La materia y los cuatro elementos tierra agua fuego aire Fundamental






QUE ES LA MATERIA?

La naturaleza nos muestra una multitud de objetos distintos formados por diferentes materiales y, a la vez, vemos la desintegración de muchos de estos cuerpos: las montañas sufren la erosión del viento y del agua, que convierten en polvo lo que fueron inmensas piedras, la materia orgánica que forma a los seres vivos se degrada en componentes microscópicos por la acción de bacterias y otros organismos. ¿Hasta qué punto puede llegar en la desintegración de un objeto material?

Si tomamos una hoja de papel y la rompemos una y otra vez obteniendo en cada corte trozos más y más pequeños, ¿hasta dónde podrá continuar el proceso? Esta pregunta la formularon los griegos (y probablemente también otras civilizaciones) hace muchos siglos. Algunos, como Aristóteles, creían que el proceso de división de algo material era infinito, o dicho de otro modo: afirmaban que la materia es continua. El espacio entre los astros estaría ocupado por la materia más sutil y perfecta: el éter.

Aristóteles afirmaba que el espacio está completamente lleno de sustancia y, por consiguiente, que el vacío no existe.

Por otro lado, Demócrito, que nació algunos años antes que Aristóteles, postulaba que al dividir un cuerpo material se podría llegar (con instrumentos con los que él no contaba) a obtener una porción mínima de materia que ya no sería divisible. A esta partícula la llamó átomo (palabra que en griego significa precisamente “no divisible”) y a su postura se la llama atomismo. Ciertamente, estas conjeturas no estaban respaldadas por ningún tipo de experimentación y se debatían sólo en el ámbito del pensamiento abstracto al que los griegos eran tan proclives.

Demócrito afirmaba que “lo único que existe son los átomos y el vacío”.

En todos los tiempos, para los que creían en la existencia del átomo fue una cuestión fundamental estimar cual sería, aproximadamente, su tamaño. Los antiguos ya habían notado que con una pequeñísima cantidad de tintura podía teñirse una inmensa cantidad de agua. Esto les daba la pauta del increíble número de átomos presentes en una pequeña porción de materia Pero hubo que esperar hasta el siglo XVIII para obtener números que aproximaran un orden de magnitud para el tamaño del átomo. Hubo varias experiencias similares, entre ellas, la de Benjamín Franklin (1706-1790), quien en 1773 notó que una cucharada de aceite (unos 4 cm3 de volumen) derramada sobre la superficie tranquila de un lago se extendía abarcando un área de 2.000 m². A partir de esto dedujo que el tamaño de la molécula de agua no podía superar el valor:

4cm3/2.000m² 2.1O-7 cm

El valor promedio que actualmente se acepta para el tamaño del átomo es 10-8 cm.

A lo largo de la historia, el atomismo pasó por largas etapas de olvido y resurgió con fuerza en otros momentos. Inicialmente, mientras las ideas de Aristóteles marcaban el camino del conocimiento, el concepto de átomo fue dejado de lado. Pero a medida que la Física y la Química se fueron afirmando como ciencias, la existencia del átomo salió del ámbito de la especulación filosófica y surgió como necesaria a partir de la investigación de la materia, pero con características diferentes de las que Demócrito le había asignado. El átomo, tal como se lo conoce en la actualidad, ya no es una microscópica esferita sólida, indivisible, eterna e inmutable, sino que tiene una estructura interna cuya complejidad aún no termina de desentrañarse.

De todas maneras, todavía a principios del siglo XX la teoría atómica estaba en discusión y eminentes científicos (entre ellos, el Premio Nobel de Química Wilhelm Ostwald consideraban al átomo como una ficción muy poderosa, pues explicaba muchos de los comportamientos macroscópicos de la materia, a la cual no podían dar crédito.

Ver: El Átomo

Los primeros elementos: Tierra, Aire, Agua y Fuego

Una cuestión que sigue lógicamente a la postulación de la existencia de los átomos es la siguiente: ¿Existe un solo tipo de átomos que forman, según su disposición, todas las sustancias conocidas, o existen muchas variedades diferentes? Y si hay muchas variedades, ¿cuántas son? ¿Y en qué se diferencian los distintos átomos?

Así como la enorme cantidad de palabras de un idioma se arma a partir de unas pocas decenas de letras, todos los objetos que podemos conocer ¿estarán formados a partir de unos pocos constituyentes elementales?

Si prendemos fuego a un trozo de leña verde veremos que, a medida que la combustión avanza, el liquido (savia) en su interior burbujea, emanan vapores y, finalmente, cuando el fuego se extingue, sólo queda un polvo oscuro. Probablemente fue basándose en observaciones de este tipo que muchas de las civilizaciones antiguas, entre las cuales surgió la pregunta por los constituyentes elementales de la materia, llegaron a una respuesta similar: todos los cuerpos están compuestos por sólo cuatro constituyentes elementales: agua, aire, tierra y fuego. De acuerdo con esta concepción, las distintas sustancias que existen se diferencian según la proporción en que está presente cada elemento.

