MATÈRIA: ORIGEN, PROPIETATS, ESTATS I EXEMPLES - CIÈNCIA - 2025

La matèria és allò que posseeix massa, ocupa un lloc en l'espai i és capaç d'interactuar gravitatòriament. Tot l'univers està format de matèria, tenint aquesta seu origen just després del Big Bang.

La matèria està present en quatre estats: sòlid, líquid, gasós i plasmàtic. Aquest últim té moltes similituds amb el gasós però, a l'tenir particularitats úniques, el converteixen en la quarta forma d'agregació.

La matèria està composta per àtoms. Els àtoms estan formats per neutrons, protons i electrons

Les propietats de la matèria es divideixen en dues categories: generals i característiques. Les generals permeten distingir la matèria del que no ho és. Per exemple, la massa és una característica de la matèria, així com la càrrega elèctrica, el volum i la temperatura. Aquestes propietats són comuns per a qualsevol substància.

Al seu torn, les característiques són les propietats particulars mitjançant les quals es distingeix un tipus de matèria d'una altra. A aquesta categoria pertanyen la densitat, el color, la duresa, la viscositat, la conductivitat, el punt de fusió, el mòdul de compressibilitat i moltes més.

De què està feta la matèria?

Els àtoms són els blocs constitutius de la matèria. Al seu torn, els àtoms estan compostos de protons, electrons i neutrons.

càrrega elèctrica

La càrrega elèctrica és una característica intrínseca de les partícules que componen la matèria. Els protons tenen càrrega positiva i els electrons càrrega negativa, no tenint els neutrons de càrrega elèctrica.

En l'àtom, els protons i electrons es troben en la mateixa quantitat, per tant l'àtom -i la matèria en general- sol trobar en estat neutre.

Il·lustració que representa un àtom. Els protons i neutrons es troben en un mateix nombre en el nucli. Els electrons es troben en diferents nivells orbitals al voltant de l'nucli

Origen de la matèria

L'origen de la matèria està en els moments inicials de la formació de l'univers, etapa en què es van començar a formar els elements lleugers com l'heli, el liti i el deuteri (un isòtop de l'hidrogen).

NASA / WMAP Science Team / Art by Dana Berry

A aquesta fase se la coneix com nucleosíntesi del Big Bang, el procés de generació de nuclis atòmics a partir dels seus constituents: protons i neutrons. Breus instants després del Big Bang, l'univers es va anar refredant i els protons i neutrons es van unir per conformar els nuclis atòmics.

Formació d'estrelles i origen d'elements

Posteriorment, a l'formar-se les estrelles, els nuclis d'aquestes van ser sintetitzant els elements més pesats mitjançant processos de fusió nuclear. D'aquesta forma va tenir el seu origen la matèria ordinària, de la qual es formen tots els objectes que es coneixen en l'univers, incloent els éssers vius.

No obstant això, els científics actualment creuen que l'univers no està constituït íntegrament per matèria ordinària. La densitat existent d'aquesta matèria, no explica moltes de les observacions cosmològiques, com l'expansió de l'univers i la velocitat de les estrelles de les galàxies.

Les estrelles es mouen més ràpid del que prediu la densitat de matèria ordinària, per això es postula l'existència d'una matèria no visible que és la responsable. Es tracta de la matèria fosca.

També es postula l'existència d'una tercera classe de matèria, associada al que es coneix com a energia fosca. Recordem que la matèria i l'energia són equivalents, d'acord amb el que assenyala per Einstein.

El que descriurem a continuació es refereix exclusivament a la matèria ordinària de la qual estem fets, la qual posseeix massa i altres característiques generals i moltes molt específiques, segons el tipus de matèria.

Propietats de la matèria

- Propietats generals

Les propietats generals de la matèria són comuns a tota ella. Per exemple, un tros de fusta i un de metall tenen massa, ocupen un volum i es troben a una determinada temperatura.

Massa, pes i inèrcia

Massa i pes són termes que es confonen amb freqüència. No obstant això hi ha una diferència fonamental entre ells: la massa d'un cos és la mateixa -a menys que experimenti un pèrdua- però el pes d'aquest mateix objecte pot canviar. Sabem que el pes a la Terra ia la Lluna no és el mateix, ja que la gravetat de la Terra és més gran.

Per això, la massa és una quantitat escalar, mentre que el pes és vectorial. Això vol dir que el pes d'un objecte té magnitud, direcció i sentit, perquè és la força amb què la Terra -o la Lluna o un altre objecte astronómico- atrau l'objecte cap al seu centre. Aquí la direcció i el sentit són "cap al centre", mentre que la magnitud correspon a la part numèrica.

Per expressar la massa n'hi ha prou un nombre i una unitat. Per exemple es parla d'un quilo de blat de moro, o una tona d'acer. En el Sistema Internacional d'Unitats (SI) la unitat per a la massa és el quilogram.

Una altra cosa que sabem amb certesa, per l'experiència quotidiana, és que és més difícil moure objectes molt massius que als més lleugers. A aquests últims els resulta més fàcil canviar de moviment. Es tracta d'una propietat de la matèria anomenada inèrcia, la qual es mesura a través de la massa.

volum

La matèria ocupa una certa quantitat de l'espai, la qual no és ocupat per alguna altra matèria. Aquesta és per tant, impenetrable, la qual cosa vol dir que ofereix resistència a que una altra matèria ocupi el mateix lloc.

Per exemple a l'amarar una esponja, el líquid se situa en els porus de l'esponja, sense ocupar el mateix lloc que ella. El mateix passa amb les roques poroses i fracturades que contenen petroli.

temperatura

Els àtoms s'organitzen en molècules per donar-li estructura a la matèria, però un cop aconseguit, aquestes partícules no es troben en equilibri estàtic. A canvi, tenen un moviment vibratori característic, que depèn entre altres coses de la disposició que tinguin.

