El món físic que ens envolta està compost de matèria. Amb els nostres cinc sentits podem reconèixer o percebre diversos tipus de matèria. Alguns fàcilment observats com una pedra, que pot ser vista i tenir-la a la mà, altres es reconeixen amb menys facilitat o no poden ser percebuts per un dels sentits; per exemple, l'aire. La matèria és tot allò que té massa i pes, ocupa un lloc en l'espai, impressiona els nostres sentits i experimenta el fenomen d'inèrcia (resistència que ofereix a canviar de posició).
Què és la matèria
Taula de Continguts
La definició de matèria, d'acord amb la física, és tot el que compon allò que ocupa una regió en l'espai-temps, o, com el seu origen etimològic el descriu, és la substància de la qual estan fetes totes les coses. Dit d'una altra manera, el concepte de matèria estableix que és tot allò present en l'Univers que posseeix massa i volum, que pot ser mesurat, percebut, quantificat, observat, que ocupa un lloc espai-i que està regit per les lleis de la natura.
A més d'això, la matèria present en els objectes, posseeix energia (capacitat que tenen els cossos de realitzar un treball, com desplaçar-se o canviar d'un estat a un altre), la qual cosa li permet propagar-se en l'espai-temps (que és un concepte d'espai i temps combinat: quin objecte ocupa determinat espai en un punt específic de la línia de el temps). És important destacar que no totes les formes de matèria que posseeixen energia, tenen massa.
Hi matèria en tot, ja que es presenta en diferents estats físics; per tant, pot existir tant en un martell com dins d'un globus. També hi ha diversos tipus; de manera que un cos vivent és matèria, així com un objecte inanimat.
La definició de matèria a més, assenyala que aquesta es troba composta per àtoms, que són una unitat infinitesimal de matèria, la qual es pensava que era la més petita, fins que es va descobrir que al seu torn, la conformen altres partícules més petites (els electrons, que presenten càrrega negativa, els protons, que tenen càrrega positiva, i els neutrons, la càrrega és neutra o no tenen cap).
Hi 118 tipus d'ells, els quals s'esmenten a la Taula Periòdica dels Elements, que són matèries d'un únic tipus d'àtom, mentre que els compostos, són substàncies que estan conformades per dos o més àtoms, per exemple, l'aigua (hidrogen i oxigen). Al seu torn, les molècules formen part de la matèria, i es defineixen com a grups d'àtoms amb una configuració establerta, l'enllaç és químic o electromagnètic.
Un objecte o qualsevol cosa al món, pot estar constituït de diferents tipus de matèria, com el cas d'un pastís o un gra de sal, i poden obtenir diferents classes de materials si l'estat físic d'ells es modifica. Aquesta modificació pot ser física o química. La modificació física es dóna lloc quan l'aparença de l'objecte s'altera o es transforma, mentre que la química es presenta quan hi ha una alteració en la composició atòmica de la mateixa.
La matèria està jerarquitzada d'acord al seu nivell de complexitat. En el cas dels organismes vius, des del més senzill al més complex, en la classificació de la matèria, es té:
- Subatòmic: Partícules que componen a l'àtom: protons (+), neutrons (sense càrrega) i electrons (-).
- Atòmic: Unitat mínima de la matèria.
- Molecular: Grups de dos o més àtoms, que poden ser de la mateixa o diferent tipus, i forma una classe de matèria diferent.
- Cel·lular: Unitat mínima de tot organisme vivent, conformada per molècules complexes.
- Teixit: Grup de cèl·lules la funció és la mateixa.
- Òrgans: Composició de teixits en un membre que compleix alguna funció.
- Sistema o aparell: Composició d'òrgans i teixits que funcionen de manera conjunta per a una funció específica.
- Organisme: És el conjunt d'òrgans, sistemes, cèl·lules, d'un ésser viu, l'individu. En aquest cas, tot i que forma part d'un grup de molts similars, és únic amb un ADN que és diferent a tots els altres de la seva espècie.
- Poblacional: Organismes similars que s'agrupen i viuen en un mateix espai.
- Espècie: La combinació de totes les poblacions d'organismes d'un mateix tipus.
- Ecosistema: Connexió de les diferents espècies mitjançant les cadenes alimentàries en un entorn en particular.
- Bioma: Grups d'ecosistemes dins d'una regió.
- Biosfera: Conjunt de tots els éssers vius i el medi en el qual es relacionen.
