Aula virtual. Fisicoquímica 2do. año. Escuela N° 3015. Prof Anibal Brizzio: 2a-Materia .

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MATERIA

1-Definición
Se entiende, en física moderna que "materia es todo aquello que se extiende en cierta región del espacio-tiempo, posee una cierta cantidad de energía, está sujeto a cambios en el tiempo y a interacciones con objetos".

El espacio-tiempo es un modelo matemático que combina el espacio y el tiempo en una sola dimensión de dos conceptos inseparablemente y relacionados. En este continuo espacio-temporal se representan todos los sucesos físicos del Universo, de acuerdo con la teoría de la relatividad y otras teorías físicas. La expresión espacio-tiempo ha devenido de uso corriente a partir de la teoría de la relatividad especial formulada por Einstein en 1905, siendo esta concepción del espacio y el tiempo uno de los avances más importantes del siglo XX en el campo de la física.

2-Conceptos
La palabra materia proviene del latín, y significa «sustancia de la que están hechas las cosas». El concepto de materia ha sido modificado a lo largo de la historia, básicamente por el avance científico.
Una forma común de identificar las cosas son a través de sus características, por lo tanto la “materia” es sinónimo de “sustancia” que se define por propiedades físicas.
Es importante diferenciar entre materia , masa y peso.
#Materia es todo aquello que se extiende en cierta región del espacio-tiempo...etc.

#Masa es una cantidad de materia que existe en un determinado lugar, y su unidad es el mol (ver Sistema Internacional de Medidas).

#Peso es la consecuencia de una fuerza, que al actuar sobre una determinada masa origina un efecto. Por ejemplo una misma masa tendrá diferentes pesos según donde se encuentre en el vacío del espacio , en la tierra o en la luna.

Antecedentes históricos :
En la Grecia antigua se contraponían fundamentalmente dos teorías: a) La de "Aristóteles" (siglo IV A.C) que sostenia que la materia estaba formada por la conjunción de los 4 elementos fundamentales (tierra, agua, aire y fuego) ; b) en cambio "Leucipo" ( siglo V A.C.) sostenía que estaba formada por pequeños elementos o partículas características de cada materia (átomos).
Ya en el siglo XVIII, Isaac Newton consideraba la materia como una cosa "sólida, con masa, dura, impenetrable, y con partículas móviles". Estas propiedades primarias de la materia estaban de acuerdo con la descripción matemática, a diferencia de las cualidades secundarias como el color o el gusto que se desconocían su origen.
En el siglo XIX, tras el desarrollo científico de la teoría atómica, estos fueron vistos como el componente fundamental de la materia, que a su vez forman moléculas y compuestos.

Actualmente:
Toda la materia conocida se compone de partículas o átomos, de diferentes tipos. Los átomos son muy pequeños, los tamaños típicos son alrededor de 0,1 nanometro (diez mil millonésima parte de un metro).
Las dimensiones atómicas son lo suficientemente pequeñas que los conceptos y ecuaciones de la física común da resultados notablemente incorrectos. Se debió desarrollar un modelo que se ajustes a las observaciones observadas en el átomo, denominada física cuántica. Los modelos atómicos han incorporado principios cuánticos para explicar y predecir mejor su comportamiento.

3-Diferentes definiciones de Materia.
#Definición basada en la masa: La definición común de materia es “algo que posee masa y volumen, que ocupa un lugar en el espacio”.

#Definición basada en átomos: Una definición basada en su estructura física y química es: "la materia está formada de átomos y moléculas".
Esta definición puede ser ampliada para incluir átomos y moléculas cargados, así como para incluir el plasma, (gases de iones) y el electrolito (soluciones iónicas), que obviamente no se incluyen en la definición de moléculas y los átomos.

#Definición de materia basada en partículas: Una definición de materia, mas actualizada y considerando escalas subatómicas dice que : "la materia está formada de aquello, que forma átomos y moléculas, las llamadas partículas subatómicas : protones, neutrones y electrones, o las partículas que forman estas partículas fermiones y bosones.
O sea que en la escala de las partículas, la definición puede enunciarse como: " la materia ordinaria es todo lo que está formado por partículas elementales: fermiones y por bosones.

4-Composición de la materia
Los primeros estudios presentaron un modelo que sostenía que la materia estaba compuesta por átomos.
Luego se supo que dentro de los átomos existían partículas que eran demostrables y estables. Estas tres tipos de partículas consideradas subatómicas, se denominaron: protones, electrones y neutrones, y son las que consideraremos.
Más adelante el estudio de la estructura interna del átomo reveló que estas tres partículas estables, estaban formadas por otras que son inestables que no consideraremos pero nombraremos : fermión y boson , que a su vez se dividen dos tipos de partículas mas pequeñas. Ver esquema.

