Última actualización noviembre 18, 2020
La materia es todo lo que te rodea. Los átomos y compuestos están hechos de partes muy pequeñas de materia. Esos átomos continúan construyendo las cosas que ves y tocas todos los días. La materia se define como todo lo que tiene masa y ocupa un espacio (tiene volumen). Hoy en este blog te queremos contar información sobre la materia para que puedas comprender cual es el significado de este concepto tan importante. A continuación te contaremos que es la materia, cuales son los estados de la materia, y mucho más. Así que es una buena idea que sigas disfrutando de este blog tan genial y que puedas descubrir mucha información muy útil para ti y que puedas compartir con quien quieras.
¿Qué es la materia?
La materia es la «materia» que compone el universo, es todo lo que ocupa espacio y tiene masa. Un estado de la materia se trata del estado físico y la energía de los átomos y las moléculas. Toda la materia está formada por átomos, que a su vez están formados por protones, neutrones y electrones. Los átomos se unen para formar moléculas, que son los componentes básicos de todo tipo de materia. Tanto los átomos como las moléculas se mantienen unidos por una forma de energía potencial que se llama energía química. A diferencia de la energía cinética, que es la energía de un objeto en movimiento, la energía potencial es la energía que esta almacenada en un objeto. Hay tres estados naturales de la materia que son el estado sólido, líquido y gaseoso.
Los términos «materia» y «masa» están relacionados, pero no significan exactamente lo mismo. La masa es una medida de la cantidad de materia en la muestra. La masa es una propiedad de una muestra de materia. La materia consta de bloques de construcción. En química, los átomos y los iones son las unidades más pequeñas de materia que no se pueden descomponer mediante ninguna reacción química. Pero las reacciones nucleares pueden romper los átomos en sus subunidades. Las subunidades básicas de átomos e iones son protones, neutrones y electrones. El número de protones en un átomo identifica su elemento. Los protones, neutrones y electrones son partículas subatómicas, pero hay unidades de materia aún más pequeñas. Los protones y neutrones son ejemplos de partículas subatómicas llamadas bariones, que están formadas por quarks. Los electrones son ejemplos de partículas subatómicas llamadas leptones. Entonces, en física, una definición de materia es que consiste en leptones o quarks.
Toda la materia tiene propiedades físicas y químicas. Las propiedades físicas son características que los científicos pueden medir sin cambiar la composición de la muestra en estudio, como la masa, el color y el volumen (la cantidad de espacio que ocupa una muestra). Las propiedades químicas describen la capacidad característica de una sustancia para reaccionar para formar nuevas sustancias; incluyen su inflamabilidad y susceptibilidad a la corrosión. Todas las muestras de una sustancia pura tienen las mismas propiedades químicas y físicas.
Las propiedades físicas pueden ser extensivas o intensivas. Las propiedades extensas varían con la cantidad de sustancia e incluyen masa, peso y volumen. Las propiedades intensivas, por el contrario, no dependen de la cantidad de sustancia; incluyen color, punto de fusión, punto de ebullición, conductividad eléctrica y estado físico a una temperatura determinada. Los científicos suelen medir propiedades intensivas para determinar la identidad de una sustancia, mientras que las propiedades extensivas transmiten información sobre la cantidad de sustancia en una muestra.
Todo lo que existe está hecho de materia. La materia tiene dos propiedades fundamentales: volumen y masa. El volumen simplemente se refiere al espacio que ocupa un objeto. Dependiendo del estado físico de un objeto, hay un par de formas de medir el volumen. La otra propiedad fundamental de la materia es la masa. Cuando hablamos de masa, nos referimos a la cantidad de «cosas» que hay en un objeto. La masa es la medida de la materia en un objeto en particular. No importa dónde se encuentre ese objeto en el vasto universo, tendrá la misma masa.
El peso, por otro lado, es una medida de cuánta fuerza gravitacional se ejerce sobre un objeto. Si bien el peso de un objeto es proporcional a su masa (cuanta más masa tenga un objeto, más pesará), la gravedad varía según el lugar del universo o incluso en la Tierra; en realidad, pesas más, porque hay es una fuerza gravitacional más alta en los polos que en el ecuador. Entonces, si bien un objeto tendrá un peso particular aquí en la Tierra, no tendrá el mismo peso en la Luna. Sin embargo, tendría la misma masa en ambos lugares.