Característiques de la matèria
Per definir què és la matèria, és important esmentar que aquesta té característiques. Les característiques de la matèria són variades d'acord a l'estat físic en què es presentin, és a dir, d'acord a la formació i estructura que conformen els àtoms i què tan units es trobin els uns dels altres. Totes i cadascuna d'elles determinaran com llueix o interactua un cos, objecte, substància o massa. Però hi ha característiques que són comuns per a tot el que està compost de matèria, i són les següents:
1. Presenten diferents estats d'agregació de la matèria: sòlid, líquid, gasós i plasma. A més d'aquests estats físics de la matèria, hi ha dos estats no tan coneguts, que són superfluid (que no presenten viscositat i poden fluir sense cap tipus de resistència de manera infinita en un circuit tancat) i supersòlid (matèria que és sòlida i líquida a l' mateix temps), i es pensa que l'heli pot presentar tots els estats de la matèria.
2. Tenen massa, que seria la quantitat de matèria existent en un volum o extensió determinada.
3. Presenten pes, representant en quina mesura la gravetat exercirà pressió sobre aquest objecte; és a dir, què tanta força d'atracció té la terra sobre el mateix.
4. Evidencien temperatura, que és la quantitat d'energia calòrica present en ells. Entre dos cossos amb la mateixa temperatura, no hi haurà transferència de la mateixa, per tant, aquesta es mantindrà igual en tots dos; en canvi en dos cossos amb diferent temperatura, el més calent transferirà la seva energia calòrica a el més fred.
5. Tenen volum, el que representa la quantitat d'espai que aquests ocupen en un lloc determinat, i ve donat per la longitud, la massa, porositat, entre d'altres atributs.
6. Tenen impenetrabilitat, que vol dir que cada cos pot ocupar un espai i només un espai alhora, de manera que, un objecte a l'intentar ocupar l'espai d'un altre, algun d'aquests dos serà desplaçat.
7. Tenen densitat, que és la proporció entre la massa i el volum de l'objecte. De més a menys densitat en els estats, es tenen: els sòlids, líquids i gasosos.
8. Hi ha la matèria homogènia i heterogènia. En el primer cas, és gairebé impossible identificar el que la compon, encara amb l'ajuda d'un microscopi; mentre que en el segon, fàcilment es pot observar els elements que hi ha al mateix i diferenciar-los.
9. Posseeix compressibilitat, que és la capacitat de reduir el seu volum si se sotmet a pressions externes, per exemple, de temperatura.
A més d'això, es poden destacar els canvis d'estat de la matèria, que són aquells processos en els quals, l'estat d'agregació d'un cos canvia la seva estructura molecular per transformar-se en un altre estat. Formen part de les propietats intensives de la matèria, i aquestes són:
- Fusió. És el procés en el qual la matèria en estat sòlid es transforma a l'estat líquid mitjançant l'aplicació d'energia calòrica.
- Congelació i solidificació. És quan un líquid es converteix en sòlid mitjançant un procés de refredament de la mateixa, convertint la seva estructura en una molt més forta i resistent.
- Sublimació. És el procés en el qual, afegint energia calòrica, els àtoms de certs cossos sòlids, passaran a mobilitzar-se de manera ràpida per convertir-se en gas sense passar per un previ estat líquid.
- Deposició o cristal·lització. A l' eliminar la calor a un gas, aquest pot fer que les partícules que el conformen s'agrupin fins a formar diversos vidres sòlids, sense haver de passar per un estat líquid prèviament.
- Ebullició, vaporització o evaporació. És el procés mitjançant el qual, a l'aplicar calor a un líquid, aquest es convertirà en un gas, a l'separar els seus àtoms.
- Condensació i liqüefacció. És el procés invers a l'evaporació, en el qual a l'aplicar fred a un gas, les seves partícules van a alentir ia acostar unes a les altres fins a formar de nou un líquid.
Quines són les propietats de la matèria
Les propietats de la matèria són diverses, ja que existeix una gran quantitat de components en elles, però presentaran propietats físiques, químiques, fisicoquímiques, generals i específiques. No tots els tipus de matèria mostraran totes aquestes propietats, ja que, per exemple, algunes apliquen per algun tipus de substància, objecte o massa, sobretot depenent del seu estat d'agregació.
