MATERIA

Denominamos materia a todo aquello que podemos percibir con nuestros sentidos, es decir, todo lo que podemos ver, oler, tocar, oír o saborear es materia.

Materia es  todo aquello que tiene masa (cantidad de sustancia de un cuerpo) y ocupa un lugar en el espacio (Volumen).

El compañero que se sienta junto a vosotros está constituido por materia, lo mismo que la silla en la que se sienta, la mesa que usa para escribir y las hojas de papel que emplea para tomar apuntes. Reciben el nombre de cuerpos a una porción de materia, delimitada por unas fronteras definidas, como un folio, el lápiz o la goma de borrar; varios cuerpos constituyen un sistema material.

Aunque todos los cuerpos están formados por materia, la materia que los forma no es igual, ya que hay distintas clases de materia: la materia que forma el papel es distinta de la que forma el agua que bebemos o de la que constituye el vaso que contiene el agua. La materia que forma el asiento de la silla es distinta de la que forma sus patas o de la que forma el suelo en el que se apoya. Cada una de las distintas formas de materia que constituyen los cuerpos recibe el nombre de sustancia. El agua, el vidrio, la madera, la pintura ... son distintos tipos de sustancias.

Ya sabemos que la Química es la ciencia que estudia la materia (estructura, composición y propiedades) Pero... Cómo se clasifica la materia?

Los químicos distinguen varios subtipos de materia con base a su composición y propiedades. La clasificación de la materia incluye:

Mezclas: 

y Sustancias:

Mezclas: Una mezcla es una combinación de dos o mas sustancias en la que estas conservan sus propiedades distintivas. Algunos ejemplos familiares son el aire, los refrescos, el agua de mar, etc.

Las mezclas a su vez las podemos diferenciar en Mezclas Homogéneas y Mezclas Heterogéneas.

Serán mezclas homogéneas en las que la composición de la mezcla es uniforme, y serán mezclas heterogéneas en las que su composición no es uniforme.

Ejemplos:

*Mezcla Homogénea: Agua con sal.

*Mezcla Heterogénea: Arena y virutas de hierro.

Tips para recordar:

El prefijo Homo- viene del griego y significa "igual", por lo que en una mezcla uniforme cada parte se verá igual.

El prefijo Hetero- también viene del griego distinto, y como sabemos que una mezcla que es distinta en cada parte, NO es uniforme, así podremos identificar siempre si una mezcla es homogénea o heterogénea.

Ahora pasemos a las Sustancias:

Una sustancia es una forma de materia que tiene una composición definida (constante) y propiedades distintivas. Son ejemplos de ello el agua, amoniaco, azúcar de mesa, oro, plata y Oxigeno. Las sustancias difieren de si por su composición y se pueden identificar según su aspecto, color, sabor y otras propiedades.

Así mismo las sustancias, pueden ser Compuestos o Elementos; Es mus fácil entender esta parte elementos serán las sustancias que ya no se pueden separar en otras mas sencillas por métodos químicos. Es preciso puntualizar que es momento de ver la tabla periódica (hay un link en el area de Enlaces o Links, para una tabla periódica interactiva), cada letra o dos letras (una mayúscula y minúscula) es la forma de representar un elemento, es decir:  

"Au" es la forma en que representamos al elemento Oro, "Hg" es como representamos al Mercurio, H al hidrogeno, etc.

Una vez aclarado lo anterior un compuesto será la unión de varios elementos (Por ejemplo, H2O "Agua") en proporciones definidas.

Tips para recordar:

La materia puede encontrarse en la naturaleza como sustancia pura o formando mezclas. Como la Química trata de estudiar la materia y sus transformaciones, a continuación te vamos a presentar unos conceptos sobre las distintas clases de materias que hay y las diferencias que existen entre ellas:

 Fase: Es una porción de materia física y químicamente uniforme. Es un concepto distinto al de estado, por ejemplo, una mezcla de líquido y aceite está constituida por dos fases a pesar de ser las dos sustancias líquidas.

Una Fase: La sustancias formadas por una sola fase pueden ser de dos tipos: sustancias puras o disoluciones (también llamadas mezclas homogéneas.

Más de una fase: Cuando una mezcla está formada por más de una fase se denomina mezcla heterogénea. Las mezclas heterogéneas se pueden separar en sus distintas fases por métodos físicos o mecánicos (filtración, decantación, …).

