Características de la materia. Átomo y moléculas.

Se puede definir la materia como todo aquello que ocupa un lugar en el Universo. La materia es extensa en cuanto cantidad y cada posición distinguible de la misma recibe el nombre cuerpo.

 Átomos y moléculas. Propiedades físicas y químicas. Estructura del átomo

Los diferente aspectos que presentan los cuerpos se denominan propiedades, muchas de las cuales no les son esenciales sino que dependen de nuestros sentidos y de las condiciones físicas en que se encuentran.

Desde un punto de vista cualitativo en  la materia podemos distinguir diferentes clases, pero en la vida ordinaria lo habitual es que la materia esté conformada por mezclas de clases diferentes.

Las mezclas pueden tener una composición uniforme en cuyo caso se denominan mezclas homogéneas o disoluciones o bien no tenerla y la denominación entonces es de mezcla heterogénea.

Habitualmente las disoluciones son transparentes y las mezclas heterogéneas  opacas pudiendo observarse sus diferentes partes. 

Una sustancia es una clase particular de materia que se caracteriza por tener composición y propiedades fisicoquímicas fijas. Sin embargo algunas sustancias pueden ser descompuestas en otras por medios químicos (reducción, dismutación. descomposición térmica,...). Estas sustancias se denominan compuestos. Aquellas sustancias que no son descomponibles por vía química se denominan elementos.

En la Antigüedad, se creía que los cuerpos estaban compuestos por partículas muy pequeñas pero que no cambiaban su esencia sino sus estados de agregación. La existencia real de las moléculas no se constató hasta 1827, cuando Robert Brown comprobó que los granos de polen suspendidos en el agua aparecían animados de movimientos erráticos. En 1863 se sugirió por primera vez que  tal movimientos sería debido a un bombardeo desigual de las partículas por las moléculas de agua circundantes. A este movimiento de agitación de las pequeñas partículas en el seno de los fluidos se denomina, en su honor, movimiento browniano.

La molécula se puede definir cómo  parte más pequeña de una sustancia que conserva las propiedades físicas de la misma.

Dependiendo de la magnitud de la fuerza que mantiene unidas las moléculas, denominada fuerza de cohesión, el estado macroscópico de a sustancia concreta se corresponderá con un sólido, un líquido o un gas.

La mayoría de las moléculas pueden ser descompuestas en otras más simples mediante procesos químicos, por lo que las moléculas están formadas por por partículas aún más pequeñas que están unidas entre sí por fuerzas que se denominan de afinidad y reciben el nombre de átomos.  Los átomos son las parte más pequeña de un elemento que puede formar parte de un molécula.

Cuando los átomos que forman la molécula son iguales entonces hablamos de una sustancia elemento o elemento químico y cuando son diferentes nos referimos a una sustancia compuesto o compuesto químico. 

Aquellas propiedades que se mantienen permanentemente en situaciones equivalentes sin modificar la naturaleza propia de la sustancia se denominan propiedades físicas que pueden ser  extensivas si dependen de la cantidad de materia de la sustancia en cuestión como el volumen o masa o, intensivas, si no dependen de la cantidad de materia como la densidad o el calor específico. Hay propiedades que pueden cambiar en una muestra determinada como la presión, temperatura o carga eléctrica y se denominan condiciones.

En cambio, aquellas propiedades, las denominadas propiedades químicas, que están en potencia en las sustancias y sólo se ponen de manifiesto cuando la sustancia comienza a transformarse en otra distinta.

En definitiva, las propiedades físicas son estados concretos de la materia mientras que las propiedades químicas son procesos. 

En la naturaleza existen cuatro fuerzas fundamentales:

• La gravedad (curvatura del espacio-tiempo alrededor de objetos masivos). Es una fuerza de muy baja intensidad, siempre atractiva, afecta a toda la masa y disminuye proporcionalmente con el cuadrado de la distancia.

• Las fuerzas electromagnéticas:solamente afecta a partículas cargadas y a fotones, es de bastante mayor intensidad que la gravedad pero su alcance afectivo es incomparablemente menor. Puede ser atractiva o repulsiva. Son responsables de la estructura general de los átomos. 

• Interacción nuclear fuerte: son fuerzas atractivas de muy alta intensidad, de magnitud mayor que las electromagnéticas. Actúan a distancias muy cortas, en el interior de los núcleos atómicos: entre los quarks.

• Fuerzas nucleares débiles: actúan en el interior de los núcleos de los átomos. Son las responsables de que un protón se pueda convertir en un neutrón. 

A partir de las investigaciones hoy sabemos que la interacción nuclear débil y las fuerzas electromagneticas son aspectos diferentes de una fuerza única llamada fuerza electrodébil. Además, se sabe que a medida que aumenta la temperatura las fuerzas conocidas se van unificando. En el Big Bang, estaban unificadas.