine o esté capacitado en el tema, el cual tendrá la responsabilidad de enseñar a un grupo fijo de estudiantes el contenido del programa de esta.

Varios ejemplos de las asignaturas académicas son la matemática, lenguaje y literatura, historia universal, artes plásticas, física, química, biología o educación física.

El contenido de estos cursos académicos usualmente es evaluado por módulo o lapso, donde se determinará la efectividad del método de enseñanza a través de la comprensión de lo que se ha impartido. La duración de una asignatura variará de acuerdo al grado académico a la que pertenezca. Es importante señalar que, por ejemplo, en el caso del nivel superior universitario, de la aprobación de una estas dependerá si en el periodo siguiente se verá otra asignatura relacionada (si ha sido reprobada, en el semestre siguiente no se podrá inscribir la siguiente asignatura afín), y a esto se le conoce como prelación.