El estudio de las mezclas heterogéneas puede simplificarse analizando cada una de sus fases por separado, de ahí que no las estudiemos con profundidad y pasemos a detallar las mezclas homogéneas y las sustancias puras.

Sustancias constituidas por una sola fase.

Las hay de dos tipos:

Disoluciones: Son mezclas homogéneas en las que sus componentes pueden separarse por métodos físicos (calentamiento, destilación, …). Hay varios tipos de ellas:

Sólidas: Aleaciones (por ejemplo el acero (Fe y C).

Líquidas: Sales disueltas.

Gaseosas: por ejemplo el aire (mezcla de gases, fundamentalmente oxígeno y nitrógeno).

Sustancias puras: Las hay de dos tipos:

Elementos: Sustancias que no se pueden separar en otras más sencillas. Hay 109 elementos organizados convenientemente en la Tabla periódica).

Compuestos: Son sustancias puras que se pueden descomponer en otras más sencillas. Están formadas por la agrupación de varios elementos. Tienen las siguientes características:

Composición fija e invariable, independientemente de su procedencia, (por ejemplo, el agua siempre tendrá un 88,89 % de oxígeno y un 11,11 % de hidrógeno).

Tienen propiedades que las diferencian (al igual que los elementos) como puntos de fusión y ebullición, densidad.

Son siempre homogéneas, aunque todas las sustancias homogéneas no son compuestos o elementos (sustancias puras), también están las disoluciones.

En las mezclas los componentes mantienen sus propiedades, mientras que en los compuestos no.

En ocasiones existen verdaderas dificultades para poder diferenciar una disolución de un compuesto, por eso, en la siguiente tabla te resumimos las diferencias fundamentales:

SOLUBILIDAD

 Cuando viertes azúcar en el café y agitas el líquido estás preparando una disolución, una mezcla homogénea de varias sustancias.

    Si en lugar de leche y azúcar usamos agua y sal el proceso es más fácil de seguir: en medio vaso de agua, al echar media cucharada de sal y agitar, la sal se disuelve y desaparece, parece que sólo tenemos agua en el vaso, aunque su sabor salado (no te recomiendo que la pruebes) nos indica que contiene sal;  la sal, que es la sustancia que vamos a disolver, se denomina soluto, mientras que el agua, que es la sustancia en la que se va a dispersar la sal, se llama disolvente, el conjunto de agua y sal recibe el nombre de disolución osolución. En general, es fácil distinguir entre soluto y disolvente ya que el primero está en menor proporción. A la cantidad de soluto disuelto en una determinada cantidad de disolvente se le denomina concentración.

    Puesto que la cantidad de sal (soluto) en el agua (disolvente)   es poca, decimos que la disolución es diluida. Si echamos una cucharada más de sal y volvemos a agitar, la disolución se dice que está concentrada, porque hay mucha cantidad de soluto. Si volvemos a echar otras dos cucharadas de sal, por más que agitemos queda un resto de sal en el fondo del vaso, sin disolverse, ladisolución está ahora saturada. La concentración de esa disolución saturada es la solubilidad de la sal.

Al calentar el agua, veremos que se disuelve más cantidad de sal: la solubilidad varía con la temperatura. Normalmente los sólidos, como la sal, el azúcar o el bicarbonato aumentan su solubilidad con la temperatura, mientras que los gases, como el dióxido de carbono o el oxígeno, la disminuyen. 
Las sustancias  presentes en una mezcla se pueden separar te recomiendo ver el siguiente video para recordar ejemplos y su descripción técnica.

ESTADOS DE LA MATERIA 

Los diferentes estados en que podemos encontrar la materia de este universo en el que vivimos se denominan estados de agregación de la materia, porque son las distintas maneras en que la materia se "agrega", distintas presentaciones de un conjunto de átomos. Los estados de la materia son cinco:

1. Sólido

2. Líquido


3. Gaseoso

4. Plasma

5. Condensado de Bose-Einstein

6. Coloidal

7. Estado Electrónico de lamateria

Los tres primeros son de sobra conocidos por todos nosotros y los encontramos en numerosas experiencia de nuestro día a día. El sólido lo experimentamos en los objetos que utilizamos, el líquido en el agua que bebemos y el gas en el aire que respiramos.

El plasma es un estado que nos rodea, aunque lo experimentamos de forma indirecta. El plasma es un gas ionizado, esto quiere decir que es una especie de gas donde los átomos o moléculas que lo componen han perdido parte de sus electrones o todos ellos. Así, el plasma es un estado parecido al gas, pero compuesto por electrones, cationes (iones con carga positiva) y neutrones. En muchos casos, el estado de plasma se genera por combustión.

