Materia.

MATERIA Y ESPECIES MATERIALES.

Todos los cuerpos que nos rodean, sean vivientes o no vivientes son materiales, es decir, el espacio que ocupan, espacio dado por su volumen, es llenado por la materia. Dicho de otro modo, la materia es el constituyente universal de todos los cuerpos. Además de ocupar un volumen la materia tiene otras propiedades, tales como, masa, energía, presión, temperatura, densidad, etc. 
Debe admitirse, sin embargo, la existencia de una enorme variedad de especies materiales diferentes, dadas las diferencias en propiedades, estructura y composición química que se observa en la gran variedad de cuerpos existentes. Los diferentes cuerpos, por lo general, deben ser mezclas de diferentes especies materiales, identificables por medio del
análisis químico. Dichas especies materiales son las sustancias químicas. Por ejemplos, el nitrógeno, el oxígeno, el argón, el dióxido de carbono, el agua (vapor), etc. son substancias químicas que se encuentran mezcladas en el aire. Una de las preocupaciones de los químicos es la de conocer la composición química de los cuerpos, así como, la composición, estructura y propiedades de todas las sustancias químicas, pues de tales conocimientos dependerá su aprovechamiento. La composición y estructura de las sustancias químicas se investiga, en la actualidad, empleando técnicas físico-químicas de análisis.

MATERIA Y SU ESTRUCTURA.

El comportamiento que presenta la materia, en general, se explica postulando que tiene una estructura discontinua, discreta; es decir, una estructura constituida por aglomeraciones de muchísimas partículas materiales muy pequeñísimas. Entre las partículas químicamente distinguibles se tendrían los átomos, las moléculas y los iones. Las moléculas y los iones estarían constituidos también por átomos y los átomos, a su vez, por partículas aún más pequeñas, indistinguibles químicamente: protones, neutrones y electrones, considerando la estructura más simple. Las moléculas son las
partículas constituyentes de las sustancias moleculares (agua, sacarosa, glucosa, etc.) y los iones, las partículas constituyentes de las sustancias iónicas, tales como, las sales por ejemplo.
Los átomos son partículas con una estructura muy compleja con un núcleo central muy pequeño y una corteza exterior a gran distancia. El núcleo contiene un número Z de protones y un número N de neutrones. La suma de protones y neutrones se llama número másico A, o sea A = Z + N. En la corteza se ubican, también, Z electrones. El número Z se llama Número atómico y es el que identifica químicamente al átomo. 
Los protones tienen una carga eléctrica positiva igual a la carga elemental e, la que aproximadamente es igual a 1.602 189 x 10 elevado -19 C. El núcleo atómico entonces tiene una carga eléctrica igual a Ze. Los electrones extranucleares tienen la misma carga eléctrica e, pero negativa. Por lo tanto, la carga eléctrica de la corteza es -Ze, y la del átomo será: Ze - Ze = 0, pues en el átomo neutro el número de protones es igual al número de electrones.Si el número de electrones es mayor o menor que Z, el átomo tendrá una carga eléctrica negativa o positiva respectivamente. Todo átomo cargado de electricidad es un ión. Los iones positivamente cargados se llaman cationes y los negativamente cargados, aniones.
Por ejemplo, para el átomo de Magnesio, Z = 12. Tiene 12 protones y 12 electrones. Si pierde dos electrones de la corteza quedaría con una carga positiva igual a 2e, pues 

12 e - 10 e = 2 e       ión Mg(2+)

Para el átomo de cloro, Z = 17. Tiene 17 protones y 17 electrones. Si gana un electrón quedaría con una carga negativa igual a -e, pues

17 e - 18 e = - e      ión Cl(-)

En general, la carga de un ión es ± z e. El número z se llama número de carga del ión.
Por otra parte, la masa de un electrón es alrededor de 1837 veces menor que la masa del protón o la del neutrón, por lo tanto prácticamente toda la masa del átomo se halla concentrada en el núcleo atómico.

CANTIDAD DE MATERIA O CANTIDAD DE PARTÍCULAS.

La cantidad de materia contenida en un cuerpo, o mejor dicho, la cantidad de partículas contenida en una porción de materia se expresa en moles, del mismo modo como la cantidad de manzanas que hay en una canasta, por ejemplo, se expresa en docenas. El mol y la docena son unidades de cantidad de elementos de un conjunto; sólo difieren en el número utilizado en su definición. La docena utiliza el número 12, en cambio, el mol, el número 602 mil trillones aproximadamente. Así por ejemplo, si un vaso con agua contiene 5 x 602 mil trillones de moléculas de agua, se dice que contiene 5 moles de moléculas de agua; del mismo modo que si una canasta contiene 5 x 12 manzanas, se dice que contiene 5 docenas de manzanas.

1 docena de manzanas contiene 12 manzanas

1 mol de partículas contiene 602 mil trillones de partículas

El uso de un número tan grande para definir el mol, se justifica por el hecho de que ordinariamente se opera con montones de partículas que contienen grandes cantidades de ellas por ser demasiado pequeñísimas. Así por ejemplo, sólo en 18 gramos de agua se tienen, aproximadamente, 602 mil trillones de moléculas de agua (1 mol de moléculas de agua).
Para apreciar lo extremadamente grande que es este número (y con ello la extremada pequeñez de las partículas constitutivas de la materia) imaginar un granero que contiene 600 mil trillones (6 x 10 elevado 23) de granos de trigo y que para vaciarlo se utiliza una máquina extractora que extrae mil millones (1 x 10 elevado 9) de granos en cada segundo. Calcular el tiempo que demoraría esta máquina en vaciar totalmente el granero, trabajando ininterrumpidamente, sin parar. Respuesta: aproximadamente 19 millones de años.
Conviene señalar que no hay que confundir la cantidad de materia que tiene un cuerpo (cantidad que se expresa en moles, milimoles, kilomoles, etc.) con la masa que tiene (masa que se expresa en gramos, miligramos, kilogramos, etc.), pues se trata de magnitudes físicas diferentes. No es correcto, por lo tanto, definir masa como la cantidad de materia de un cuerpo; una confusión que debe evitarse.
Considerando las distancias que separan las partículas materiales constituyentes de un cuerpo, distancias que dependen de la temperatura y de la presión, la materia puede presentarse en varios estados de agregación a la temperatura y presión ordinarias: los estados sólido, líquido y gaseoso. En el estado sólido las partículas constituyentes se encuentran tan aglomeradas que no pueden desplazarse entre sí; pero vibran en torno a sus posiciones de equilibrio. En el estado líquido las partículas constituyentes se encuentran más distanciadas entre sí y gozan de cierto grado de desplazamiento a través de los espacios que las separan. En el estado gaseoso las partículas constituyentes se encuentran muy separadas entre sí y pueden desplazarse libre y rápidamente en todas direcciones.