Entre les principals propietats generals de la matèria, tenim:
extensió
Això forma part de les propietats físiques de la matèria, ja que es refereix a la extensió i quantitat de matèria que aquesta ocupa en l'espai. Vol dir que són propietats extensives: el volum, la longitud, les energies cinètica (depèn de la seva massa i és donada pel seu desplaçament) i potencial (donada per la seva posició en l'espai), entre d'altres.
massa
Es refereix a la quantitat de matèria que té un objecte o cos, no supeditada a la seva extensió o posició; és a dir, que la quantitat de massa present en el mateix, no està relacionada a què tant volum ocupi en l'espai, de manera que un objecte l'extensió és petita pot tenir una enorme quantitat de massa i viceversa. L'exemple perfecte són els forats negres, que posseeixen una quantitat inquantificable de massa respecte a la seva extensió en l'espai.
inèrcia
En el concepte de matèria, aquesta és la propietat que tenen els objectes de mantenir el seu estat de repòs, o continuar el seu moviment, excepte si una força fora d'ell mateix modifica la seva posició en l'espai.
porositat
Entre els àtoms que conformen la definició de matèria d'un cos, hi ha espais buits, que, depenent d'un o altre material, aquests espais seran més grans o més reduïts. A això se li denomina porositat, la qual cosa vol dir que és el contrari a la compactació.
divisibilitat
És la capacitat que tenen els cossos de fragmentar-se en trossos més petits, fins i tot, a grandàries moleculars i atòmics, a punt de desintegrar-se. Aquesta divisió pot ser producte de transformacions mecàniques i físiques, però no transformarà la seva composició química, i no canviarà l'essència del que és la matèria.
elasticitat
Aquesta es refereix a una de les principals propietats de la matèria, i en aquest cas és la capacitat de l'objecte de tornar al seu volum original després que ha estat sotmesa a una força de compressió que el deformara. No obstant això, hi ha un límit per a aquesta propietat i ha matèries més propenses a l'elasticitat que d'altres.
A més de les esmentades anteriorment, és important destacar les altres propietats físiques de la matèria i propietats químiques de la matèria que existeixen i que són nombroses. Entre elles:
1. Propietats físiques:
a) Intensives o intrínseques (propietats específiques)
- Aparença: Primordialment en quin estat es troba el cos i com llueix.
- Color: També té a veure amb la aparença física, però hi ha substàncies que presenten diferents colors.
- Olor: Depèn de la seva composició, i es percep per l'olfacte.
- Sabor: Com es percep a l' gust la substància.
- Punt de fusió, ebullició, congelació i sublimació: El punt en el qual una matèria passa de ser sòlida a líquida; líquida a gasosa; líquida a sòlida; i sòlida a gasosa; respectivament.
- Solubilitat: Es dissolen a l'barrejar-se amb un líquid o solvent.
- Duresa: Escala en la qual un material permetrà ser ratllat, tallat i travessat per un altre.
- Viscositat: Resistència d'un líquid a fluir.
- Tensió superficial: És la capacitat d'un fluid de resistir-se a l'augment de la seva superfície.
- Conductivitat elèctrica i tèrmica: Habilitat d'un material de conduir l'electricitat i la calor.
- Mal·leabilitat: propietat que els permet deformar sense trencar-se.
- Ductilitat: Habilitat per deformar i formar fils de l'material.
- Descomposició tèrmica: Quan s'aplica calor, la substància es transforma químicament.
b) Extensives o extrínseques (propietats generals)
- Massa: Quantitat de matèria existent en el cos.
- Volum: L'espai que ocupa el cos.
- Pes: La força d'empenta que té la gravetat sobre l'objecte.
- Pressió: La capacitat d'empenta cap a "fora" del que els envolta.
- Inèrcia: La capacitat de romandre immòbil tret que una força externa el mogui.
- Longitud: L'extensió d'un objecte en una sola dimensió en l'espai.
- Energia cinètica i potencial: A causa de la seva moviment i posició en l'espai.
2. Propietats Químiques:
- PH: Nivell d'acidesa o alcalinitat que tinguin les substàncies.
- Combustió: La capacitat de cremar davant l'oxigen, en el qual allibera calor i diòxid de carboni.
- Energia d'ionització: Energia que rep perquè un electró escapi dels seus àtoms.
- Oxidació: Capacitat de formar elements complexos mitjançant la pèrdua o guany d'electrons.
- Corrosió: És la capacitat d'una substància de fer mal o corrompre l'estructura d'un material.
- Toxicitat: La mesura en què una substància pugui fer mal a algun organisme viu.
- Reactivitat: Propensió a combinar-se amb altres substàncies.
- Inflamabilitat: Capacitat de generar una detonació de calor ocasionat per altes temperatures externes.
- Estabilitat química: La capacitat de reacció d'una substància davant l'oxigen o aigua.