Aquest moviment està associat a l'energia interna de la matèria, la qual es mesura a través de la temperatura.

- Propietats característiques

Són nombroses i el seu estudi contribueix a caracteritzar les diferents interaccions que la matèria és capaç d'establir. Una de les més importants és la densitat: un quilo de ferro i un altre de fusta pesen el mateix, però el quilo de ferro ocupa menys volum que el quilo de fusta.

La densitat és la relació entre la massa i el volum que ocupa. Cada material té una densitat que li és característica, si bé no és invariable, ja que la temperatura i la pressió poden exercir importants modificacions.

Una altra propietat molt particular és l'elasticitat. No tots els materials tenen el mateix comportament quan se'ls s'estira o comprimeix. Alguns oposen molta resistència, altres en canvi són fàcilment deformables.

D'aquesta manera tenim diversos pisos de la matèria que caracteritzen el seu comportament davant infinitat de situacions.

Estats de la matèria

Aigua en estat líquid, sòlid i gasós.

La matèria se'ns presenta en estats d'agregació, segons sigui la força cohesiva entre les partícules que la componen. D'aquesta manera es tenen quatre estats que ocorren de manera natural:

-Sólidos

-líquids

-Gasos

-Plasma

sòlids

La matèria en estat sòlid té una forma molt ben definida, ja que les partícules constituents estan altament cohesionades. A més té una bona resposta elàstica, ja que quan es deforma, la matèria en estat sòlid tendeix a tornar al seu estat original.

líquids

Els líquids adopten la forma de el recipient que els conté, però tot i així, posseeixen un volum ben definit, ja que les unions moleculars, tot i que més flexibles que en els sòlids, encara brinden suficient cohesió.

gasos

La matèria en estat gasós es caracteritza perquè les seves partícules constituents no estan unides amb força. De fet posseeixen gran mobilitat, i per això els gasos no tenen forma i s'expandeixen fins a omplir el volum de l'recipient que els conté.

Els tres estats més coneguts de la matèria. Josell7

plasma

El plasma és matèria en estat gasós i més ionitzada. Ja amb anterioritat s'havia esmentat que, en general, la matèria està en estat neutre, però en el cas de l'plasma, un o més electrons s'han separat de l'àtom i l'han deixat amb càrrega neta.

Tot i que el plasma és el menys familiar dels estats de la matèria, la veritat és que abunda en l'univers. Per exemple, en l'atmosfera exterior de la Terra hi ha el plasma, així com en el Sol i les altres estrelles.

Al laboratori és possible crear plasma escalfant un gas fins que els electrons se separen dels àtoms, o també bombardejant el gas amb radiació d'alta energia.

Exemples de matèria

objectes comuns

Qualsevol objecte comú està fet de matèria, com:

• un llibre
• una cadira
• una taula
• la fusta
• El vidre.

matèria elemental

En la matèria elemental ens trobem els elements que componen la taula periòdica dels elements, els quals són la part més elemental de la matèria. Tots els objectes que componen la matèria poden descompondre en aquests elements petits.

• alumini
• bari
• argó
• bor
• calci
• gal·li
• Indi.

matèria orgànica

És la matèria creada per organismes vivents i basada en la química de l'carboni, un element lleuger i amb facilitat per a formar enllaços covalents. Els compostos orgànics són llargues cadenes de molècules amb molta versatilitat i la vida se serveix d'ells per dur a terme les seves funcions.

antimatèria

És un tipus de matèria en la qual els electrons tenen càrrega positiva (positrons) i els protons (antiprotons) tenen càrrega negativa. Els neutrons, si bé neutres en càrrega, també tenen la seva antipartícula anomenada anti-neutró, fet antiquarks.

Les partícules d'antimatèria tenen la mateixa massa que les de matèria i es produeixen en la naturalesa.En els raigs còsmics, la radiació que procedeix de l'espai exterior, s'han detectat positrons des de 1932. I en els laboratoris s'han produït antipartícules de tota mena, mitjançant l'ús d'acceleradors nuclears.

Fins i tot es va crear un anti-àtom artificial, compost d'un positró orbitant a un antiprotó. No va perdurar durant molt de temps, ja que l'antimatèria s'aniquila en presència de la matèria, produint energia.

matèria fosca

La matèria de què es compon la Terra també es troba en la resta de l'univers. Els nuclis de les estrelles actuen com gegantins reactors de fissió en els quals es creen contínuament àtoms més pesats que l'hidrogen i l'heli.

No obstant això, com hem dit anteriorment, el comportament de l'univers fa pensar en una densitat molt major de la que s'observa. L'explicació pot estar en un tipus de matèria que no es veu, però que produeix uns efectes que sí que es poden observar i que es tradueixen en forces gravitatòries més intenses del que produeix la densitat de matèria observable.

Es creu que la matèria i l'energia fosca formen fins a un 90% de l'univers (la primera aportant un 25% de total). Així doncs, tan sols un 10% de matèria ordinària i la resta seria energia fosca, que estaria distribuïda en forma homogènia per tot l'univers.

referències

1. Chemistry Libretexts. Physical and Chemical Properties of Matter. Recuperat de: chem.libretexts.org.
2. Hewitt, Paul. 2012. Conceptual Physical Science. 5th. Ed. Pearson.
3. Kirkpatrick, L. 2010. Physics: A Conceptual World View. 7th. Edition. Cengage.
4. Tillery, B. 2013. Integrate Science.6th. Edition. MacGraw Hill.
5. Wikipedia. Matèria. Recuperat de: es.wikipedia.org.
6. Wilczec, F. The origin of Mass. Recuperat de: web.mit.edu.