Seleziona il livello del testo:
La materia costituisce tutto ciò che è visibile nell’universo conosciuto, dai porta-vasini alle supernove. E poiché la materia non viene mai creata o distrutta, scorre attraverso il nostro mondo. Gli atomi che erano in un dinosauro milioni di anni fa-e in una stella miliardi di anni prima-potrebbero essere dentro di te oggi.
La materia è tutto ciò che ha massa e occupa spazio. Include molecole, atomi, particelle fondamentali e qualsiasi sostanza che queste particelle compongono. La materia può cambiare forma attraverso cambiamenti fisici e chimici, ma attraverso uno di questi cambiamenti la materia viene conservata. La stessa quantità di materia esiste prima e dopo la modifica-nessuno viene creato o distrutto. Questo concetto è chiamato la Legge di conservazione della massa.
In un cambiamento fisico, le proprietà fisiche di una sostanza possono cambiare, ma la sua composizione chimica no. L’acqua, ad esempio, è composta da due atomi di idrogeno e un atomo di ossigeno. L’acqua è l’unica sostanza conosciuta sulla Terra che esiste naturalmente in tre stati: solido, liquido e gas. Per cambiare tra questi stati, l’acqua deve subire cambiamenti fisici. Quando l’acqua si congela, diventa dura e meno densa, ma è ancora chimicamente la stessa. Ci sono lo stesso numero di molecole d’acqua presenti prima e dopo il cambiamento e le proprietà chimiche dell’acqua rimangono costanti.
Per formare acqua, tuttavia, gli atomi di idrogeno e ossigeno devono subire cambiamenti chimici. Affinché si verifichi un cambiamento chimico, gli atomi devono rompere legami e / o formare legami. L’addizione o la sottrazione di legami atomici modifica le proprietà chimiche delle sostanze coinvolte. Sia l’idrogeno che l’ossigeno sono biatomici—esistono naturalmente come coppie legate (H2 e O2, rispettivamente). Nelle giuste condizioni, e con abbastanza energia, questi legami biatomici si romperanno e gli atomi si uniranno per formare H2O (acqua). I chimici scrivono questa reazione chimica come:
2H2 + O2 → 2H2O
Questa equazione dice che ci vogliono due molecole di idrogeno e una molecola di ossigeno per formare due molecole di acqua. Si noti che ci sono lo stesso numero di atomi di idrogeno e atomi di ossigeno su entrambi i lati dell’equazione. Nei cambiamenti chimici, proprio come nei cambiamenti fisici, la materia è conservata. La differenza in questo caso è che le sostanze prima e dopo il cambiamento hanno proprietà fisiche e chimiche diverse. L’idrogeno e l’ossigeno sono gas a temperatura e pressione standard, mentre l’acqua è un liquido incolore e inodore.
Gli ecosistemi hanno molti cambiamenti chimici e fisici che avvengono tutti in una volta, e la materia è conservata in ognuno di essi—senza eccezioni. Si consideri un flusso che scorre attraverso un canyon-quanti cambiamenti chimici e fisici stanno accadendo in un dato momento?
In primo luogo, consideriamo l’acqua. Per molti torrenti canyon, l’acqua proviene da quote più elevate e ha origine come neve. Naturalmente non è lì che l’acqua ha cominciato—è stato pedalato in tutto il mondo da quando la Terra prima aveva l’acqua. Ma nel contesto del torrente canyon, è iniziato in montagna come neve. La neve deve subire un cambiamento fisico-sciogliersi-per unirsi al flusso. Mentre l’acqua liquida scorre attraverso il canyon, può evaporare (un altro cambiamento fisico) in vapore acqueo. L’acqua dà un esempio molto chiaro di come la materia cicli attraverso il nostro mondo, cambiando spesso forma ma non scomparendo mai.
Quindi, considera le piante e le alghe che vivono dentro e lungo il torrente. In un processo chiamato fotosintesi, questi organismi convertono l’energia luminosa del sole in energia chimica immagazzinata negli zuccheri. Tuttavia, l’energia luminosa non produce gli atomi che compongono quegli zuccheri-che infrangerebbero la legge di conservazione della massa—fornisce semplicemente energia per un cambiamento chimico. Gli atomi provengono da anidride carbonica nell’aria e acqua nel terreno. L’energia luminosa consente a questi legami di rompersi e riformarsi per produrre zucchero e ossigeno, come mostrato nell’equazione chimica per la fotosintesi:
6CO2 + 6H2O + luce → C6H12O6 (zucchero)+ 6O2
Questa equazione dice che sei molecole di anidride carbonica si combinano con sei molecole d’acqua per formare una molecola di zucchero Se sommate tutti gli atomi di carbonio, idrogeno e ossigeno su entrambi i lati dell’equazione, le somme sarebbero uguali; la materia è conservata in questo cambiamento chimico.
Quando gli animali dentro e intorno al torrente mangiano queste piante, i loro corpi usano l’energia chimica immagazzinata per alimentare le loro cellule e muoversi. Usano i nutrienti nel loro cibo per crescere e riparare i loro corpi—gli atomi per le nuove cellule devono provenire da qualche parte. Qualsiasi cibo che entra nel corpo di un animale deve lasciare il suo corpo o diventare parte di esso; nessun atomo viene distrutto o creato.
La materia si conserva anche durante i cambiamenti fisici e chimici nel ciclo della roccia. Mentre un ruscello scava più in profondità in un canyon, le rocce del fondo del canyon non scompaiono. Sono erosi dal flusso e portati via in piccoli frammenti chiamati sedimenti. Questi sedimenti possono depositarsi sul fondo di un lago o stagno alla fine del flusso, accumulandosi a strati nel tempo. Il peso di ogni strato aggiuntivo compatta gli strati sottostanti, alla fine aggiungendo così tanta pressione che nuove forme di roccia sedimentaria. Questo è un cambiamento fisico per la roccia, ma con le giuste condizioni la roccia può cambiare chimicamente troppo. In entrambi i casi, la materia nella roccia è conservata.
La linea di fondo è: Cicli di materia attraverso l’universo in molte forme diverse. In qualsiasi cambiamento fisico o chimico, la materia non appare o scompare. Gli atomi creati nelle stelle (molto, molto tempo fa) costituiscono ogni cosa vivente e non vivente sulla Terra—anche tu. È impossibile sapere fino a che punto e attraverso quali forme i tuoi atomi hanno viaggiato per renderti. Ed è impossibile sapere dove finiranno dopo.
Questa non è tutta la storia della materia, tuttavia, è la storia della materia visibile. Gli scienziati hanno imparato che circa il 25 per cento della massa dell’universo è costituito da materia oscura—materia che non può essere vista ma può essere rilevata attraverso i suoi effetti gravitazionali. La natura esatta della materia oscura deve ancora essere determinata. Un altro 70 per cento dell’universo è una componente ancora più misteriosa chiamata energia oscura, che agisce in contrasto con la gravità. Quindi la materia “normale” costituisce, al massimo, il cinque per cento dell’universo.