Qué es la materia

Una astronauta en la Luna pesa una sexta parte de lo que pesa en la Tierra, pero su masa no cambia en absoluto.

En química, la materia se define en una frase breve: todo lo que ocupa espacio y tiene masa. Un ladrillo es materia, al igual que el agua de un vaso. El aire también es materia, aunque no lo veas. Al soplar dentro de un globo, este se infla porque el aire que introduces necesita espacio. La luz, el sonido y el calor no son materia. Transportan energía, pero no tienen masa propia ni llenan un recipiente.

Masa y peso no son lo mismo

La masa mide cuánta materia contiene un objeto. Puedes determinarla con una balanza comparando el objeto con masas patrón, o midiendo la fuerza necesaria para acelerarlo: un automóvil necesita un empuje mucho mayor que una bicicleta. El peso es la fuerza con que la gravedad atrae esa masa. Es proporcional a la masa, pero depende de dónde estés. La gravedad de la Luna equivale aproximadamente a una sexta parte de la terrestre, así que allí una astronauta pesa alrededor de una sexta parte. Su masa, la cantidad de materia de su cuerpo, permanece exactamente igual. En órbita puede sentirse ingrávida, pero nunca carece de masa.

Tres estados cotidianos

En la Tierra, la materia suele encontrarse en uno de tres estados. Un sólido es rígido y conserva su forma: una cuchara sigue siendo una cuchara tanto en un cajón como en una taza. Un líquido fluye y adopta la forma del recipiente, pero la gravedad hace que su superficie superior sea plana. En órbita, donde el agua y la nave caen juntas libremente, nada aplana esa superficie y una porción de agua se recoge en una esfera. Un gas llena todo el recipiente y adopta tanto su forma como su volumen. Al comprimir un sólido o un líquido, su volumen apenas cambia; al comprimir un gas, disminuye mucho.

Existe un cuarto estado, poco frecuente en la Tierra pero común en el universo. Un plasma es un gas en el que muchas partículas tienen carga eléctrica. Las estrellas están hechas de plasma, y también lo observas en los rayos, en las antorchas de corte por plasma y en algunas pantallas de televisión antiguas. Hay materiales que parecen pertenecer a más de un estado. La arena se vierte como un líquido, pero cada grano es sólido. Una nube se desplaza como un gas, pero consiste en aire mezclado con diminutas gotas de agua líquida o cristales de hielo.

La materia no se pierde al cambiar

Cuando el hielo se funde o el agua hierve, la sustancia no aparece ni desaparece. La cantidad total de materia permanece igual tanto en un cambio de estado como en una reacción química. Es la ley de conservación de la materia. En la vida cotidiana cuesta observarla porque algunos productos suelen escapar en forma de gas, pero en un recipiente sellado la balanza no registra ningún cambio. Parece que una tetera pierde agua al hervir; sin embargo, el agua sigue ahí, dispersa por la cocina en forma de vapor.

El modelo de este curso explica todo esto mediante partículas: átomos o moléculas que se mueven sin cesar. En un sólido permanecen en posiciones fijas y solo pueden vibrar. En un líquido siguen en contacto, pero se deslizan unas junto a otras. En un gas están muy separadas y viajan en línea recta hasta chocar con algo. La temperatura indica qué tan rápido se mueven. La teoría cinético-molecular lo expresa con precisión: la energía cinética media de las partículas es proporcional a la temperatura medida en kelvin.