Estructura de la materia

En la antigüedad, antes de la era cristiana, se creía que la materia se conformaba por cuatro elementos de la naturaleza (agua, aire, tierra y fuego) los cuales fuerón estipuladas por Aristóteles, y esta, fué la que perduró por unos 2000años, a pesar que en sus tiempos existia la idea de que la parte fundamental de la materia era un cuerpo indivisible denominado átomo (nombrado así por los filósofos griegos Leucipo y Demócrito de la corriente filosófica atomista), idea que por cierto se mantendría oculta debido a la influencia Aristotélica; hasta que a inicios del siglo XIX el profesor y cientifíco John Dalton, de origen inglés, sienta las bases científicas de la existencia del átomo. El átomo hoy en día es solo una parte de la estructura de la materia la cual presenta la siguiente división: 

 
esta división obedece a la naturaleza corpuscular de la materia, la cual ha sido comprobado experimentalmente, en diversas ocasiones; así pues aunque la materia parezca ser continua, en realidad no lo es, pues esta constituida por partículas discretas siendo por lo tanto discontínua.

CLASIFICACIÓN DE LA MATERIA
En nuestro alrededor podemos observar distintos objetos, como por ejemplo: el auto, una puerta, una manzana, un elefante, un ser humano, estos objetos estan constituidos por una o varias clases de materia, son las clases de materia la que interesa fundamentalmente a un químico, saber de que estan compuestos, que cualidades presenta siendo estas independientes de la naturaleza del objeto.

Los sistemas materiales o materiales, son referidos a cualquier tipo de materia presente los cuales pueden ser homogéneas (materia con componentes que en conjunto presentan las mismas propiedades, como el acero, el agua destilada, el cobre) y heterogéneas (materia con componentes que poseen propiedades distintas, como el granito, una piedra, la carpeta). El siguiente diagrama nos muestra una forma de clasificar a la materia de acuerdo a su composición:


De acuerdo a lo clasificado, es conveniente precisar su significado científico.

SUSTANCIA.- Es aquella materia homogénea, de composición química definida, su composición es invariable y es la que compone a los cuerpos, por lo que se pueden representar por medio de símbolos o fórmulas, además de poseer las mismas propiedades físicas y químicas como punto de ebullición, densidad, constante de solubilidad, estas le permiten ser reconocidos, así a la presión de 760mmHg el agua ebulle a 100oC y se congela a 0oC. Las sustancias se clasifican en:

- Sustancia simple: es la forma más simple de una sustancia, la cual esta constituida por un mismo tipo de átomos o moléculas homonucleares (monoatómicas (He; Ne; Fe; Pb) o poliatómicas (S8; O2; P4)), por lo que no pueden descomponerse en otras más simples; se les ubica en la Tabla periódica, en la cual la unidad fundamental de la sustancia simple (elemento químico) es el átomo. Así tenemos al sodio (Na), cobre (Cu), oro (Au), oxígeno (O2), neon (Ne), einstenio (Es), uranio (U), plomo (Pb), zinc (Zn)...

Existen sustancias elementales como el oxígeno (O2) y el ozono (O3) que se encuentran en el mismo estado físico pero con propiedades distintas, esta propiedad se denomina alotropia y tanto el oxígeno como el ozono son formas alotrópicas del oxígeno, así el ozono es quimicamente más activo que el oxígeno, convierte a la plata (Ag) y al mercurio (Hg) en óxidos a condiciones ambientales, el ozono también se emplea para la esterilización el agua.

ALOTROPIA (del griego allotropia, variedad; de allos, otra; tropos, dirección, manera): es la propiedad que presentan solo algunos elementos químicos, en la cual un elemento químico se encuentra en el mismo estado físico pero con diferentes estructuras químicas moleculares o cristalinas, razón por el cual sus propiedades son diferentes. Son ejemplos de alótropos los siguientes no metales: C, O, N, S, Se, Si, B, As y P; entre los metales: Sb, Ge, Ti, Fe, Co, Zr, Sn, U y otros 20 más.

grafito (izq.) y diamante (der.), los alotrópos del carbono

- Compuesto: constituido por 2 ó más sustancias simples diferentes o moléculas heteronucleares (CO2; HNO3; SO; H3PO4) unidos por ligamentos de Coulumb (eléctricos y magnéticos), su composición es fija y definida, por lo que se les representan por medio de fórmulas (carburo de hidrógeno de formula: CH4), estos se pueden separar en sustancias simples por absorción o liberación de energía; por ejemplo:

