Materia en Física
En física, la materia es todo lo que tiene masa y ocupa espacio, y se organiza en átomos, moléculas y partículas.
En física, la materia es todo aquello que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio. Está formada por partículas como átomos y moléculas, puede presentarse en distintos estados y es la sustancia de la que están hechos los cuerpos, desde un grano de arena hasta una estrella.
¿Qué es la materia en física?
La palabra procede del latín materia, que designaba la madera como material de construcción y, por extensión, la sustancia de la que se hacen las cosas. La física moderna la define por dos propiedades fundamentales: tiene masa, por lo que posee inercia y es atraída por la gravedad, y ocupa volumen.
La materia se distingue de la energía, aunque ambas están relacionadas. La famosa ecuación de Einstein, E = m·c², muestra que la masa es una forma muy concentrada de energía, y que una puede transformarse en la otra en procesos nucleares o en la aniquilación de partículas.
Estructura de la materia
La materia ordinaria se organiza en niveles. Las moléculas se componen de átomos; el átomo consta de un núcleo, formado por protones y neutrones, rodeado de una nube de electrones. A su vez, protones y neutrones están formados por quarks, mientras que el electrón, hasta donde sabemos, es una partícula elemental. Un recorrido completo se encuentra en los niveles de organización de la materia y en las partículas subatómicas.
El átomo es casi todo espacio vacío: su núcleo es unas cien mil veces más pequeño que el átomo entero, aunque concentra más del 99,9 % de su masa.
Estados de la materia
| Estado | Forma y volumen | Comportamiento de las partículas |
|---|---|---|
| Sólido | Forma y volumen definidos | Posiciones casi fijas, vibran en torno a ellas |
| Líquido | Volumen definido, forma del recipiente | Se mueven unas sobre otras, cohesionadas |
| Gas | Ni forma ni volumen propios | Muy separadas y en movimiento libre |
| Plasma | Ni forma ni volumen propios | Gas ionizado de iones y electrones libres |
A temperaturas cercanas al cero absoluto aparecen otros estados, como el condensado de Bose-Einstein, obtenido en laboratorio en 1995. El plasma es el estado más abundante del universo visible, pues forma las estrellas. Más detalles en sólido, líquido y gaseoso.
Propiedades de la materia
- Propiedades generales o extensivas: dependen de la cantidad de materia, como masa, volumen o longitud.
- Propiedades específicas o intensivas: no dependen de la cantidad, como la densidad, el punto de fusión o la dureza.
La más utilizada para caracterizar un material es la densidad:
Se mide en kg/m³ en el SI. El agua líquida tiene aproximadamente 1000 kg/m³ y el aluminio unos 2700 kg/m³. La cantidad de sustancia se expresa en moles; un mol contiene 6,022 · 10²³ entidades (número de Avogadro). Se amplía en propiedades generales de la materia.
Materia, antimateria y materia oscura
A cada partícula le corresponde una antipartícula con la misma masa y carga opuesta. Si se encuentran, se aniquilan y liberan energía; consulta la antimateria. Además, las observaciones cosmológicas indican que la materia ordinaria solo constituye alrededor del 5 % del contenido del universo. Aproximadamente un 27 % sería materia oscura, que no emite luz pero ejerce atracción gravitatoria, y cerca de un 68 % energía oscura.
Ejercicios resueltos
1. Un bloque de aluminio (ρ = 2700 kg/m³) tiene un volumen de 0,002 m³. ¿Cuál es su masa?
m = ρ·V = 2700 · 0,002 = 5,4 kg.
2. Una muestra de 250 g de un líquido ocupa 200 cm³. ¿Cuál es su densidad en kg/m³?
m = 0,250 kg; V = 200 cm³ = 2 · 10⁻⁴ m³. ρ = 0,250 / 2 · 10⁻⁴ = 1250 kg/m³.
3. ¿Cuántos átomos hay en 18 g de agua (M = 18 g/mol)?
18 g son 1 mol, es decir, 6,022 · 10²³ moléculas. Cada molécula H₂O tiene 3 átomos: 3 · 6,022 · 10²³ = 1,81 · 10²⁴ átomos.
Preguntas frecuentes
¿Qué es la materia en física?
Es todo lo que tiene masa y ocupa espacio. Se compone de partículas como átomos y moléculas y se presenta en estados como sólido, líquido, gas y plasma.
¿Cuál es la diferencia entre materia y masa?
La materia es la sustancia de la que están hechos los cuerpos; la masa es una propiedad que mide cuánta inercia tiene un cuerpo, y se expresa en kilogramos.
¿Cuántos estados de la materia existen?
Los cuatro más conocidos son sólido, líquido, gas y plasma. A temperaturas extremadamente bajas aparecen otros, como el condensado de Bose-Einstein.
¿La luz es materia?
No. La luz está formada por fotones, que carecen de masa en reposo y no ocupan volumen como la materia. Transporta energía y momento, pero no se considera materia ordinaria.
¿Se puede crear o destruir la materia?
En procesos químicos se conserva la masa total. En reacciones nucleares y en la aniquilación partícula-antipartícula, la materia puede transformarse en energía, y se conserva la suma de masa y energía.
Referencias
- Tipler, P. A. y Mosca, G. Física para la ciencia y la tecnología. Reverté.
- Halliday, D., Resnick, R. y Walker, J. Fundamentos de Física. Wiley.
- Feynman, R. P., Leighton, R. B. y Sands, M. The Feynman Lectures on Physics, vol. I. Addison-Wesley.
Cómo citar este artículo
Equipo de Conceptualia. (2024). «Materia en Física». Conceptualia. https://conceptualia.es/ciencias-naturales/fisica/materia-en-fisica/
