QUINS SÓN ELS NIVELLS D'ORGANITZACIÓ DE LA MATÈRIA? (AMB EXEMPLES) - CIÈNCIA - 2025

Els nivells d'organització de la matèria són aquelles manifestacions físiques que componen l'Univers en les seves diferents escales de massa. Encara que si bé molts fenòmens poden explicar-se a partir de la física, hi ha regions d'aquesta escala que competeix més als estudis de química, biologia, mineralogia, ecologia, astronomia i altres ciències naturals.

En els fonaments de la matèria tenim les partícules subatòmiques, estudiades per la física de partícules. Pujant els esglaons de la seva organització, entrem en el terreny de la química, per després arribar a la biologia; des de la matèria disgregada i enèrgica, s'acaba observant cossos mineralògics, organismes vius i planetes.

Els nivells d'organització de la matèria s'integren i cohesionen per definir cossos de propietats úniques. Per exemple, el nivell cel·lular està integrat pel subatòmic, atòmic, molecular i cel·lular, però té propietats diferents a tots ells. Així mateix, els nivells superiors tenen propietats diferents.

Quins són els nivells d'organització de la matèria?

La matèria s'organitza en els següents nivells:

nivell subatòmic

Comencem amb l'esglaó més baix: amb les partícules més petites que el mateix àtom. Aquest graó és objecte d'estudi de la física de partícules. De manera molt simplificada es tenen els quarks (up i down), els leptons (electrons, muons i neutrins), i els nucleons (neutrons i protons).

La massa i mida d'aquestes partícules són tan menyspreables, que la física convencional no s'ajusta al seu comportament, pel que és necessari estudiar-les amb el prisma de la mecànica quàntica.

nivell atòmic

Encara en el terreny de la física (atòmica i nuclear), trobem que algunes partícules primordials s'uneixen mitjançant interaccions fortes per donar origen a l'àtom. Aquesta és la unitat que defineix els elements químics i tota la taula periòdica. Els àtoms estan compostos en essència de protons, neutrons i electrons. A la següent imatge es pot observar una representació d'un àtom, amb els protons i neutrons en el nucli i els electrons a l'exterior:

Els protons són els responsables de la càrrega positiva de l'nucli, els quals al costat dels neutrons conformen gairebé tota la massa de l'àtom. Els electrons, d'altra banda, són els responsables de la càrrega negativa de l'àtom, difosos al voltant de l'nucli en regions denses, electrònicament, anomenades orbitals.

Els àtoms es diferencien entre si pel nombre de protons, neutrons i electrons que tenen. No obstant això, els protons defineixen el nombre atòmic (Z), que al seu torn és característic per a cada element químic. Així, tots els elements tenen diferents quantitats de protons, i el seu ordenament pot apreciar-se en ordre creixent en la taula periòdica.

nivell molecular

La molècula d'aigua és per molt la més emblemàtica i sorprenent de totes. Font: DiamondCoder

En el nivell molecular entrem en el terreny de la química, fisicoquímica, i una mica més distant, la farmàcia (síntesi de fàrmacs).

Els àtoms són capaços d'interaccionar entre si mitjançant l'enllaç químic. Quan aquest enllaç és covalent, és a dir, amb una compartició el més equitativa possible d'electrons, es diu que els àtoms s'han unit per originar molècules.

D'altra banda, els àtoms metàl·lics poden interaccionar mitjançant l'enllaç metàl·lic, sense definir molècules; però sí vidres.

Seguint amb els vidres, els àtoms poden perdre o guanyar electrons per transformar-se en cations o anions, respectivament. Aquests dos formen el duo conegut com ions. Així mateix, algunes molècules poden adquirir càrregues elèctriques, cridant-ions moleculars o poliatòmics.

A partir dels ions i els seus vidres, enormes quantitats d'ells, neixen els minerals, els quals componen i enriqueixen l'escorça i mantell terrestres.

Aquesta voluminosa molècula d'dendrímero polifenileno és un exemple d'una macromolècula. Font: M stone at the English language Wikipedia

Depenent de el nombre d'enllaços covalents, algunes molècules són més màssiques que d'altres. Quan aquestes molècules posseeixen una unitat estructural i repetitiva (monòmer), es diu que es tracten de macromolècules. Entre elles per exemple tenim a les proteïnes, enzims, polisacàrids, fosfolípids, àcids nucleics, polímers artificials, asfaltenos, etc.

Cal recalcar que no totes les macromolècules són polímers; però tots els polímers sí que són macromolècules.

Aquest clúster icosaédrico (100) de molècules d'aigua es manté cohesionat pels seus ponts d'hidrogen. Aquest és un exemple d'una supramolécula regida per interaccions de Van der Walls. Font: Danski14

Encara en el graó molecular, les molècules i macromolècules poden agregar mitjançant interaccions de Van der Walls per formar conglomerats o complexos anomenats supramolècules. Entre les més conegudes tenim a les micel·les, vesícules i la paret lipídica de doble capa.