Els estats d'agregació de la matèria
La matèria pot presentar-se en diferents estats físics. Això vol dir, que la seva consistència, entre altres característiques, serà diferent d'acord a l'estructura dels seus àtoms i molècules, de manera que es parla de les propietats específiques de la matèria. Entre els principals estats que es pot aconseguir, es tenen els següents:
sòlid
Els cossos sòlids tenen la particularitat de tenir els seus àtoms molt a prop els uns dels altres, el que els dóna duresa i es resisteixen a que un altre sòlid els travessi o els tall. A més, posseeixen mal·leabilitat, el que els permet que es deformin davant la pressió sense haver de fragmentar necessàriament.
La seva composició els permet a més tenir ductilitat, que és la possibilitat de formar fils de la mateixa matèria quan forces contràries vénen cap a l'objecte, permetent estirar; i punt de fusió, de manera que, a determinada temperatura, aquest podrà transformar el seu estat de sòlid a líquid.
líquid
Els àtoms que componen els líquids es troben units però amb menys força que els sòlids; a més es troben vibrant amb rapidesa, el que els permet fluir i la seva viscositat o resistència a el moviment, dependrà de quin tipus de líquid sigui (com més viscós, menys fluid). La seva forma la determinarà el recipient que el contingui.
A l'igual que els sòlids, aquests tenen punt d'ebullició, en el qual deixaran de ser líquids per esdevenir gasosos; ia més tenen punt de congelació, en el qual deixaran de ser líquids per convertir-se en sòlids.
gasós
Els àtoms presents en els gasos són volàtils, dispersos i la força de gravetat els afecta en menor mesura que els anteriors estats de la matèria. A l'igual que el líquid, no té forma, prendrà la de l'recipient o ambient on es trobi.
Aquest estat de la matèria, a l'igual que els líquids, té compressibilitat i en major mesura; a més posseeix pressió, el que els dóna la qualitat d'empènyer el que hi ha al seu voltant. És capaç també de transformar-se en líquid sota molta pressió (liqüefacció) i eliminant energia calòrica, pot fer-se gas líquid.
plasmàtic
Aquest estat de la matèria és un dels menys comuns. Els seus àtoms actuen semblants als elements gasosos, amb la diferència que aquests estan carregats de electricitat, encara que sense electromagnetisme, el que els fa bons conductors elèctrics. A l'posseir característiques específiques que no estan relacionades amb els altres tres estats, se'l considera el quart estat d'agregació de la matèria.
En què consisteix la Llei de Conservació de la Matèria
La Llei de Conservació de la Matèria o de Lomonosov-Lavoisier, estableix que cap tipus de matèria pot ser destruïda, sinó transformada en una altra amb diferents característiques externes o fins i tot a nivell molecular, però la massa de la mateixa roman. És a dir, que sent sotmesa a algun procés físic o químic, conserva la mateixa massa i pes, així com en les seves proporcions espacials (el volum que ocupa).
Aquest descobriment el van realitzar els científics russos Mikhail Lomonosov (1711-1765) i Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794). El primer el va observar per primera vegada quan unes plaques de plom no van perdre el seu pes després de ser foses en un recipient segellat; però, a aquesta troballa no se li va donar la importància deguda al seu moment.
Anys després, Lavoisier, va experimentar amb un recipient tancat, on per 101 dies va bullir aigua i el vapor no s'escapava sinó que tornava a la mateixa. Va comparar els pesos d'abans i després de l'experiment i va concloure que la matèria no es crea ni es destrueix sinó que es transforma.
Aquesta llei té la seva excepció, i ho seria en el cas de les reaccions de l'tipus nuclear, ja que en elles es pot convertir la massa en energia i en sentit contrari, de manera que és possible dir que es poden "destruir" o "crear "per a un fi específic, però en realitat està sent transformada, tot i que sigui en energia.
Exemples de matèria
Entre els principals exemples de matèria, poden destacar-se per estat d'agregació dels següents:
- Estat Sòlid: Una roca, la fusta, un plat, una barra d'acer, un llibre, un bloc, un got plàstic, una poma, una ampolla, un telèfon.
- Estat Líquid: L'aigua, el petroli, la renta, l'oli, la sang, el mar, la pluja, la saba, els sucs gàstrics.
la gasolina
- Estat Gasós: L'oxigen, el gas natural, el metà, el butà, l'hidrogen, el nitrogen, els gasos hivernacles, el fum, el vapor d'aigua, monòxid de carboni.
- Estat plasmàtic: El foc, les aurores boreals, el Sol i altres estrelles, els vents solars, la ionosfera, les descàrregues elèctriques d'ús o utilització industrial, la matèria entre els planetes, les estrelles i galàxies, les tempestes elèctriques, el neó en forma de plasma de les llums de neó, els monitors de pantalla de plasma dels televisors o d'un altre tipus.