El Sol situado en el centro de nuestro sistema solar está en estado de plasma, no es sólido, y los conocidos tubos fluorescentes contienen plasma en su interior (vapor de mercurio). Las luces de neón y las luces urbanas usan un principio similar. La ionosfera, que rodea la tierra a 70,80 km de la superficie terrestre, se encuentra también en estado de plasma. El viento solar, responsable de las deliciosas auroras boreales, es un plasma también.

En realidad, el 99% de la material conocida del universo se encuentra en estado de plasma. Aunque también es verdad que sólo conocemos el 10% de la material que compone el universo. Esto significa que el escaso 105 de materia que hemos estudiado, el 99% es plasma, o sea, casi todo es plasma en el universo.

Es interesante analizar que los griegos sostenían que el universo estaba formado por cuatro elementos: aire, agua, tierra y fuego. Haciendo un símil, podríamos asignar un elemento físico a cada elemento filosófico:

Aire - Gas

Agua - Líquido

Tierra - Sólido

Fuego - Plasma

Estado Sólido: podemos ver que los átomos se hallan dispuestos en un volumen pequeño, se sitúan adyacentes, uno al lado del otro, aunque no en contacto, formando generalmente una estructura.

Estado Líquido: los átomos se encuentran esparcidos en un volumen mayor, sin seguir ninguna estructura. La separación entre cada átomo es mayor que en el sólido.

Estado Gaseoso: los átomos ocupan un volumen mucho mayor. Es el estado en que los átomos están más separados.

Estado de Plasma: sus componentes no son átomos, sino partículas individuales y núcleos de átomos. Parece un gas, pero formado por iones (cationes -núcleos y protones con carga positiva-, neutrones sin carga y electrones -con carga negativa-). Cada componente del estado de plasma está cargada eléctricamente y el conjunto ocupa un gran volumen.

¿Dónde podemos incluir el condensado de Bose - Einstein?

Condensado de Bose - Einstein

En 1920, Santyendra Nath Bose desarrolló una estadística mediante la cual se estudiaba cuándo dos fotones debían ser considerados como iguales o diferentes. Envió sus estudios a Albert Einstein, con el fin de que le apoyara a publicar su novedoso estudio en la comunidad científica y, además de apoyarle, Einstein aplicó lo desarrollado por Bose a los átomos. Predijeron en conjunto el quinto estado de la materia en 1924.

No todos los átomos siguen las reglas de la estadística de Bose-Einstein. Sin embargo, los que lo hacen, a muy bajas temperaturas, se encuentran todos en el mismo nivel de energía.

Es difícil entender intuitivamente qué significa el Condensado de Bose-Einstein (CBE). En el CBE, todos los átomos se encuentran en el mismo lugar, aunque esto va en contra de todo lo que vemos a nuestro alrededor.

A las temperaturas increíblemente bajas que se necesitan para alcanzar el estado de condensado de Bose-Einstein, se observa que los átomos pierden su identidad individual y se juntan en una masa común que algunos denominan superátomo.

Se ha considerado una visión intuitiva de la estructura de un átomo representando el núcleo (formado por protones y neutrones) por una bolita maciza roja, y la corteza de electrones que lo rodean por una bola hueca roja también. La bola con un punto en el centro constituye un átomo completo eléctricamente neutro.

En el condensado de Bose-Einstein: todos los átomos se encuentran en un mismo lugar. su pudieras tomar muchas bolas de diversos colores y una roja  la única bola roja representa la posición donde se hayan todos lo átomos, pero no uno sobre otro, sino todos ocupando el mismo espacio físico.

Para hacernos una idea de lo que sería un objeto cotidiano estando en estado de Bose-Einstein, proponemos imaginar que varias personas estuvieran sentadas en la misma silla, no una sentada sobre otra, sino literalmente todas sentadas en la misma silla, ocupando el mismo espacio en el mismo momento.

Una explicación de cómo se forma el CBE es teniendo en cuenta que la temperatura de un sistema es una medida del movimiento de sus átomos.

Los átomos, como todas las partículas, son también ondas (dualidad onda-corpúsculo). Están moviéndose continuamente, y cuanto más lento se mueven, su longitud de onda es más larga. dice que los átomos se encuentran en el mismo lugar, porque todos son descritos por una única onda.