Ahora que podemos determinar si algo es materia (si tiene volumen y masa), podemos usar otra medida, la densidad, para determinar qué tipo de materia es una sustancia. La densidad es la relación entre la masa de un objeto y el volumen de ese objeto. La densidad se calcula dividiendo la masa de un objeto por su volumen. La densidad no es más que una forma de indicar cuánta materia cabe dentro de un volumen en particular.
Estados de agregación de la materia
La materia está presente en la naturaleza en tres diferentes estados de agregación de la materia: sólido, líquido y gas. Los sólidos tienen forma y volumen fijos. Los líquidos tienen un volumen fijo, pero su forma se ajusta a la de su recipiente. Los gases no tienen vía o cierto volumen, ajustando en ambos casos su recipiente. Estas dos propiedades, forma y volumen, que sirven para distinguir los tres estados de agregación, dependen de las fuerzas de atracción entre las partículas constituyentes de la materia y del orden relativo de dichas partículas.
Estados principales de la materia
Todos los objetos que nos rodean están hechos de materia. El universo también contiene materia, pero a una escala diferente. La materia puede existir en varios estados (también llamados fases). Es importante comprender que la materia existe en todos los estados y que la materia también puede cambiar de estado. Lo hace mediante el uso o la liberación de energía, y generalmente se asocia con cambios de temperatura y presión. Los estados fundamentales más comunes de la materia son solido, liquido y gaseoso. A continuación te regalamos mas información sobre los estados de la materia para que puedas reconocer cuales son las características de cada uno y en que se diferencian entre si.
Solidos
La materia en estado sólido tiene la densidad más alta, con las moléculas muy juntas. En comparación con otros estados, la energía cinética de un sólido es baja. Los sólidos tienen una forma y un volumen definidos, si se colocan en un recipiente, no se ajustan a la geometría del recipiente. Tener un volumen definido, incluso si se comprime a alta presión, no los comprimirá en un volumen más pequeño, los sólidos no son comprimibles. Un sólido puede convertirse en líquido, el proceso se denomina fusión o fusión. Los sólidos también pueden pasar directamente a gases, el proceso se denomina sublimación.
Líquidos
Los líquidos tienen menor densidad que los sólidos (excepto el agua) pero mayor energía cinética. También tienen un volumen definido para que no se puedan comprimir. Las moléculas de agua están más sueltas, en comparación con los sólidos, y pueden moverse entre sí. Un líquido no tiene una forma definida y, si se coloca en un recipiente, toma su forma. Un líquido puede convertirse en sólido a través de un proceso llamado solidificación (o cristalización). El proceso de transformación de un líquido a un gas se llama vaporización.
Gases
En comparación con los otros estados de la materia, los gases tienen la densidad más baja y la energía cinética más alta. Las moléculas dentro de un gas tienen mucho espacio entre ellas y, si no están contenidas, se esparcirán indefinidamente. Si se coloca en un recipiente, el gas ocupa todo el volumen. Sometidos a presión, los espacios entre las moléculas se harán más pequeños y el volumen del gas disminuirá. Un gas es comprimible. Un gas se puede transformar en líquido mediante un proceso llamado condensación. Si un gas se enfría lo suficiente, la energía cinética de la molécula ya no podrá superar las fuerzas intermoleculares. Esto resultará en una acumulación de moléculas que formarán el líquido. La transformación de un gas directamente en sólido se llama deposición. Si un gas se coloca directamente en un ambiente muy frío, se transformará en diminutas partículas sólidas.
Los otros estados de la materia
Durante muchos años se consideró que solo existían tres estados de la materia que eran el estado sólido, líquido y gas. Gracias al desarrollo de las nuevas tecnologías se han descubierto cinco estados de la materia mas que son plasmas, que son gases ionizados a temperaturas muy altas, los condensados de Bose-Einstein, liquido cuántico de espines, estado degenerado, y hielo supersónico. A continuación te vamos a contra cuales son estos nuevos estados y cuales son sus características.