H2O por acción de la eléctricidad origina H2 + O2 (proceso químico: "electrolisis")


OBSERVACIÓN: las sustancias se pueden clasificar también de acuerdo a su origen en la cual pueden ser inorgánicas (origen mineral: agua, sal comun, cobre...), orgánicas (origen en los seres vivos: úrea, sucrosa, glucosa,...), naturales (la que encontramos en la naturaleza: oro, agua,...) y sintéticas (obtenidas en el laboratorio: vidrio, plástico,...); por su pureza, las sustancias se clasifican en: puras (en realidad sustancias puras no existen, pero si existe un grado de aproximación a la pureza, así si usted tiene 20g de carbono su constitución es de átomos distintos en cuanto a sus propiedades físicas, como son: C - 12, C - 13 y C - 14) e impuras.

MEZCLA.- Es la agrupación de dos o más sustancias, sin que ninguna de ellas pierda sus propiedades, por lo que se pueden separar por medios mecánicos o físicos (denominados de análisis inmediato) como la destilación, filtración, decantación,... Las sustancias que le componen entran en cualquier proporción, de modo tal que no existen cambios energéticos pues no se produce combinación. A las mezclas se les conoce también como "dispersiones" debido a que presentan dos tipos de medios, un medio dispersor y un medio disperso, así como en la salmuera, la sal (medio disperso) se dispersa en el agua (medio dispersor). Existen dos tipos de mezclas:

1. Mezcla heterogénea.- Las partículas pueden observarse a simple vista o con instrumentos ópticos simples, en la cual se hallan formando diferentes "fases", al tomarse muestras de esta mezcla sus propiedades serán distintas en cualquier porción que se le analize; estas mezclas son:

A. Dispersiones macroscópicas o groseras: las partículas se pueden observar a simple vista, esto se debe a que sus partículas tienen un diámetro superior o aproximado de unos 50micrómetros; tal es el caso del agua con arena, el granito, el agua de arroz,...

B. Dispersiones finas: las partículas son visibles al micróscopio, su diámetro se encuentra entre el intervalo de 50micrómetros y 0,1micrómetros (el cual equivale a 1000nanómetros); como ejemplo tenemos a la leche de vaca (crema y suero), agua más negro de humo,...

A estos dos tipos de dispersiones (A y B) se les denomina comunmente como suspensoides o "suspensiones" cuya caracteristica es la sedimentación.

C. Coloides: considerado el limite entre los sistemas heterogéneos y homogéneos, los coloides manifiestan dos propiedades innatas, el efecto tyndall (óptico) y el movimiento browniano (zig - zag) siendo este último determinante para que sus particulas no sedimenten. En los coloides el medio "disperso" es visible con el ultramicrosópio, el diámetro de sus partículas es mayor a 1nanómetro (1nm) pero menor o igual a 1000nm; son ejemplos de coloides: gelatina, ópalo, neblina, cabello rubio,...

2. Mezcla homogénea.- conocidos como "soluciones", sus componentes no se pueden observar, pues estos presentan un todo uniforme y homogéneo (razón para denominarlos "sistemas monofásicos"), al tomarse cualquier porción como muestra, estas presentan la misma composición y propiedades; el diámetro de sus partículas son menores o iguales a 1nm por lo que el sistema es ópticamente homogéneo; ejemplos de soluciones son la salmuera, el agua dulce (agua de rio), dextrosa, amalgama, acero,...


OBSERVACIÓN: Un mezcla es la unión de diferentes sustancias de composición variable, por lo que estas se pueden separar por medios físicos; mientras que la combinación trae consigo a la reacción química (fenómeno químico), en la combinación se produce la unión íntima de 2 ó más sustancias para formar otras sustancias con propiedades distintas a las originales, tal es el caso del trióxido de azufre, SO3, el cual en la atmósfera toma el agua, H2O, para formar el ácido sulfúrico, H2SO4, el cual al caer a la superficie terrestre produce un fenómeno denominado "lluvia ácida", este proceso es una "combinación". Técnicamente a las sustancias que intervienen en una combinación se les denomina componentes. 


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Embiologger dijo...

Muy bueno el aporte sobre la materia y algo de su hostoria.

Me gusto
gracias