MATERIA Y MASA  

 

Al cabo de un año de funcionamiento, en un reactor nuclear de 3000 Mw de potencia, se liberan 9,4·1016 julios. Eso supone que en ese tiempo 1,046 kg de masa se ha transformado en energía: Δm = ΔE/c2

 

Esta cantidad es insignificante si se compara con las 20 toneladas de uranio enriquecido que hay que recargar en ese reactor cada año. El corazón de este reactor puede contener en total 80 toneladas de uranio enriquecido.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

La Química es una ciencia que estudia las propiedades de la materia y sus transformaciones.

Hasta finales del siglo XIX había una distinción clara entre materia y radiación. A principios del siglo XX, con la mecánica cuántica y la teoría de la relatividad, todo se ha complicado un poco.

Un balón es un objeto material, está formado por materia. También el césped, la portería y el aire. Por el contrario, la luz es una forma de radiación, no es material, no está formada por materia. El sonido tampoco.

¿Qué tienen en común todos los objetos materiales?

 

TODO OBJETO MATERIAL TIENE MASA Y OCUPA VOLUMEN

En consecuencia, dos objetos materiales no pueden ocupar el mismo espacio. Si queremos colocar algo material donde ya existe materia, deberemos desalojarla antes.

INDICE

- Materia y masa

-Densidad

- Estados de agregación de la materia

-Clasificación de la materia: sustancias puras y mezclas

- Métodos de separación de mezclas

- ¿Qué es un elemento químico (versión Lavoisier)?

No es lo mismo masa que materia

La materia está formada por partículas (átomos, moléculas, ...) que tienen masa en reposo. Entre sus propiedades, además de otras, está la masa y la extensión. La materia de un sistema no se tiene por qué conservarse, además de cambiar de estado, puede sufrir transformaciones.

Hasta principios del siglo XX creíamos que la masa era una magnitud física (unidad el kilogramo) que medía la cantidad de materia que tenía un sistema. Además, sabíamos que en un sistema aislado la masa se mantenía constante. Gracias a la teoría de la relatividad restringida (1905) la situación cambió. Desde entonces sabemos que la masa de un sistema mide la cantidad de masa y energía (ambas tienen inercia) de un sistema y que en un sistema aislado se conserva la suma ambas. Solo si el sistema está a baja temperatura o se mueve a baja velocidad, podemos reducir el principio de conservación a la masa, olvidándonos de la energía (eso es lo que pasa en las reacciones químicas ordinarias, no en las reacciones nucleares).

 

¿Cómo se mide la masa?

Problema: Tenemos que definir una unidad de masa (arbitraria).

Hasta el 20 de mayo de 2019 un kilogramo era la masa que tiene el prototipo internacional de una aleación de platino e iridio que se guarda en la Oficina Internacional de Pesas y Medidas (BIPM) en Sèvres, (Francia).

Desde entonces el kilogramos es la masa de un objeto que al ser pesado en una balanza de Kibble ideal, devuelve el valor 6,62607015x10-34 Js para la constante de Planck

MÉTODO 1: Masa inercial

Aplicamos la misma fuerza al cuerpo de masa desconocida y a un cuerpo de masa conocida. Medimos las aceleraciones sufridas por ambos cuerpos. La relación entre las aceleraciones es inversamente proporcional a la relación entre las masas.

F = m· a

por tanto, m = F/a

y m1/m2 = a2/a1

Desde este punto de vista, la masa de un cuerpo es una medida de su inercia, es decir, de la resistencia que opone a cambiar su estado de movimiento (o sea, a tener aceleración). Cuanto mayor sea la masa de un cuerpo, mayor será la fuerza que hay que aplicarle para producir una determinada aceleración.

Hasta 1905 pensábamos que solo la materia tenía inercia. Sin embargo, Einstein demostró que la luz (la energía) también la tenía, de hecho un rayo de luz puede desviarse con un campo gravitatorio. Por eso, desde entonces no podemos decir que la masa de un sistema sea una medida de su cantidad de materia.

 

MÉTODO 2: Masa gravitatoria

En la práctica es más fácil comparar el peso del cuerpo de masa desconocida con el peso de un cuerpo de masa conocida. Para ello usamos la balanza. No es lo mismo masa que peso.

Pues bien, por lo que sabemos hasta hoy las masas inercial y gravitatoria son idénticas. Es lo que se denomina el principio de equivalencia débil . Ver enlace. Solo hay una masa.

¿Los gases tienen masa? ¿Los gases pesan? ¿Los gases ocupan volumen?

Si todavía tiene dudas acerca del carácter material de los gases y de que los gases pesan, mire estos vídeos:

Medida directa del peso del aire

El peso del aire de nuestra atmósfera provoca la presión atmosférica. Sus efectos pueden ser impresionantes

Por cierto, después de lo que ha visto no le será muy difícil explicar cómo funciona un BARÓMETRO de Torricelli

El peso del aire de nuestra atmósfera impide que el mercurio salga de la columna. Por término medio, la presión atmosférica es similar a la que ejerce una columna de 760 mm de mercurio.

 

 

A lo largo del siglo XX la distinción entre materia y radiación se hizo menos clara. La mecánica cuántica demostró la dualidad onda-partícula, es decir, las partículas como el electrón se pueden comportar como ondas y la luz (onda) se puede comportar como partícula (fotón). Además, la teoría de la relatividad de Einstein conduce a la famosa ecuación E = m c2. Con ella sabemos que masa y energía son intercambiables.

Hoy día sabemos que la materia está formada por partículas, pero el proceso de identificación ha sido complicado. A principios del siglo XIX se descubrieron los átomos y las moléculas. Con ellos se explican las propiedades químicas de los materiales. A principios del siglo XX se descubrieron protones, neutrones y electrones dentro de los átomos. Esto permitió entender el núcleo del átomo y los procesos en los que interviene (energía nuclear). Por último, en la década de los 60 del siglo XX se descubrió que había otro nivel de partículas: los quarks. A día de hoy se cree que no hay nada más pequeño que los quarks y los leptones (electrón y hermanos).

El modelo estándar recoge las partículas que forman toda la materia (normal o visible)

Sin embargo, esta materia (normal) que forma todo lo que conocemos, no es la única que existe en el universo. El estudio del movimiento de las galaxias ha puesto de manifiesto que la materia normal solo supone el 4 % de toda la que existe. Además de ella, hay un 21 % que denominamos materia oscura. No sabemos lo que es ni de qué partículas está formada. Nos rodea pero no interacciona con la materia normal salvo por la gravedad. El 75 % restante del universo es algo que llamamos energía oscura.