¿Qué es la materia? - Aprende las propiedades de la materia

Entender qué es la materia al día de hoy resulta mucho más fácil que hace 200 años, pues gracias a las leyes que rigen la física del universo podemos entender muchos de los fenómenos existentes. De hecho, es tanto así que es posible conocer cómo está compuesta una galaxia desde la distancia con la ayuda de la tecnología y los conocimientos científicos.

Pese a todo esto, todavía hay personas que siguen sin entender el verdadero significado de la materia. Algo tan esencial como ello no puede ser ignorado, ya que permitirá comprender cuestiones tan simples desde la consistencia de un material hasta las ciencias naturales de nuestro planeta.

Definición de materia

El mundo físico como lo conocemos está hecho de materia y, por ello, podemos decir que todo lo que tocamos, sentimos y olemos está hecho de la misma.

En términos de física, la materia es aquello que ocupa cierto espacio en el espacio-tiempo. Por ejemplo, las galaxias, los soles, planetas, lunas, seres vivos y demás están hechos de materia. Sin embargo no toda es igual, ya que dependerá de qué tipo de materia estemos hablando.

Para que lo entiendas un poco mejor: toda la materia tiene una misma estructura y lo que diferencia una de otra son los elementos que la constituyen. En química existen 118 elementos descubiertos que nos permiten entender cómo está compuesto todo aquello que existe en nuestro universo.

Podemos entender la materia como todo aquello que tiene un lugar en el espacio, tiene densidad y volumen. Además de esto, es posible hacer una medición de la misma y observar su comportamiento según el entorno en el que se encuentra o ante las fuerzas a la que es sometida.

Por ejemplo, en un planeta que cuenta con materia sólida, el viento y el agua son dos estados distintos de la materia. De hecho, aunque no podamos ver el viento se puede decir que hay materia, puesto que es un tipo de sustancia ya que cuenta con volumen.

En cuanto al espacio exterior, hay muchísimo espacio en el que no existe materia. Un ejemplo de esto es todo el espacio que hay entre la Tierra y la luna, o entre nosotros y el sol. Es un espacio vacío, puesto que no hay ningún tipo de materia ocupando ese lugar. Esto explica cómo es que un cuerpo puede moverse libremente sin sufrir desaceleración, ya que no hay ningún tipo de materia que frene o acelere la velocidad de ese cuerpo.

¿Cuáles son las propiedades de la materia?

La materia cuenta con una serie de propiedades que permiten el estudio y la comprensión del mismo. Gracias a esto podemos determinar si un planeta a la distancia está hecho de materia sólida o si se trata de un gigante gaseoso como júpiter o saturno.

Podemos combinar este conocimiento con el uso de equipos sofisticados y así detectar variaciones en el mundo. Un ejemplo práctico sería cuando vemos algo iluminado, pues que seas capaz de 'ver' es un indicativo que hay materia física que reacciona ante la influencia de la luz.

Es importante mencionar que la materia y los materiales no son la misma cosa pero mantienen una relación entre sí. Mientras que el primero es el elemento más básico en física, el segundo ya es algo más completo y que podemos tocar y/o manipular gracias a sus propiedades y demás aspectos.

Masa

Es de las primeras propiedades de toda la materia existente en el universo. La masa es la cantidad de materia que existe en un punto específico del espacio. Por ejemplo, los seres vivos en su diversidad de especies contamos con una masa distinta unos de otros.

Si lo comparamos con una montaña nuestra masa es insignificante. Por otro lado, si comparamos la masa de una montaña con la de la Tierra en su totalidad, las escalas se van haciendo más notorias.

En el universo hay cuerpos tan masivos que cuentan con muchísima materia y, por ende, decimos que ese cuerpo tiene altas cantidades de masa. Todo lo contrario a lo que sucede cuando se habla de partículas subatómicas, donde la cantidad de masa es muy pobre o limitada. De hecho, a este nivel de escala no se habla de masa sino más bien de partículas.

Cabe destacar que gracias a la propiedad de la masa es posible hacer mediciones de inercia con una alta precisión o, en su defecto, entender mejor cómo es que funciona la transferencia de calor y por qué no es igual para todos los elementos o materiales.

