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La materia constituye todo lo visible en el universo conocido, desde los inodoros portátiles hasta las supernovas. Y debido a que la materia nunca se crea o destruye, recorre nuestro mundo. Átomos que estaban en un dinosaurio hace millones de años, y en una estrella miles de millones de años antes de eso, pueden estar dentro de ti hoy.La materia es cualquier cosa que tiene masa y ocupa espacio. Incluye moléculas, átomos, partículas fundamentales, y cualquier sustancia que estas partículas constituyen. La materia puede cambiar de forma a través de cambios físicos y químicos, pero a través de cualquiera de estos cambios la materia se conserva. La misma cantidad de materia existe antes y después del cambio—ninguna es creada o destruida. Este concepto se llama la Ley de Conservación de la Masa.En un cambio físico, las propiedades físicas de una sustancia pueden cambiar, pero su composición química no. El agua, por ejemplo, se compone de dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno. El agua es la única sustancia conocida en la Tierra que existe naturalmente en tres estados: sólido, líquido y gas. Para cambiar entre estos estados, el agua debe sufrir cambios físicos. Cuando el agua se congela, se vuelve dura y menos densa, pero sigue siendo químicamente la misma. Hay el mismo número de moléculas de agua presentes antes y después del cambio, y las propiedades químicas del agua permanecen constantes.Para formar agua, sin embargo, los átomos de hidrógeno y oxígeno deben sufrir cambios químicos. Para que ocurra un cambio químico, los átomos deben romper enlaces y / o formar enlaces. La adición o sustracción de enlaces atómicos cambia las propiedades químicas de las sustancias involucradas. Tanto el hidrógeno como el oxígeno son diatómicos: existen naturalmente como pares unidos (H2 y O2, respectivamente). En las condiciones adecuadas, y con suficiente energía, estos enlaces diatómicos se romperán y los átomos se unirán para formar H2O (agua). Los químicos escriben esta reacción química como:
2H2 + O2 → 2H2O
Esta ecuación dice que se necesitan dos moléculas de hidrógeno y una molécula de oxígeno para formar dos moléculas de agua. Observe que hay el mismo número de átomos de hidrógeno y átomos de oxígeno a cada lado de la ecuación. En los cambios químicos, al igual que en los cambios físicos, la materia se conserva. La diferencia en este caso es que las sustancias antes y después del cambio tienen diferentes propiedades físicas y químicas. El hidrógeno y el oxígeno son gases a temperatura y presión estándar, mientras que el agua es un líquido incoloro e inodoro. Los ecosistemas tienen muchos cambios químicos y físicos que ocurren a la vez, y la materia se conserva en todos y cada uno, sin excepciones. Considere una corriente que fluye a través de un cañón: ¿cuántos cambios químicos y físicos están ocurriendo en un momento dado?Primero, consideremos el agua. Para muchos arroyos de cañón, el agua proviene de elevaciones más altas y se origina como nieve. Por supuesto, no es ahí donde comenzó el agua, ya que ha sido un ciclo en todo el mundo desde que la Tierra tuvo agua por primera vez. Pero en el contexto de la corriente del cañón, comenzó en las montañas como nieve. La nieve debe sufrir un cambio físico—derretirse—para unirse al arroyo. A medida que el agua líquida fluye a través del cañón, puede evaporarse (otro cambio físico) en vapor de agua. El agua es un ejemplo muy claro de cómo la materia recorre nuestro mundo, cambiando frecuentemente de forma pero nunca desapareciendo.
A continuación, considere las plantas y algas que viven en y a lo largo del arroyo. En un proceso llamado fotosíntesis, estos organismos convierten la energía de la luz del sol en energía química almacenada en azúcares. Sin embargo, la energía de la luz no produce los átomos que componen esos azúcares, lo que violaría la Ley de Conservación de la Masa, simplemente proporciona energía para que ocurra un cambio químico. Los átomos provienen del dióxido de carbono en el aire y del agua en el suelo. La energía de la luz permite que estos enlaces se rompan y se reformen para producir azúcar y oxígeno, como se muestra en la ecuación química para la fotosíntesis:
6CO2 + 6H2O + luz → C6H12O6 (azúcar)+ 6O2
Esta ecuación dice que seis moléculas de dióxido de carbono se combinan con seis moléculas de agua para formar una molécula de azúcar y seis moléculas de oxígeno. Si sumamos todos los átomos de carbono, hidrógeno y oxígeno a ambos lados de la ecuación, las sumas serían iguales; la materia se conserva en este cambio químico.Cuando los animales dentro y alrededor del arroyo comen estas plantas, sus cuerpos usan la energía química almacenada para alimentar sus células y moverse. Utilizan los nutrientes de sus alimentos para crecer y reparar sus cuerpos: los átomos de las nuevas células deben venir de algún lugar. Cualquier alimento que entre en el cuerpo de un animal debe abandonar su cuerpo o convertirse en parte de él; no se destruyen ni crean átomos.La materia también se conserva durante los cambios físicos y químicos en el ciclo de la roca. A medida que un arroyo se adentra en un cañón, las rocas del suelo del cañón no desaparecen. Son erosionados por la corriente y transportados en pequeños trozos llamados sedimentos. Estos sedimentos pueden asentarse en el fondo de un lago o estanque al final del arroyo, acumulándose en capas con el tiempo. El peso de cada capa adicional compacta las capas debajo de ella, eventualmente agregando tanta presión que se forman nuevas rocas sedimentarias. Este es un cambio físico para la roca, pero con las condiciones adecuadas, la roca también puede cambiar químicamente. En cualquier caso, la materia en la roca se conserva.La conclusión es: La materia recorre el universo en muchas formas diferentes. En cualquier cambio físico o químico, la materia no aparece ni desaparece. Los átomos creados en las estrellas (hace mucho, mucho tiempo) conforman cada cosa viviente y no viviente en la Tierra, incluso tú. Es imposible saber qué tan lejos y a través de qué formas viajaron tus átomos para crearte. Y es imposible saber dónde terminarán a continuación.
Esta no es toda la historia de la materia, sin embargo, es la historia de la materia visible. Los científicos han aprendido que alrededor del 25 por ciento de la masa del universo consiste en materia oscura, materia que no se puede ver, pero que se puede detectar a través de sus efectos gravitacionales. La naturaleza exacta de la materia oscura aún no se ha determinado. Otro 70 por ciento del universo es un componente aún más misterioso llamado energía oscura, que actúa en contra de la gravedad. Así que la materia «normal» constituye, a lo sumo, el cinco por ciento del universo.