Materia y energía

-

Materia

La materia es definida como todo aquello que posee una ubicación espacial, con una cierta cantidad de energía y que se encuentra sujeto a cambios en el tiempo y a interacciones con objetos de medición. Hablamos de cualquier tipo de entidad de masa que (a nivel microscópico) ocupa una región del espacio-tiempo y suele comportarse como una onda.

La materia, en la física y la filosofía, hace referencia a todo aquello que constituye la realidad material objetiva. Por objetiva comprendemos una materia que puede ser percibida (así como yo percibo un perro, una planta o una mesa).
Se considera que la materia es lo que conforma la parte sensible de los objetos perceptibles (o bien detectables) por medios físicos ya que, hablamos de todo aquello que ocupa un lugar en el espacio, se puede sentir, medir y tocar, por ejemplo.

La materia se encuentra en todas partes, y en cualquier estado físico. Hay materia en el aire que se respira así como en un vaso de agua. Todo lo que vemos, sentimos y tocamos, es materia, que es un elemento fundamental para el desarrollo de la vida en el planeta.

Estados de la materia: La materia puede encontrarse en tres diferentes estados físicos: sólido (como un bloque de hielo), líquido (como un vaso de agua) o gaseoso (como el dióxido de carbono que liberamos al respirar).

Cambios de estado: La materia puede pasar de sólido a líquido por medio de fusión, de líquido a sólido por medio de la solidificación, de líquido a gaseoso por medio de evaporización, de líquido a gaseoso por medio de condensación y por último, de solido a gaseoso por medio de sublimación y de gaseoso a solido por medio de la sublimación inversa.

Propiedades de materia

La materia posee características particulares que distingue a las sustancias entre sí. Poder clasificar dichas propiedades en dos grupos:

Propiedades físicas: Dependen fundamentalmente de la sustancia en si (como por ejemplo, el color, el olor, la textura o bien el sabor entre otras). A su vez, las propiedades físicas se encuentran divididas en dos grupos:
  • Propiedades físicas extensivas: Son aquellas que refieren a la cantidad de materia presente (masa, volumen, longitud).
  • Propiedades físicas intensivas: Son aquellas que dependen solo del material y no de la cantidad que se tenga del mismo, o del volumen que éste ocupe (por ejemplo, un litro de aceite tiene la misma densidad que cien litros de aceite).
  • Propiedades químicas: Son aquellas que dependen del comportamiento de la materia frente a otras sustancias (como por ejemplo la oxidación de un clavo).

¿De qué se compone la materia?

La materia se encuentra compuesta por átomos que son partículas muy pequeñas que a su vez se componen de otras aún más pequeñas llamadas partículas subatómicas, que se agrupan para constituir los diferentes tipos de objetos.

Un átomo se trata de la menor cantidad de un elemento químico que posee existencia propia y puede asociarse a otros átomos para entrar en combinación. Se encuentra conformado por un núcleo con protones (cargas positivas) y neutrones (cargas neutras) y una corteza cargada de electrones (cargas negativas).

Un átomo puede estar estable o no, afirmamos que se encuentra estable si el número de protones del núcleo equivale a los electrones presentes en la corteza, si es así, estamos en presencia de un átomo en estado eléctricamente neutro.

Materia prima

La Materia Prima son todos aquellos recursos naturales que el hombre utiliza en la elaboración de productos. Dichos elementos que los seres humanos extraen de la naturaleza son transformados en diversos bienes, y el modo en que lo hacen es bajo algún proceso industrial. En este sentido se puede destacar que el sujeto que utiliza la materia prima para así poder desempeñar su labor es la industria, pues sin la utilización de la misma no podrían llevar a cabo sus objetivos.

Gracias a la gran diversidad que la naturaleza puede ofrecernos existe una clasificación de la materia prima que se utiliza:

  • De Origen Orgánico: (Vegetal) como la madera que se utiliza para hacer distintos tipos de muebles, mesas o sillas, el algodón y el lino se emplea en la elaboración de textiles y vestimentas, también están los cereales, frutas y verduras que nos aportan sustento alimenticio. Y (Animal) de donde se obtiene alimentos de carne de res, pescado o aves, leche y huevo, además de las pieles, cuero, seda y lana que brindan su utilidad para hacer zapatos, tapicerías, ropa y mucho más.
  • De Origen Inorgánico: (Mineral) bien sean metales como el hierro, oro, plata, cobre, aluminio, etc. O no metales sal o mármol, los elementos de esta categoría se utilizan para hacer joyas y distintos tipos de utensilios o también en el campo de la construcción.
  • De Origen Fósil: como el gas y el petróleo con el que se puede hacer combustible, plásticos, etc.
  • Otro tipo de clasificación que se da de acuerdo a su disponibilidad es materia prima renovable o no renovable.