La forma en la que se mide la masa es empleando algún dispositivo o herramienta para calcular el peso relativo. Es importante mencionar que la masa y el peso son cosas distintas, ya que una no es variable mientras que la otra sí.

En cuanto a la materia oscura es difícil decir que esta posea masa, puesto que va en contra de todo lo que se conoce hasta la fecha. ¡Pero esto ya es un tema para otro artículo!

Volumen

Esta propiedad tiende a ser confundida con la anterior. Cuando se habla del volumen de una masa se refiere a la cantidad de espacio que ocupa la misma. Por lo tanto, el espacio ocupado por un cuerpo u objeto no puede ser usado por otro objeto, a menos que se desplace el mismo hacia otro punto en el espacio y deje libre ese punto en particular.

Cabe aclarar que a pesar de que exista un alto volumen no significa que la masa sea igual de grande o que su peso sea enorme. Por ejemplo, podemos tener dos esferas del tamaño de un planeta. Por un lado a tenemos la primera esfera que está completamente hueca y solo existe una cubierta. Por otro lado contamos con una esfera que no es hueca y todo en su interior es materia. A pesar de que cuentan con el mismo volumen, no poseen la misma masa ni el mismo peso.

Un ejemplo más práctico es cuando tenemos dos esponjas para lavar. Si una está mojada seguramente pesará mucho más que la otra debido a la combinación de materia.

En cuanto a la unidad de medida del volumen se hace empleo del metro cúbico y, al igual que el resto de magnitudes, cuenta con múltiplos y submúltiplos.

En el aspecto de la matemática hay distintas fórmulas que permiten el cálculo del volumen según la figura que se quiere estudiar. Por ejemplo, el rectángulo tiene una fórmula, los cilindros otros, al igual que una circunferencia, etc.

Inercia

Esta es una propiedad que está relacionada con la velocidad de un cuerpo con masa. Se entiende por inercia a la resistencia que presenta un objeto ante el cambio de velocidad. Esto aplica tanto para cuerpos que se encuentran en reposo como aquellos que están en un movimiento constante.

Por ejemplo, cuando caminas a cierta velocidad al tener masa automáticamente llevas una inercia que es baja pero está presente. Lo mismo sucede cuando te mueves en el transporte público o privado. A mayor velocidad, más grande será la inercia existente.

Digamos que es un tipo de energía que se va acumulando a medida que te vas moviendo o cambias tu parámetro de la velocidad. Si frenas repentinamente estando en un vehículo y sales disparado, esto se debe a la inercia que llevas acumulando durante todo el trayecto.

Compresibilidad

La comprensibilidad es una propiedad de la materia bastante particular, de la que muy poco se habla, sin embargo es más común de lo que pensamos.

Esta se define como aquella propiedad que tiene la materia de disminuir su volumen una vez se le somete a una constante presión o, en su defecto, comprensión. Un ejemplo práctico de esta propiedad sería la forma en cómo se crean los diamantes sintéticos, pues es un proceso en el que hay altísimas presiones de un material.

Cabe mencionar que toda la materia en estado sólido presenta una alta dificultad a la hora de comprimirse. Esto se debe a que las moléculas que componen un material sólido están muy compactas, por tal razón se necesita grandes cantidades de fuerza y presión para conseguir un resultado óptimo.

Todo lo contrario sucede con los gases y la materia en estado sólido. En este caso, las moléculas ocupan menos espacio (volumen) y, por lo tanto, no se requiere de tanta energía y fuerza.

En cuanto a la materia en estado líquido, se trata de una situación que depende de la temperatura y otras condiciones. En consecuencia puede ser relativamente fácil o ser igual de complejo que con los sólidos.

Elasticidad

La elasticidad de la materia es aquella propiedad que le permite volver a su estado original luego de haber sido sometido a un cambio en su forma.

Visto de un modo más práctico, cuando tomamos una banda elástica y la estiramos ésta volverá a su estado original si la soltamos. A esto es a lo que se le conoce como elasticidad en física. Es decir, cuando por fuerzas de deformación la materia vuelve a su estado inicial.