El plasma
El plasma es el estado de la materia más común en el universo, pero no es muy común en la Tierra. Dada una cantidad muy alta de calor, un gas se puede transformar en plasma. En un estado de plasma, los átomos están ionizados, lo que separa los electrones (carga negativa) de los iones (carga positiva). Ejemplos de plasma en la naturaleza son: rayos, luces de neón y chispas eléctricas. El plasma también se puede producir artificialmente, siendo la tecnología más común la aplicación de una corriente eléctrica a través de un gas o fluido dieléctrico. Chorro de plasma Imagen: chorro de plasma El plasma solo se puede producir a partir de gases y el proceso inverso es solo de plasma a gas, a través de la desionización.
Liquido cuántico de Espines
Este estado fue propuesto por primera vez por el físico teórico ganador del Premio Nobel Philip Warren Anderson a principios de la década de 1970, pero fue en el año 2016 que se demostró su existencia real. Lo curioso es que, bajo determinadas condiciones de presión y temperatura, algunos minerales presentan regiones en este estado. Entre ellos, la herbersmithita. El espín es una propiedad de los electrones y demás partículas subatómicas. En la mayoría de los materiales (y en los estados de la materia) los espines de los electrones se alinean entre sí. Sin embargo, en el estado líquido cuántico de espines, los espines de los electrones nunca llegan a alinearse, sino que se mantienen en una constante fluctuación incluso a temperaturas cercanas al cero absoluto, mientras que en la que en los restantes estados de la materia, el espín se congela a esa temperatura. El estado líquido cuántico de espines le confiere a la materia unas características magnéticas singulares, cuya aplicación se está investigando.
Estado degenerado
Cuando el gas se supercomprime, las partículas chocan entre sí para producir un tipo de gas, llamado gas degenerado, que se comporta más como un sólido. El gas normal ejerce una mayor presión cuando se calienta y se expande, pero la presión en un gas degenerado no depende de la temperatura. Las leyes de la mecánica cuántica deben usarse para gases de densidades ultraaltas. La primera regla es que solo se permiten ciertas energías en un espacio cerrado. Las partículas están dispuestas en niveles de energía como los peldaños de una escalera de energía. En el gas ordinario, la mayoría de los niveles de energía están vacíos y las partículas pueden moverse libremente. Pero en un gas degenerado, se llenan todos los niveles inferiores de energía. La segunda regla es que solo dos partículas pueden compartir el mismo nivel de energía en un volumen dado a la vez. La tercera regla es que la distancia a la que se pueden separar las partículas depende inversamente de sus masas. Los electrones están más espaciados en un gas de electrones degenerados que los neutrones en un gas de neutrones degenerados porque los electrones son mucho menos masivos que los neutrones.
Hielo supersónico
El agua es la única sustancia que esta presente en la naturaleza en los tres estados clásicos de la materia. A principios del año 2018 se ha descubierto que el agua tiene un nuevo estado que es el hielo superiónico. Para conseguir este descubrimiento los científicos han sometido cristales de hielo a una presión 2 millones de veces superior a la presión atmosférica y a una temperatura cercana a los 5.000 ºC. El resultado es que en el hielo superiónico conviven dos fases: una líquida y una sólida. Los átomos de oxígeno adoptan una estructura cristalina, a través de la cual fluyen núcleos de hidrógeno. Se cree que el hielo superiónico puede existir en grandes cantidades en planetas gigantes gaseosos y helados como Urano.
Condensado de Bose-Einstein (BEC)
Para comprender un condensado de Bose-Einstein (BEC), primero debe saber un poco sobre la temperatura. Hay una temperatura a la que se detiene el movimiento molecular (por lo tanto, todo), esto se llama cero absoluto (0K o alrededor de -273 ° C). Solo una fracción por encima de esta temperatura, y solo para algunos elementos, se produce una BEC. Los átomos comienzan a comportarse como pequeñas ondas y comienzan a superponerse entre sí hasta que finalmente actúan como una onda y esencialmente se convierten en un superátomo. No están unidos ni mezclados: se han vuelto indistinguibles entre sí, tienen las mismas cualidades y existen en el mismo lugar.
Espero que te haya servido toda la información sobre la materia y sus estados que te regalamos en esta oportunidad…