Otra explicación se debe al principio de incertidumbre que enunció Heisenberg. Este principio afirma que no podemos conocer simultáneamente la posición y la velocidad de una partícula o átomo.

En el cero absoluto (0 K), un átomo tiene velocidad cero, ya que no tiene temperatura y por tanto no se mueve. Esto hace que la posición donde se encuentra el átomo sea muy incierta, conocemos su velocidad exactamente, con lo que el átomo puede encontrarse en un volumen muy grande.

El volumen ocupado por un átomo tan frío, es decir, la distribución de probabilidad de encontrarlo, es tan ancha (ver figura 4) que los átomos de la trampa se superponen y se unen, formando el CBE.

La temperatura es una medida del movimiento de los átomos de un sistema. Si lo que se desea es parar los átomos, deberemos bajar la temperatura lo máximo posible con el fin de alcanzar el valor más cercano al cero absoluto (0 K).

La temperatura más baja que se encuentra de forma natural en el universo es de 3 K, que corresponde a la radiación de fondo. Ésta es una radiación uniforme y de baja energía que se encuentra en cualquier dirección del universo.

Para conseguir el CBE es necesario enfriar los átomos a una temperatura muchísimo menor. Normalmente se han usado átomos de rubidio o sodio y se han debido enfriar a una temperatura de 0,000 000 001 K !!!.

Después de 77 años de que fuera predicho el estado de CBE, Eric Cornell, Wolfgang Ketterle y Carl Wieman fueron galardonados en 2001 con el premio Nobel de Física por la obtención en 1995 de la condensación de Bose-Einstein utilizando gases atómicos diluidos, así como por sus estudios sobre las propiedades que muestra la materia cuando se encuentra en este estado.

Según declaraciones de Weiman (el constructor de la nevera que ha sido capaz de alcanzar los 0,000 000 001K), los átomos enfriados sufren esta transición al estado CBE que las ecuaciones dicen que pasa. Es como una propiedad de la materia y, a la vez, tan contrario a la intuición, que parece magia.

Algunas de estas propiedades que muestran los átomos en estado de CBE son las siguientes:

1. Los átomos están congelados, todo lo quietos que permiten las leyes de la mecánica cuántica. La interacción entre ellos es muy débil y entonces puede estudiarse el efecto que tiene sobre ellos la gravedad.

Los resultados muestran que estos átomos se caen como si fueran una roca (a escala atómica), pero siguen siendo un gas!! Se comportan como un sólido, pero no lo son... Por eso a veces al estado de CBE se le ha denominado hielo cuántico.

2. Los átomos son coherentes, forman una única onda, como la luz láser. Los átomos del CBE son a los normales como la luz láser a la de una bombilla casera.

3. Un grupo de átomos en CBE se comporta muy extrañamente ante la interacción con otro grupo de átomos diferente también en estado de CBE.

Cuando se pone 2 átomos normales uno encima del otro, se obtiene el doble de átomos. Hasta aquí, bien. Pero si se coloca un condensado de Bose-Einstein encima de otro, deja de haber átomos en esa región!!

Todas estas propiedades de la materia y otras en estado de CBE siguen siendo estudiadas. Actualmente existen en el mundo veinte grupos experimentales con capacidad para crear y manipular condensados de Bose-Einstein. Se ve como una pequeña masa en el fondo de una trampa magnética. Como una gota de agua que se condensa cuando se enfría el aire.

Los tamaños obtenidos de CBE más grandes son del tamaño de una pepita de melón. En la generación de un condensado de Bose-Einstein, como aún suele haber átomos normales alrededor, el condensado suele mostrarse como si fuera la semilla dentro de una cereza.

En principio, un condensado de Bose-Einstein se puede mirar con nuestros ojos en el experimento. Sin embargo, como suele ser pequeño, tendríamos que usar un microscopio e iluminar la muestra con luz, con lo que le volveríamos a comunicar energía (y por lo tanto temperatura), se calentarían y volverían a ser átomos normales de gas.

Como Weiman y Cornell lo vieron por primera vez fue apagando la máquina durante un instante y tomando una fotografía.

La imagen más famosa de la formación del condensado de Bose-Einstein es una imagen que recoge los datos tomados por estos científicos a medida que la temperatura decrecía.

En la curva de la izquierda podemos ver diferentes colores que son átomos con distintas temperaturas. El color amarillo representa la temperatura más elevada, el verde una temperatura algo menor, el azul aún más frío y el blanco, que representa la temperatura más baja.