Divisibilidad

Se trata de una de las propiedades más importantes de forma relativa. Es la capacidad que tiene la materia de poder dividirse en tamaños más pequeños a tal punto de llegar a nivel molecular. La importancia de esto fue tal que gracias a la división del átomo se pudo desarrollar la mayor arma de destrucción masiva: la bomba atómica.

¡Sin embargo no todas son malas noticias! Gracias a la divisibilidad podemos tener una fuente de energía relativamente limpia, la cual es la energía nuclear.

A escalas de átomos la divisibilidad de la materia genera cierta cantidad de energía, algo que no ocurre cuando la materia ya constituye un material que podemos ver y manipular.

Punto de ebullición

Este es tan solo uno de los muchos puntos en el que la materia deja de tener su estado base y pasa a conseguir un nuevo estado.

Este caso sucede cuando la materia pasa de un estado líquido a gaseoso, tal como ocurre cuando ponemos agua a hervir. Si lo dejamos mucho tiempo al fuego, este se irá evaporando convirtiéndose en un tipo de gas.

Propiedades organolépticas

Se trata de ciertas particularidades en las que solo se pueden encontrar en los alimentos que consumimos. Estas propiedades hacen que se pueda diferenciar un alimento de otro.

A diferencia de otras propiedades de la materia ésta en particular se puede identificar a través del gusto, el olfato o la vista. Lo que caracteriza a estas propiedades son el color, el sabor, la textura y el aroma de ciertos alimentos o materia prima.

Lo más probable es que a simple vista no puedas entender qué tiene que ver esto con la física o con la materia. Lo que no sabes es que a través de la comprensión de las moléculas que componen la materia de los alimentos podemos saber cómo hay que prepararlos.

Un ejemplo sencillo que te podemos dar es la típica discusión que hay entre los que cocinan carne. La clásica disyuntiva entre sí está bien cocida al punto o está crudo por su color.

Gracias a las propiedades organolépticas podemos saber si una carne está en su punto de cocción, si ya se ha pasado, etc. La comprensión de cada molécula que compone un alimento nos puede ayudar a determinar si una carne ha perdido sus nutrientes, si un vegetal cuenta con la cantidad de nutrientes adecuados y muchísimas otras cosas.

¿Cómo se forma la materia?

Para entender bien la forma que puede adquirir la materia es necesario tener como ejemplo a los tres estados básicos de la misma. Sucede que la forma de la materia dependerá del estado en el que se encuentre.

Por ejemplo, todos los elementos en estado sólido tienen formas definidas y que resultan más o menos difíciles de cambiar, como una simple roca de tamaño mediano. Al ser un sólido, la movilidad de las moléculas están restringidas, por lo que el material final será rígido y difícil de manipular.  Algo que no sucede con una bola de arcilla, que pese a ser una especie de sólido su maleabilidad es mucho mayor debido a que sus moléculas tienen mayor posibilidad de desplazarse.

Por ello, con materiales como la arcilla se hace posible modificar su forma con mayor facilidad y menos esfuerzo.

Por otro lado está la materia constituida por líquidos. Esta tiene la particularidad de adaptarse a la forma del recipiente en la que se encuentra, por lo cual su constitución va a depender de dónde se encuentre. Es decir que si está en un vaso tendrá la forma de un cilindro; si está en una estructura redondeada adquirirá la forma de una esfera y así. Las moléculas en este estado de la materia tienen mayor movilidad que los sólidos, siendo mucho más maleable.

En cuanto al estado gaseoso, es la que mayor movilidad presenta de los tres estados de la materia. Esta es una de las razones principales por las que ningún tipo de gas posee volumen. Además, cabe destacar que no poseen forma alguna, sin importar que las moléculas se encuentren en un recipiente hermético o a presión.

De tal manera, si tomas un puñado de gas y lo metes en un recipiente cuadrado éste no adquirirá la forma del mismo.

¿Cuál es la estructura química de la materia?

Lo primero a entender en este aspecto es que toda la materia está constituida por moléculas, las cuales son consideradas como la forma más pequeña de la materia.

Si tomas una materia y la divides cierta cantidad de veces, alcanzarás un punto en el que esto no se podrá hacer sin que pierda sus propiedades iniciales. Este punto es cuando se ha llegado a la forma más pequeña posible de la materia.

