La materia es todo aquello que ocupa espacio y tiene masa. Todos los objetos físicos están compuestos de materia, y una propiedad fácilmente observable de la materia es su estado o fase. Los estados clásicos de la materia son el sólido, el líquido y el gas. Existen otros estados, como el plasma y el condensado de Bose-Einstein, pero son los estados clásicos los que pueden pasar directamente a cualquiera de los otros estados clásicos.
Por ejemplo, un cubito de hielo (agua sólida) que se deja en un banco a temperatura ambiente cambia rápidamente a agua líquida, mientras que un chorro de vapor (agua gaseosa) que sale del pico de una tetera hirviendo cambia a agua líquida cuando se dirige a una superficie fría.
Clasificación de la materia
Otra forma de pensar en la materia es desde el punto de vista del químico. El siguiente diagrama muestra una forma de clasificar la materia teniendo muy en cuenta los elementos y los compuestos.
Para ver cómo funciona este sistema de clasificación, pongamos dos ejemplos:
- ¿Cómo encaja la leche en este sistema? La leche tiene una composición uniforme, y es una solución (homogénea). Al filtrar la leche se separan los sólidos en suspensión (proteínas y lípidos), quedando un líquido claro. La aplicación de diversas técnicas de separación a este líquido permite obtener numerosas categorías de compuestos químicos. La leche es una mezcla compleja de sustancias.
- ¿Cómo encaja la arena dorada de playa en este sistema? La mayoría de los granos de la arena dorada de playa son feldespato de color claro o cuarzo claro. La arena de playa tiene una composición no uniforme, pero los granos pueden separarse físicamente en agrupaciones de minerales. Los minerales de la arena son compuestos químicos.
Teoría cinético-molecular de la materia
Los sólidos, los líquidos y los gases tienen cada uno sus propiedades características. Para explicar cómo se producen estas propiedades, se ha desarrollado la teoría cinético-molecular.
Según esta teoría, toda la materia está formada por partículas extremadamente pequeñas (átomos, moléculas o iones), que están en constante movimiento:
- En los sólidos, estas partículas están fuertemente empaquetadas, normalmente en un conjunto regular, y vibran de un lado a otro.
- En los líquidos, las partículas siguen estando apretadas, pero además de vibrar, pueden moverse por encima y entre ellas.
- En el estado gaseoso, las partículas están espaciadas entre sí y se mueven con un movimiento rápido y aleatorio.
Relaciones entre estados de la materia
Los estados clásicos de la materia (sólido, líquido y gas) pueden pasar directamente a cualquiera de los otros estados clásicos. Esto se consigue añadiendo o quitando calor al sistema.
Otros dos estados de la materia
Cuando un gas se calienta a temperaturas muy altas, los átomos gaseosos son despojados de sus electrones exteriores. Esto crea un gas «ionizado» que consiste en una mezcla altamente energética de iones positivos, electrones y átomos. El gas se ha convertido en plasma, a menudo denominado «cuarto estado de la materia».
En la década de 1920, dos científicos, Satyendra Bose y Albert Einstein, predijeron la existencia de un estado de la materia en el extremo de baja energía de la escala de temperaturas. Llamaron a este estado «condensado de Bose-Einstein». Sólo hay unos pocos elementos y partículas subatómicas seleccionados que pueden alcanzar este estado. No fue hasta 1995 cuando dos científicos, Cornell y Weiman, lograron hacer este condensado a partir de átomos de rubidio.
En términos científicos, una teoría implica que algo ha sido probado y es generalmente aceptado como verdadero. Las teorías científicas son sistemas de explicación bien establecidos, altamente fundamentados e internamente consistentes. La teoría cinético-molecular de la materia proporciona un sistema de explicación de las propiedades observadas de la materia.