Podemos aproximarnos
a la idea de universo diciendo que es todo lo que existe. La naturaleza en
cambio puede definirse de diferentes maneras según al área del conocimiento que
la defina.
Para las ciencias
naturales en general, la naturaleza es la parte concreta del universo, es decir
aquello que podemos percibir y conocer a través de nuestros sentidos (aunque
muchas veces estos sentidos deban ser auxiliados por instrumentos que amplíen
su rango de percepción)
En esta naturaleza
distinguimos dos realidades diferenciadas e íntimamente relacionadas: la
materia y la energía. La materia que
podemos tocar (es tangible), y que se caracteriza por ocupar un lugar en el
espacio (extensión) que no puede ser ocupado por otro (impenetrabilidad) y por
su imposibilidad de producir cambios (inercia). La energía que es intangible y no ocupa lugar en el espacio, es la causante
de todos los cambios en la naturaleza. Los
fenómenos que le ocurren a la materia y a la energía constituyen una de los
caracteres sobresalientes de la naturaleza y son el centro de atención de los
estudios científicos en Ciencias Naturales.
Llamamos materia a todo aquello que ocupa lugar en el espacio y tiene inercia. Estas dos propiedades nos
permiten tocarla y son tan características de la materia que las usamos para
identificarla y para definirla. Existen diferentes clases de materia a las que
llamamos sustancias las cuales se
distinguen por las propiedades específicas (de cada especie) o intensivas (no
dependen de la cantidad). Esta materia forma a los cuerpos, que son porciones limitadas de materia y que por lo tanto
se distinguen por sus propiedades particulares (de cada individuo) o extensivas
(dependen de la cantidad.
La divisibilidad es otra de las
propiedades generales de la materia: toda la materia puede dividirse en partes
cada vez más pequeñas que conservan las propiedades del todo, pero los
científicos han descubierto que esta divisibilidad tiene un límite, porque toda
la materia está formada por partículas pequeñísimas y separadas, que son
indivisibles o que si se dividen pierden sus características esenciales: los
átomos, los iones y las moléculas; a esta propiedad se la llama discontinuidad.
Además podemos ver
que la materia se presenta a nuestros sentidos bajo diferentes estado de agregación, es decir que las partículas
que la forman se agrupan o agregan de distintas maneras. Encontramos a nuestro
alrededor habitualmente materiales en estado sólido, líquido y gaseoso, pero
también hay otros estados como el plasma (en el que se encuentran las
estrellas) y un extraño quinto estado que adopta la materia a temperaturas muy
bajas, cercanas a los 273 ºC bajo cero.
El último aspecto que
analizaremos es que la materia se nos presenta formando los llamados Sistemas Materiales. Es decir, cuando
separamos para su análisis una porción del universo nos encontramos con un
cuerpo o una sustancia, o una fracción de un cuerpo, o un conjunto de cuerpos o
sustancias interrelacionados que constituyen el Sistema Material.
PROPIEDADES
DE LA MATERIA
- Las Propiedades Generales son comunes a toda la materia:
Extensión,
Inercia, Impenetrabilidad, Divisibilidad, Discontinuidad, Gravedad,
Electricidad.
- Las Propiedades Particulares son propias de cada
cuerpo:
Forma, Masa, Volumen, Superficie, Longitud.
- Las Propiedades Específicas son propias de cada
sustancia y se subclasifican en:
+ Organolépticas: (Se
captan con los sentidos)
Brillo, Color, Sabor, Olor, Textura, Sonoridad.
+ Constantes Físicas:
(se miden con instrumentos y tienen un valor
constante para cada sustancia)
Punto
de Fusión (1), Punto de Ebullición (2), Densidad (3), Solubilidad (4), Calor
Específico (5), Conductividad Térmica, Conductividad Eléctrica, resistividad
Eléctrica, etc.
+ Propiedades
Químicas: (se hacen evidentes en los fenómenos químicos)
Reactividad química (6), Carácter metálico (7),
Acidez (8), Poder Reductor (9), Poder Oxidante, Combustibilidad, Punto de
Ignición (10), etc.
+ Las Propiedades de
Estado: (Propiedades físicas de un solo estado de agregación)
* Sólidos: Dureza (11), Fragilidad, Maleabilidad (12),
Ductilidad (13), Tenacidad (14), Elasticidad, Etc.
* Líquidos: Viscosidad (15), Poder
Disolvente, Tensión Superficial (16), Adherencia (17), Cohesión (18),
Capilaridad (19), Etc.