■Fermión: Existen dos tipos
--quark : protones y neutrones (estos son grande y poseen fuerzas actuando)
--leptón : electrones (estos son pequeños y poseen cargas)

■Boson Existen dos tipos
--Fotón (responsable de manifestaciones cuánticas del fenómeno electromagnético
--Gluón (crea la interacción una de las cuatro fuerzas fundamentales, sin carga ni masa)

En física moderna se considera que el fotón "es y no es" una partícula. Es decir que se comporta como una onda en fenómenos como la refracción que tiene lugar en una lente, sin embargo también se comporta como una partícula cuando interactúa con la materia para transferir una cantidad fija de energía.
En este ejemplo no se consideran los Bosones. No estan los fotones ni gluones por que no se pueden definir todavía.
En este esquema de materia, se consideran tamaños aproximados. A la izquierda estan los quarks (protones y neutrones en el núcleo del átomo) y los leptones (electrones orbitando)

5-Distribución de la materia en el universo.

Según los modelos físicos actuales,
5% es materia ordinaria o bariónica (aprox. la mitad de esta no se ha encontrado)
25% es materia oscura, así llamada por que no se sabe que es.
70% es energía oscura. así llamada por que no se sabe que es.

Materia ordinaria o bariónica
La materia común, o sea todo lo que vemos, tocamos, e impresiona a nuestros sentidos se denomina materia bariónica, por que tiene masa y todas las propiedades vistas.

Antimateria.
En la física de partículas y la química cuántica, la antimateria está compuesta por las antipartículas, es decir partículas opuestas a las conocidas.
Si una partícula contacta con su antipartícula ambas se aniquilarán mutuamente produciendo enormes cantidades de energía.
Antipartículas y algo de antimateria estable (como el antihidrógeno) se puede obtener en pequeñas cantidades, pero solamente para poder comprobar algunas de sus propiedades teóricas. En los inicios del universo, se piensa que la materia y la antimateria estaban igualmente representadas, y la desaparición de la antimateria es uno de los grandes problemas no resueltos de la física.

Otros tipos de materia.
#Materia oscura: En astronomía y cosmología, la materia oscura es materia de composición desconocida que no emite o refleja radiación electromagnética como para ser observada directamente, pero cuya presencia se infiere de sus efectos gravitacionales sobre la materia visible.
Evidencias observacionales del universo próximo y de la teoría del big bang requieren que esta materia tenga energía y masa, pero no de estar formada por partículas subatómicas que conocemos. El punto de vista más aceptado es que la mayor parte de la materia oscura, es de naturaleza extraña, compuesta de partículas que nunca han sido observadas en el laboratorio.
#Energía oscura: En cosmología, “energía oscura” es el nombre dado a la influencia antigravitatoria que está acelerando la expansión del universo continuamente. Esto es, el universo se expande aceleradamente y no se sabe por que. Se sabe que no está formada por partículas conocidas.

7-Nacimiento de una estrella
El Sol tiene 1,400,000 km de diámetro, pero es minúsculo en comparación con otras estrellas verdaderamente grandes, Eta Carinae es al menos 5 millones de veces más grande que nuestro Sol, Betelguese es 300 veces más grande que Eta Carinae, también está uno de los monstruos, VY Canis Mayoris, de al menos 1,000 millones de veces más grande que el Sol, pero ¿como nacen las estrellas?
Las estrellas nacen por azar. Se juntan fragmentos de materia de las nubes frías de gas y polvo que flotan en el espacio, las llamadas nebulosas. Estas partículas se van agregando por atracción gravitatoria hasta formar una gran masa.
La gravedad atrae el polvo y los gases hasta formar un gigantesco torbellino, durante cientos de miles de años la nube se torna mas espesa y densa, y forma un gigantesco disco giratorio más grande que todo el sistema solar, en su núcleo la gravedad comprime los gases formando una bola extremadamente caliente, la presión aumenta hasta que el núcleo estalla con enormes chorros de gas de muchos años luz de longitud, es un proceso muy violento.
La gravedad mantiene la presión aspirando las partículas de gas y polvo que chocan entre si generando mas y mas calor. En los próximos quinientos mil años la estrella joven se vuelve mas pequeña, mas brillante y mas caliente, hasta que la temperatura en su núcleo alcanza los 15 millones de grados, cuando la temperatura alcanza este nivel inimaginable los átomos de gas comienzan a fusionarse liberando enormes cantidades de energía, y asi nace una estrella, brillará por millones, miles de millones o quizás hasta billones de años...
Al abarse el combustible nuclear terminará su vida en una gran explosión formándose una supernova, esto formará los elementos químicos que se desparramarán por las cercanías del universo. Esto generarán posteriormente los planetas por agregación.