Algunos asociaban distintas formas y tamaños con los átomos de cada elemento: por ejemplo, los átomos de agua serían esferitas perfectas que les permitirían deslizarse unas sobre otras, mientras que los de tierra tendrían formas irregulares que los ayudarían trabarse entre sí dando más rigidez a la sustancia de la que participaran.

Aristóteles, en particular, adhería a esta teoría, pero agregaba un quinto elemento o quinta esencia: el éter, que formaba la esfera celeste.

Es interesante notar que existe un paralelismo entre los cuatro elementos y las formas en que la materia puede presentarse:

FUEGO ——> ENERGÍA
AGUA ——> LIQUIDO
TIERRA ——> SÓLIDO
AIRE ——> GASEOSO

El concepto de estos cuatro elementos primordiales fue mantenido durante siglos. Los egipcios y los árabes experimentaban y manipulaban sustancias en busca de combinaciones útiles para ramas tan diversas como la Medicina, los cosméticos, la metalurgia o el embalsamamiento.

En Europa, durante la Edad Media, los alquimistas fueron los herederos de esta tradición. La idea básica que manejaban era la de la transmutación. Esto implicaba la alteración de las proporciones de los cuatro elementos fundamentales presentes en una sustancia para obtener otra diferente.

Si bien la Alquimia, con su dosis de magia y sus métodos primitivos, estaba muy lejos de poder lograr su objetivo, permitió la producción y el reconocimiento de muchas nuevas sustancias (arsénico, cinc, bismuto, fósforo; los ácidos sulfúrico, nítrico y clorhídrico; las sales carbonato de sodio, sulfato de amonio y sulfato de sodio; etc.) y sentó las bases de lo que sería más tarde la experimentación química. Por otro lado, la idea de transmutar una sustancia en otra no era disparatada, y siglos más tarde los científicos modernos pudieron llevarla a cabo en sus laboratorios.

PROPIEDADES: Distintos tipos de materia poseen diferentes propiedades que las vuelven útiles para determinadas aplicaciones. El titanio, por ejemplo, es resistente y liviano al mismo tiempo; el cobre es buen conductor de la electricidad y se puede moldear en hilos para fabricar cables. El plástico no es corroído por los ácidos y se puede utilizar como recipiente. Los ejemplos son innumerables

Propiedades extensivas
Se trata de características relacionadas con i la cantidad de la materia, que permiten clasíficar cuerpos y sistemas materiales.

VOLUMEN:Se refiere aL espacio que ocupa la materia. En el caso de los líquidos, el volumen suele medirse en ütros. Para los sólidos, lo más habitual es utilizar metros cúbicos.

MASA: Se la define corno la cantidad de materia presente en un objeto, aunque para los físicos el concepto es algo más complejo. Para la física clásica es una medida constante y se mide en kilogramos.

PESO: Para definir el peso entra en juego también la fuerza fie gravedad, ya que se trata de la fuerza que ejerce la gravedad sobre un objeto, A mayor masa, mayor será el peso. Del mismo modo, mayor será el peso cuanto mayor sea la fuerza de gravedad.

Propiedades intensivas
No dependen sólo de la cantidad de la materia, sino del tipo de material. En muchos casos, son funciones de dos propiedades extensivas.

DENSIDAD
Surge de relacionar la masa de un cuerpo sobre su volumen. Por definición, se conside que la densidad del agua es de 1.000 kg/m3
Utilidad                                         Densidad (1.000 kg/m3)
Agua……………………………………………………….1.000
Aceite………………………………………………………920
Planeta Tierra…………………………………………. 5.515
Aire …………………… …………………………………. 1.3
Acero……………………………………………………… 7.850

SOLUBILIDAD
Es la capacidad que tienen algunas sustancias de disolverse en otras.

DUREZA
Se define como la resistencia que opone una sustancia a ser rayada por otra. La sustancia con mayor índice de dureza raya a la de menor índice de dureza.

La escala de Mohs
Se utiliza en mineralogía y establece la dureza de un mineral de acuerdo con una tabla:
Talco: El paso de una uña basta para rayarlo
Yeso: Una uña puede rayarlo, pero con mayor dificultad
Calcita: Se la puede rayar con una moneda
Fruorita: Un cuchillo puede provocar el rayón
Apatito: Se raya con un cuchillo y algo de fuerza
Ortoclasa: Se raya con lija de acero
Cuarzo: Raya el Vidiro
Topacio: Raya el  cuarzo
Coridón: Raya el topacio
Diamante: Raya el material mas duro

PUNTO DE FUSIÓN
Vulgarmente se lo define como la temperatura en la que un sólido se vuelve líquido.

PUNTO DE EBULLICIÓN
Generalmente se lo define como la temperatura a partir de la cual una sustancia líquida se vuelve gaseosa.

CONDUCTIVIDAD
Es la capacidad de una sustancia de permitir el paso de una corriente eléctrica, del calor o del sonido, a través de sí misma, Los metales suelen ser buenos conductores eléctricos, como el cobre, muy utilizado para fabricar cables.

OTRAS PROPIEDADES
Además de las citadas, existen otras numerosas propiedades intensivas para clasificar la materia. Algunas de ellas son índice de refracción, tenacidad, viscosidad, maleabilidad, etc.

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