* Gases: Expansión, Difusión (20), etc.
NOTA:
Los números entre paréntesis, del 1 al 20, son referencias a palabras que
necesitan ser definidas. Buscar sus significados.
LAS PARTÍCULAS MATERIALES (Estructura Interna)
La divisibilidad de la materia fue tema de
debate desde épocas muy antiguas. La cuestión era: la materia puede dividirse
en partes cada vez más pequeñas que tienen las mismas propiedades que el cuerpo
original, al llegar a cierto grado de división las partículas se hacen imperceptibles
pero ¿se puede seguir dividiendo?. ¿Hasta cuando? Algunos sostenían que se
podía hacer hasta el infinito, que siempre habrá una parte menor que la que
tenemos, pero otros opinaban que había una partícula indivisible mínima que ya
no podría seguir dividiéndose y a la que por esto llamaron átomo, (que en griego significa sin
partes). Hoy sabemos que tenían razón estos últimos, que la materia es discontinua, es decir que está formada
por pequeñísimas partículas individuales y separadas que no se pueden dividir o
que si lo hacemos ya no tendrá las propiedades originales. Pero también sabemos
que existen distintas partículas que conforman la estructura interna de la
materia y distintas formas de agregarse unas a otras para formar los cuerpos y
sistemas como los vemos.
Los átomos son la menor partícula en que
puede dividirse un elemento químico y en general la materia. Cada elemento
químico se identifica por sus átomos: todos los átomos de un mismo elemento
químico son idénticos entre sí y son diferentes a los de otro elemento químico.
Así por ejemplo la partícula más pequeña de oro es un átomo de oro y la más
pequeña de nitrógeno es un átomo de nitrógeno. Sin embargo muy raras veces
aparecen en forma independiente, sino agrupados formando otras partículas
mayores como las moléculas y los cristales. Hoy sabemos que los átomos en
realidad están formados por otras partículas más pequeñas como los electrones, protones y neutrones, pero
ninguna de estas subpartículas por separado tendrá las características que le
conocemos a la materia y comúnmente existen solamente formando parte de los
átomos.
Las moléculas son la menor partícula en que
puede dividirse una sustancia (simple o compuesta) y que conserva las
propiedades de esta sustancia. Está formada por la unión íntima de dos o más
átomos (en algunos casos puede tener uno solo y en otros varios miles). Cada
sustancia se identifica por sus moléculas: todas las moléculas de una misma
sustancia son idénticas entre sí y están formadas por una cantidad y una clase
definida de átomos que son diferentes a los de otras sustancias. Las moléculas
de las sustancias simples están
formadas por dos o más átomos iguales y
las de las sustancias compuestas por
dos o más átomos diferentes. Así por
ejemplo la menor partícula del oxígeno del aire, que es una sustancia simple
gaseosa a temperatura ambiente, es la molécula de oxígeno que está formada por
dos átomos iguales y se representa (O2),
la de ozono está formada por tres átomos de oxígeno y se representa (O3), la menor partícula
de agua, que es una sustancia compuesta líquida a temperatura ambiente, es la
molécula de agua, que está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno
y se representa (H2O).
(no existen átomos de agua).
Los iones son partes de un átomo o de una
molécula que presentan la particularidad de tener carga eléctrica. Hay iones
simples (como un átomo) y iones complejos (como una molécula) pero todos tienen
carga eléctrica: los positivos se
llaman cationes y los negativos, aniones. Aparecen libres en algunas soluciones pero por lo general
se encuentran unidos entre sí por la atracción eléctrica entre sus cargas
opuestas, formando cristales.
Los cristales son agrupaciones de átomos,
iones o moléculas que se conservan unidos por fuertes fuerzas de atracción en
estructuras geométricas estables pero con un tamaño indefinido que puede variar
de unos pocos átomos hasta varios miles de millones. Así por ejemplo, los
metales sólidos tienen una estructura interna de cristales maleables formados
por átomos; muchos sólidos orgánicos como el azúcar tienen una estructura de
cristales rígidos formados por moléculas y muchos minerales como la sal de
mesa, llamada cloruro de sodio por ser una sustancia compuesta formada por
cloro y sodio, tiene una estructura de cristales formados por iones positivos y
negativos en una proporción de un anión cloro por cada catión sodio pero sin un
límite preciso en su cantidad. Los granos de sal fina son cristales más
pequeños pero de la misma clase que los granos de sal gruesa.