La materia constituye todos los objetos visibles en el universo, y no se puede crear ni destruir.
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| La conservación de la materia durante los cambios físicos y químicos. |
La materia constituye todo lo visible en el universo conocido, desde orinales portátiles hasta supernovas. Y debido a que la materia nunca se crea ni se destruye, circula por nuestro mundo. Los átomos que estaban en un dinosaurio hace millones de años, y en una estrella miles de millones de años antes de eso, pueden estar dentro de ti hoy.
Materia es todo lo que tiene masa y ocupa espacio. Incluye moléculas, átomos, partículas fundamentales y cualquier sustancia que estas partículas componen. La materia puede cambiar de forma a través de cambios físicos y químicos, pero a través de cualquiera de estos cambios, la materia se conserva. La misma cantidad de materia existe antes y después del cambio: no se crea ni se destruye. Este concepto se llama Ley de Conservación de la Masa.
En un cambio físico, las propiedades físicas de una sustancia pueden cambiar, pero su composición química no. El agua, por ejemplo, está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno. El agua es la única sustancia conocida en la Tierra que existe naturalmente en tres estados: sólido, líquido y gas. Para cambiar entre estos estados, el agua debe sufrir cambios físicos. Cuando el agua se congela, se vuelve dura y menos densa, pero químicamente sigue siendo la misma. Hay el mismo número de moléculas de agua. Presentes antes y después del cambio, y las propiedades químicas del agua permanecen constantes.
Sin embargo, para formar agua, los átomos de hidrógeno y oxígeno deben sufrir cambios químicos. Para que ocurra un cambio químico, los átomos deben romper enlaces y/o formar enlaces. La suma o resta de enlaces atómicos cambia las propiedades químicas de las sustancias involucradas. Tanto el hidrógeno como el oxígeno son diatómicos: existen naturalmente como pares enlazados (H2 y O2, respectivamente). En las condiciones adecuadas y con suficiente energía, estos enlaces diatómicos se romperán y los átomos se unirán para formar H2O (agua). Los químicos escriben esta reacción química como:
2H2 + O2 → 2H2O
Esta ecuación dice que se necesitan dos moléculas de hidrógeno y una molécula de oxígeno para formar dos moléculas de agua. Observe que hay el mismo número de átomos de hidrógeno y átomos de oxígeno en ambos lados de la ecuación. En los cambios químicos, al igual que en los cambios físicos, la materia se conserva. La diferencia en este caso es que las sustancias antes y después del cambio tienen propiedades físicas y químicas diferentes. El hidrógeno y el oxígeno son gases a temperatura y presión estándar, mientras que el agua es un líquido incoloro e inodoro.
Los ecosistemas tienen muchos cambios químicos y físicos que suceden a la vez, y la materia se conserva en todos y cada uno, sin excepciones. Considere una corriente que fluye a través de un cañón: ¿cuántos cambios químicos y físicos están ocurriendo en un momento dado?
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| La conservación de la materia durante los cambios físicos y químicos. |
ATENCIÓN
Primero, consideremos el agua. Para muchos arroyos del cañón, el agua proviene de elevaciones más altas y se origina como nieve. Por supuesto, ahí no es donde comenzó el agua, se ha ciclado en todo el mundo desde que la Tierra tuvo agua por primera vez. Pero en el contexto de la corriente del cañón, comenzó en las montañas como nieve. La nieve debe sufrir un cambio físico —derretirse— para unirse a la corriente. A medida que el agua líquida fluye a través del cañón, puede evaporarse (otro cambio físico) en vapor de agua. El agua da un ejemplo muy claro de cómo la materia circula por nuestro mundo, cambiando de forma con frecuencia pero nunca desapareciendo.
A continuación, considere las plantas y las algas que viven dentro y a lo largo del arroyo. En un proceso llamado fotosíntesis, estos organismos convierten la energía luminosa del sol en energía química almacenada en azúcares. Sin embargo, la energía de la luz no produce los átomos que componen esos azúcares, eso rompería la Ley de Conservación de la Masa, simplemente proporciona energía para que ocurra un cambio químico. Los átomos provienen del dióxido de carbono en el aire y del agua en el suelo. La energía de la luz permite que estos enlaces se rompan y se reformen para producir azúcar y oxígeno, como se muestra en la ecuación química de la fotosíntesis :
6CO2 + 6H2O + luz → C6H12O6 (azúcar)+ 6O2
Esta ecuación dice que seis moléculas de dióxido de carbono se combinan con seis moléculas de agua para formar una molécula de azúcar y seis moléculas de oxígeno. Si sumas todos los átomos de carbono, hidrógeno y oxígeno a cada lado de la ecuación, las sumas serían iguales; la materia se conserva en este cambio químico.
Cuando los animales dentro y alrededor del arroyo comen estas plantas, sus cuerpos usan la energía química almacenada para alimentar sus células y moverse. Usan los nutrientes de sus alimentos para crecer y reparar sus cuerpos; los átomos para las nuevas células deben provenir de alguna parte. Cualquier alimento que entre en el cuerpo de un animal debe abandonar su cuerpo o convertirse en parte de él; No los átomos se destruyen o se crean.
La materia también se conserva durante los cambios físicos y químicos en el ciclo de las rocas. A medida que un arroyo se adentra más en un cañón, las rocas del fondo del cañón no desaparecen. Son erosionados por la corriente y se los lleva en pequeños fragmentos llamados sedimentos. Estos sedimentos pueden asentarse en el fondo de un lago o estanque al final de un arroyo, acumulándose en capas con el tiempo. El peso de cada capa adicional compacta las capas debajo de ella, agregando eventualmente tanta presión que se forman nuevas rocas sedimentarias . Este es un cambio físico para la roca, pero con las condiciones adecuadas, la roca también puede cambiar químicamente. En cualquier caso, la materia de la roca se conserva.
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| Diagrama de los cambios de estado entre los estados sólido, líquido y gaseoso. |
La conclusión es la materia recorre el universo en muchas formas diferentes. En cualquier cambio físico o químico, la materia no aparece ni desaparece. Los átomos creados en las estrellas (hace mucho, mucho tiempo) constituyen todos los seres vivos y no vivos de la Tierra, incluso usted. Es imposible saber qué tan lejos ya través de qué formas viajaron tus átomos para hacerte. Y es imposible saber dónde terminarán después.
Esta no es toda la historia de la materia, sin embargo, es la historia de lo visible asunto. Los científicos han aprendido que alrededor del 25 por ciento de la masa del universo consiste en materia oscura, materia que no se puede ver pero que se puede detectar a través de sus efectos gravitacionales. La naturaleza exacta de la materia oscura aún no se ha determinado. Otro 70 por ciento del universo es un componente aún más misterioso llamado energía oscura, que actúa en contra de la gravedad. Entonces, la materia "normal" constituye, como máximo, el cinco por ciento del universo.