Materia inorgánica

La materia inorgánica a diferencia de la orgánica no presenta funciones fisiológicas, o sea, ni metaboliza ni se reproduce, como se manifiesta en el caso de los minerales.
Los minerales son compuestos químicos complejo conformados por elementos químicos. Por ejemplo, la calcita es un mineral muy común en las rocas calizas que está formado por carbono, oxígeno y calcio.
Todos los seres vivos estamos constituidos por una mezcla de materia orgánica e inorgánica. Ambas son necesarias porque desempeñan un papel fundamental en nuestra vida.

Las plantas fabrican materia orgánica a partir de materia inorgánica, en un proceso llamado fotosíntesis. Los animales y los hongos transformamos la materia orgánica de las plantas para producir nuestra propia materia inorgánica. No somos capaces de transformar materia orgánica a partir de materia inorgánica.

La materia inorgánica se encuentra en los minerales tales como el agua, las sales y el dióxido de carbono.
La materia orgánica podemos encontrarla en raíces, animales, organismos muertos, restos de alimentos, etc.

Materia orgánica

La materia orgánica o componente orgánico del suelo agrupa varios compuestos que varían en proporción y estado. La materia orgánica está compuesta por residuos animales o vegetales. Se trata de sustancias que suelen encontrarse en el suelo y que contribuyen a su fertilidad. De hecho, para que un suelo sea apto para la producción agropecuaria, debe contar con un buen nivel de materia orgánica: de lo contrario, las plantas no crecerán.
Tipos
La materia orgánica puede estructurarse para su estudio en diversas clasificaciones estas incluyen:
  • Materia orgánica no transformada, representada por la biomasa vegetal, animal y microbiana en estado fresco.
  • Materia orgánica semitransformada, compuesta por restos orgánicos en proceso de transformación, poco parecidos al material original.
  • Materia orgánica transformada, dentro de la cual está el humus en sentido estricto que se encuentra ligado a la parte mineral formando los complejos arcillo-húmicos.

Materia gris

La materia gris se compone principal de carrocerías de células neuronales y de axones sin mielina. Los axones son los procesos que se extienden de las células neuronales.
En la materia gris, estos axones son principales no mielinizados, significando que no son revestidos por una proteína blanquecino-coloreada, grasa llamada mielina.

La materia gris sirve a la información de proceso en el cerebro. Estructuras dentro de las señales del proceso de la materia gris generadas en los órganos sensoriales u otras áreas de la materia gris.
Este tejido dirige las señales sensoriales (del motor) a las células nerviosas en el sistema nervioso central donde las sinapsis inducen una reacción a los estímulos.
Estas señales alcanzan la materia gris a través de los axones mielinizados que componen el bulto de la materia blanca en el cerebro, el cerebelo y la espina dorsal.

Leyes de la termodinámica y su interrelación con los seres vivos

Primera ley de la termodinámica

La primera ley de la termodinámica piensa en grande: se refiere a la cantidad total de energía en el universo, y en particular declara que esta cantidad total no cambia. Dicho de otra manera, la Primera ley de la termodinámica dice que la energía no se puede crear ni destruir, solo puede cambiarse o transferirse de un objeto a otro.
Esta ley puede parecer algo abstracta, pero si empezamos a ver los ejemplos, encontraremos que las transferencias y transformaciones de energía ocurren a nuestro alrededor todo el tiempo. Por ejemplo:
Los focos transforman energía eléctrica en energía luminosa (energía radiante).
Una bola de billar golpea a otra, lo que transfiere energía cinética y hace que la segunda bola se mueva.
Las plantas convierten la energía solar (energía radiante) en energía química almacenada en moléculas orgánicas.
Tú estas transformando la energía química de tu última comida en energía cinética cuando caminas, respiras y mueves tu dedo para desplazarte hacia arriba y hacia abajo por esta página.
Lo importante es que ninguna de estas transferencias es completamente eficiente. En cambio, en cada situación, parte de la energía inicial se libera como energía térmica. Cuando la energía térmica se mueve de un objeto a otro, recibe el nombre más familiar de calor. Es obvio que los focos de luz incandescente generan calor además de luz, pero las bolas de billar en movimiento también lo hacen (gracias a la fricción), como lo hacen las transferencias de energía química ineficientes del metabolismo vegetal y animal. Para ver por qué la generación de calor es importante, sigue leyendo sobre la segunda ley de la termodinámica.