Ahora, más allá de esto, se encuentran los átomos, protones, neutrones y electrones, los cuales son partículas aún más pequeñas que una molécula. Miremos esto que hemos dicho de la siguiente manera:

• El ser humano es una forma de materia a gran escala.
• Si lo dividimos cierta cantidad de veces, llegamos a ver las moléculas que componen el ADN.
• Si vamos a una escala más pequeña, encontraremos los electrones, átomos y otros elementos.

Esto es algo que aplica perfectamente para todo lo que posea materia en nuestro universo, ya sea que se trate de una sustancia química, un ser vivo, un lugar en particular, una zona del universo, etc.

Ahora bien, existen un par de cuestiones a las que se les conoce como sustancias simples y sustancias compuestas.

La primera mencionada es aquella que tiene la capacidad de dividirse sin experimentar una pérdida de su naturaleza o sus propiedades. Por ejemplo, cuando tomas una fruta y la picas a la mitad, a medida que las vas cortando en mitades obtienes pedazos más pequeños. Si bien es cierto que llegará un punto en el que no podrás hacer más cortes, cada uno de los trocitos restantes mantendrán sus propiedades iniciales.

Por otro lado, se encuentran las sustancias compuestas. Estas permiten la división más allá de las moléculas perdiendo algunas propiedades. Por ejemplo, si dividimos el agua cierto número de veces, llegará un punto en el que nos encontraremos con las moléculas que la componen. Si dividimos aún más, podríamos “ver” los átomos de hidrógeno y oxígeno, que son lo que componen al agua.

¿Cómo se clasifica la materia?

En este punto sabemos que todo lo que existe en el universo está compuesto por materia. Sin embargo, no toda la materia cuenta con las mismas características y propiedades o formas.

Gracias a las sustancias existentes y/o conocidas podemos clasificar a la materia de dos formas distintas, las cuales son:

Sustancias puras

Es una de las formas principales en las que podemos encontrar la materia. Estas se caracterizan por su naturaleza y composición, no poseen variación sin importar el estado en el que se encuentren. Además de esto, poseen características que ya están definidas por su naturaleza, tales como.

• Su densidad.
• Punto de ebullición.
• Volumen, entre otros aspectos más.

Ahora bien, existen dos tipos de sustancias puras que deberías conocer:

• La primera son los elementos, estos no poseen la capacidad de descomponerse en formas más sencillas sin importar que se les aplique algún proceso químico o físico. Tal es el caso de metales como el hierro o aluminio, o elementos alternativos como el cloro, carbono u oxígeno.
• Por otro lado tenemos a los compuestos, los cuales sí pueden descomponerse en formas más sencillas, siendo la forma habitual mediante algún proceso químico. Por ejemplo, cuando utilizamos una sustancia líquida como el agua o el alcohol. Cabe mencionar que estas son sustancias puras que están compuestas por dos o más elementos, por ejemplo el agua, que posee dos moléculas de hidrógeno y una de oxígeno.

Siguiendo el mismo ejemplo, el agua se puede descomponer mediante un proceso químico que se llama electrólisis.

Mezclas

En cuanto a las mezclas, estas son una agrupación de compuestos y/o elementos. La diferencia es que siempre se utilizan dos o más sustancias puras para conseguir una mezcla en específico. Debido a esto siempre obtendremos una composición variable.

Ahora bien, las mezclas en general se dividen en dos subtipos conocidos como:

1. Mezclas o sustancias homogéneas

A estas también se les conoce bajo el término de disoluciones, ya que son mezclas en las que resulta muy difícil distinguir cuáles son sus componentes con solo verlos. Por ende, para hacer tal identificación, es necesario utilizar equipos sofisticados y emplear procesos químicos que permitan conocer cuáles son los compuestos de la mezcla.

Por ejemplo, cuando tomas un vaso de agua y le agregas sal o azúcar. Cuando haces una mezcla homogénea, lo más seguro es que ni sepas si el agua está salada o dulce hasta que la pruebas. Lo mismo pasa con el aire que respiramos, pues sabemos que hay oxígeno porque aún no hemos muerto, sin embargo no sabemos el nivel de pureza en el ambiente ni mucho menos qué tanta contaminación existe.