Al principio hay muchos átomos con temperatura alta pero, a medida que el sistema se va enfriando (de izquierda a derecha en la imagen), los átomos se van solapando, hasta que forman un único pico, que representa el momento en que hacen la transición de gas a condensado de Bose-Einstein. 

Es muy difícil hablar de las aplicaciones de un tipo de estado en la materia que no ha sido suficientemente estudiado ni controlado. Sin embargo, ya se han comentado algunos usos:

- Láser de átomos: para construcción de nano-estructuras, es decir, objetos de un tamaño muy pequeño (de nanómetros).

- Relojes atómicos: para realizar medidas muy precisas del tiempo.

- Detección de la intensidad del campo gravitatorio: con el fin de buscar petróleo

Estado Coloidal

El estado coloidal de la materia es la condición que tiene una mezcla cuando uno de sus elementos, en estado sólido, se encuentra disperso en otro que se halla en estado líquido o gaseoso.

Por esta razón, suele afirmarse que una mezcla se encuentra en estado o suspensión coloidal cuando en su interior hay 2 fases químicas al mismo tiempo. Cuando un sistema se encuentra en estado coloidal, se le llama coloide.

Un coloide está formado por 2 fases, estas se conocen como fase dispersa y fase fluida. La fase dispersa corresponde a un sólido, disperso en partículas muy pequeñas (Entre 1 y mil nanómetros).

Mientras que la fase fluida, también conocida como dispersor, está constituida por un líquido o gas, donde las partículas sólidas están dispersas.

Estado coloidal o coloide

Los coloides, con frecuencia generan confusión con respecto al estado en que se encuentran, esto se debe a que visualmente parecen tener características de 2 estados de la materia al mismo tiempo.

La gelatina, es un ejemplo de un coloide, donde partículas sólidas (colágeno) se encuentran dispersas en un líquido (agua).

La palabra coloide proviene del griego kolas, que significa pegarse, esto debido a que es difícil separar los 2 elementos de un coloide.

Propiedades del estado coloidal

1- Movimiento browniano

El choque de las partículas sólidas en suspensión contra las moléculas del líquido o el gas, genera que estas presenten un movimiento irregular y aleatorio a través de la fase fluida.

Este efecto se conoce como movimiento browniano, y es fácilmente observable si exponemos un coloide de tipo sólido – gas a un haz de luz, por ejemplo, al iluminar una columna de humo o niebla.

2- Efecto Tyndall

Si hacemos pasar un haz de luz a través de un coloide, este será claramente visible. Este fenómeno, conocido como efecto tyndall se produce porque las partículas de la fase dispersa hacen rebotar la luz en todas direcciones, haciéndola visible.

Al apuntar una luz láser a un vaso con zumo o gelatina, puede apreciarse el efecto tyndall.

3- Diálisis

La diálisis consiste en la separación de elementos pequeños presentes un líquido por medio de una membrana, con excepción de las partículas coloidales.

Esta propiedad, que no es exclusiva de los coloides, permite eliminar impurezas de un coloide para purificarlo.

Clasificación de los coloides

Dependiendo del estado en que se encuentre las fases, existen 5 tipos de coloides:

1- Aerosol

Solido o líquido disperso en un gas. Existen los aerosoles sólidos, como el humo o la neblina; y los aerosoles líquidos, como los insecticidas. Hoy en día la palabra aerosol, se aplica a cualquier producto de spray, por ejemplo los desodorantes.

2- Emulsión

Un líquido disperso en otro. Los más comunes suelen ser productos lácteos, donde la grasa de la leche está dispersa en el agua. Por ejemplo, la mantequilla.

3- Espuma

Gas disperso en un sólido o un líquido. Cuando el gas se dispersa en un sólido genera una espuma “pesada” que por lo general tiene usos industriales, como los selladores y espumas de poliestireno. La espuma liquida es más ligera y se usa a nivel doméstico, como en la espuma de afeitar o la crema batida.

4- Gel

Liquido disperso en sólido. Como las gelatinas, jaleas y geles para el cabello.

5- Sol

Sólido disperso en un sólido o un líquido. Toman consistencia liquida y se vuelven más espesos, como la pintura y la tinta.

PARA COMPRENDER MEJOR EL ESTADO COLOIDAL OBSERVA  EL SIGUIENTE VIDEO.

Se descubre un nuevo estado de la materia , te invito  a que visites el siguiente link.

https://www.europapress.es/ciencia/laboratorio/noticia-descubre-nuevo-estado-electronico-materia-20200214115222.html