La segunda ley de la termodinámica

A primera vista, la primera ley de la termodinámica puede parecer una gran noticia. Si la energía nunca se crea ni se destruye, eso significa que la energía puede simplemente ser reciclada una y otra vez.
La energía no puede ser creada ni destruida, pero puede cambiar de formas más útiles a formas menos útiles. La verdad es que, en cada transferencia o transformación de energía en el mundo real, cierta cantidad de energía se convierte en una forma que es inutilizable (incapaz de realizar trabajo). En la mayoría de los casos, esta energía inutilizable adopta la forma de calor.
Aunque de hecho el calor puede realizar trabajo bajo las circunstancias correctas, nunca se puede convertir en otros tipos de energía (que realicen trabajo) con una eficiencia del 100%. Por lo que cada vez que ocurre una transferencia de energía, cierta cantidad de energía útil pasa de la categoría de energía útil a la inútil.

El calor aumenta lo aleatorio del universo

El calor que no realiza trabajo aumenta la aleatoriedad (desorden) del universo. Esto puede parecer un gran salto de lógica, así que vamos a dar un paso atrás y ver cómo puede ser.
Cuando tienes dos objetos (dos bloques del mismo metal, por ejemplo) a diferentes temperaturas, tu sistema está relativamente organizado: las moléculas están separadas por velocidad, en el objeto más frío se mueven lentamente y en el objeto más caliente se mueven rápidamente.
Si fluye calor del objeto más caliente hacia el objeto más frío (como sucede espontáneamente), las moléculas del objeto caliente disminuyen su velocidad, y las moléculas del objeto frío aumentan su velocidad, hasta que todas las moléculas se estén moviendo a la misma velocidad promedio.
Ahora, en lugar de tener moléculas separadas por su velocidad, simplemente tenemos un gran conjunto de moléculas a la misma velocidad, una situación menos ordenada que nuestro punto de partida.
El sistema tenderá a moverse hacia esta configuración más desordenada simplemente porque es estadísticamente más probable que la configuración de temperaturas separadas (es decir, hay muchos más estados posibles que corresponden a la configuración desordenada). 

La entropía y la segunda ley de la termodinámica

El grado de aleatoriedad o desorden en un sistema se llama entropía.
Puesto que sabemos que cada transferencia de energía resulta en la conversión de una parte de energía en una forma no utilizable (como calor) y que el calor que no realiza trabajo se destina a aumentar el desorden del universo, podemos establecer una versión relevante para la biología de la segunda ley de la termodinámica: cada transferencia de energía que se produce aumentará la entropía del universo y reducirá la cantidad de energía utilizable disponible para realizar trabajo (o en el caso más extremo, la entropía total se mantendrá igual).
En otras palabras, cualquier proceso, como una reacción química o un conjunto de reacciones conectadas, procederá en una dirección que aumente la entropía total del universo.

Tercera ley de la termodinámica 

La segunda ley está ligada a una variable termodinámica denominada entropía (S), y puede expresarse cuantitativamente en términos de esta variable.
En el análisis de muchas reacciones químicas es necesario fijar un estado de referencia para la entropía. Este siempre puede escogerse algún nivel arbitrario de referencia cuando solo se involucra un componente; para las tablas de vapor convencionales se ha escogido 32 º F (0 °C).
Sobre la base de las observaciones hechas por Nernst y por otros, Planck estableció la tercera ley de la termodinámica en 1912, así: “la entropía de todos los sólidos cristalinos perfectos es cero a la temperatura de cero absolutos”. Un cristal "perfecto" es aquel que está en equilibrio termodinámica.
En consecuencia, comúnmente se establece la tercera ley en forma más general, como: “La entropía de cualquier sustancia pura en equilibrio termodinámico tiende a cero a medida que la temperatura tiende a cero”.
La importancia de la tercera ley es evidente. Suministra una base para el cálculo de las entropías absolutas de las sustancias, las cuales pueden utilizarse en las ecuaciones apropiadas para determinar la dirección de las reacciones químicas. Una interpretación estadística de la tercera ley es más bien sencilla, puesto que la entropía se ha definido como: S = k ln s.

 Referencias Bibliográficas



Comentarios

Publicar un comentario