Les supramolècules poden tenir mides i masses moleculars inferiors o superiors a les macromolècules; però, són les seves interaccions no covalents les bases estructurals d'una infinitat de sistemes biològics, orgànics i inorgànics.

Nivell d'orgànuls cel·lulars

Representació de mitocondris, un dels orgànuls cel·lulars més importants.

Les supramolècules difereixen en la seva naturalesa química, per la qual cosa cohesionen entre si de manera característica per adaptar-se a el medi que els envolta (aquós en el cas de les cèl·lules).

Llavors és quan apareixen diferents orgànuls (mitocondris, ribosomes, nucli, aparell de Golgi, etc.), cadascun destinat per a complir una funció específica dins de la colossal fàbrica vivent que coneixem com la cèl·lula (eucariota i procariota): el "àtom" de la vida.

nivell cel·lular

Exemple d'una cèl·lula eucariota (cèl·lula animal) i les seves parts (Font: Alejandro Porto via Wikimedia Commons)

En el nivell cel·lular la biologia i la bioquímica (a més d'altres ciències afins) entren en joc. En l'organisme es té una classificació per a les cèl·lules (eritròcits, leucòcits, espermatozoides, òvuls, osteòcits, neurones, etc.). La cèl·lula es pot definir com la unitat bàsica de la vida i hi ha dos tipus principals: eucariotes i procatiotas.

nivell multicel·lular

Conjunts distingits de cèl·lules defineixen teixits, aquests teixits originen òrgans (cor, pàncrees, fetge, intestins, cervell), i finalment els òrgans integren diversos sistemes fisiològics (respiratori, circulatori, digestiu, nerviós, endocrí, etc.). Aquest és el nivell multicel·lular. Per exemple, un conjunt de milers de cèl·lules componen el cor:

Ja en aquest esglaó resulta difícil estudiar els fenòmens des d'un punt de vista molecular; tot i que la farmàcia, la química supramolecular enfocada a la medicina, i la biologia molecular, mantenen aquesta perspectiva i accepten tals desafiaments.

Organismes

Depenent de l'tipus de cèl·lula, l'ADN i els factors genètics, les cèl·lules acaben construint organismes (vegetals o animals), dels quals esmentem ja l'ésser humà. Aquest és el graó de la vida, la complexitat i vastitud és inimaginable fins i tot en l'actualitat. Per exemple, un tigre es considera un ós panda es considera un organisme.

nivell poblacional

Els raïms d'aquestes papallones monarques demostren com els organismes s'associen a poblacions. Font: Pixnio.

Els organismes responen a les condicions de l'entorn i s'adapten creant poblacions per subsistir. Cada població és estudiada per una de les tantes branques de les ciències naturals, així com les comunitats que d'elles deriven. Tenim els insectes, mamífers, aus, peixos, algues, amfibis, aràcnids, octòpodes, i molts més. Per exemple, un conjunt de papallones componen una població.

ecosistema

Ecosistema. Font: By LA turrita, from Wikimedia Commons

L'ecosistema inclou les relacions entre els factors biòtics (que tenen vida) i els factors abiòtics (sense vida). Consisteix en una comunitat d'espècies diferents que comparteixen un mateix lloc on viure (hàbitat) i que fan servir components abiòtics per poder sobreviure.

Aigua, aire i sòl (minerals i roques), defineixen els components abiòtics ("sense vida"). Mentrestant, els components biòtics es componen de tots els éssers vius en tota la seva expressió i comprensió, des dels bacteris fins als elefants i balenes, els quals interaccionen amb l'aigua (hidrosfera), aire (atmosfera) o sòl (litosfera).

El conjunt d'ecosistemes de tota la Terra compon el següent nivell; la biosfera.

Biosfera

Esquema de l'atmosfera, hidrosfera, litosfera i biosfera terrestres. Font: Bojana Petrović, from Wikimedia Commons

La biosfera és el nivell compost per tots els éssers vius que viuen al planeta i els seus hàbitats.

Tornant breument a l'esglaó molecular, les molècules per si soles poden compondre barreges de exorbitants dimensions. Per exemple, els oceans es formen per la molècula d'aigua, H ₂ O. Al seu torn, l'atmosfera es forma per les molècules gasoses i gasos nobles.

Tots els planetes aptes per a la vida tenen la seva pròpia biosfera; encara que l'àtom de carboni i els seus enllaços segueixin sent obligatòriament els seus fonaments, sense importar com evolucionades estiguin seves criatures.

Si es vol seguir ascendint en l'escala de la matèria, entraríem finalment en els cims de l'astronomia (planetes, estrelles, nanes blanques, nebuloses, forats negres, galàxies).

referències

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Química. (8va ed.). Cengage Learning.
2. Shiver & Atkins. (2008). Química Inorgànica. (Quarta edició). Mc Graw Hill.
3. Susana G. Morales Vargas. (2014). Levels of Organization of Matter. Recuperat de: uaeh.edu.mx
4. Tania. (04 de novembre del 2018). Level of organization of matter. Recuperat de: scientificskeptic.com
5. Apuntador. (2019). Quins són els nivells d'organització de la matèria? Recuperat de: apuntesparaestudiar.com