Es necesario hacer un estudio y alguna medición mediante muestreo para identificar los componentes en el ambiente y determinar si es seguro para la vida o no.

2. Mezclas o sustancias heterogéneas.

A diferencia del caso anterior, aquí sí se puede identificar alguno de los componentes con solo mirarlos. Por ejemplo, si tomamos un vaso de agua y aceite es posible saber que se trata de ambos elementos y/o componentes por su consistencia, forma y la manera en cómo reaccionan ante la presencia del otro.

 ¿Cuáles son los estados de la materia?

Por varios siglos se pensaba que la materia solo podía tener 3 posibles estados, los cuales son los clásicos que conocemos hasta la fecha: sólido, líquido y gaseoso. Sin embargo con los aportes científicos que algunos han logrado desarrollar y probar, al día de hoy conocemos un par de estados de la materia que, hasta hace poco, no sabíamos que existían.

Los “nuevos” estados son: el plasma y el condensado de Bose-Einstein y, haciendo un repaso rápido de los estados de la materia, tenemos los siguientes puntos clave de cada uno de ellos:

1. Sólido. En este estado los átomos están muy cercanos unos de otros, por lo que cuentan con una forma y un volumen ya definido. Si un material en este estado se somete a altas temperaturas es posible conseguir una dilatación y/o una deformación.
2. Líquido. A diferencia del anterior estado aquí el volumen es fijo, donde los átomos se encuentran menos cohesionados. Esto le da la particularidad de ser mucho más adaptable y no contar con una forma única. De tal manera su forma final dependerá del medio, superficie o contenedor en el que esté.
3. Gaseoso. Aquí no hay cohesión en las partículas, por lo que no cuentan con un volumen ni mucho menos una forma. Si bien es cierto que su forma dependerá del contenedor en el que se encuentren, estos ocupan la totalidad del mismo.
4. El plasma. De manera resumida se trata de otro tipo de gas, solo que se encuentra ionizado. Esto quiere decir que su composición se basa en átomos que ya se han separado de algunos de sus electrones.
5. Condensado de Bose-Einstein. Se trata de un estado más descubierto recientemente en el que solo se puede conseguir con ciertos materiales y a una temperatura muy cercana al cero absoluto.

Cabe mencionar que existen muchos otros estados de la materia pero a raíz de que solo se dan en condiciones muy específicas y extremas, no se suele hablar de ellos como los que hemos mencionado. Algunos de estos son los siguientes:

• Cristales líquidos.
• Super-sólidos.
• Super-fluídos polaritón.

¿Qué es la ley de conservación de la materia?

También se le conoce por el nombre de la ley de la conversación de la masa. Esta estipula que la materia antes y después de someterse a un cambio cuenta con la misma cantidad de materia.

Quizás te resulte imposible comprender que si cortamos un árbol y quemamos solo su tronco, lo restante será equivalente a la cantidad de materia que existía antes de quemarlo. ¡Pero es así! Solo que la materia se transforma en diferentes estados y adquiere una nueva forma.

Lo que vemos en el suelo tras haberle prendido fuego al tronco solo son las cenizas, que seguramente se verán como muy pocas. Sin embargo no estamos tomando en cuenta la materia que se ha convertido en gas tras la combustión. Por ello, si tomamos el carbón restante y todos los gases que se emitieron tras la quema, tendremos la masa total del tronco inicial. Así que, en este caso, tendríamos que sumar toda la materia para poder obtener la masa total luego de una conversión de la materia de un estado a otro.

¿Cuál es el espacio que ocupa la materia?

En cuanto a la cantidad de espacio que ocupa la materia se le conoce como volumen. Si bien es cierto que la materia en términos generales cuenta con dimensiones, la que se le atribuye a este caso en particular es el volumen.

Ahora bien, para hacer el cálculo del volumen es importante tener dos valores indispensables, los cuales son: la masa y la densidad.

Una vez que se tienen estos valores se hace una división entre ellos y se determina el volumen de un cuerpo, objeto o materia. En cuanto al espacio que ocupa dependerá de qué punto en el espacio se encuentre el mismo.