GEOLOGÍA

La materia

Todas las cosas de este mundo están hechas de materia. La podemos encontrar en tres estados: sólido, líquido y gaseoso. Pero ¿qué es la materia?, ¿de qué está formada? Las unidades que constituyen la materia se denominan átomos. Cuando los átomos se unen forman una molécula. Existen en total 109 átomos o elementos químicos diferentes.

La materia en nuestro planeta

La materia es todo aquello que tiene masa e inercia y ocupa un lugar en el espacio. Todas las cosas están hechas de materia, las sólidas (como la piedra o el hierro), las líquidas (como el aceite o el mar) y las gaseosas (como el aire que respiramos).

Cada estado de la materia tiene particularidades diferentes:

Sólidos Tienen volumen y forma definidos.
Sus partículas están ordenadas y muy próximas entre sí.
Forman una estructura firme.
Líquidos Tienen un volumen fijo, pero varían su forma según su recipiente.
Sus partículas están en contacto, aunque pueden cambiar de posición.
Sus partículas se pueden mover con libertad.
Gaseosos No tienen volumen fijo.
Sus partículas están muy separadas.
Se mueven con gran facilidad y llenan todo el espacio en el que se encuentran.

La materia tiene las siguientes propiedades:

  • Forma: depende del estado en que se encuentre la materia.
  • Masa: es la cantidad de materia que posee un cuerpo. Se mide en kilogramos, aunque también se emplean sus múltiplos o submúltiplos.
  • Volumen: es el espacio que ocupa la materia. Se mide en metros cúbicos, pero también se emplean sus múltiplos o submúltiplos.
  • Densidad: relaciona la cantidad de masa de la materia y el volumen que ocupa. Así, un metal y un trozo de corcho del mismo tamaño tienen el mismo volumen, pero su masa es diferente. La densidad se mide en unidades de masa respecto a unidades de volumen.

La materia cambia

La materia puede presentar más de un estado, en el caso del agua, los tres. Así, es líquida cuando se encuentra a temperaturas entre 0 y 100ºC, sólida, en forma de hielo, cuando se encuentra por debajo de los 0ºC, o gaseosa, en forma de vapor, cuando alcanza más de 100ºC.

El calor produce cambios de estado en la materia, que se denominan progresivos (cuando absorben calor) y regresivos (cuando desprenden calor). Los cambios que pueden darse son los siguientes:

  • Sólido a líquido: fusión.
  • Sólido a gas: sublimación.
  • Líquido a gas: vaporización.
  • Líquido a sólido: solidificación.
  • Gas a líquido: condensación o licuación.
  • Gas a sólido: sublimación inversa.

Por otra parte, dentro de la materia existen sustancias que son mezclas de más de un componente. Estas mezclas pueden ser homogéneas (disoluciones) como la leche, el agua del río o la mayonesa. Sus componentes no se pueden distinguir, y presentan composición y propiedades uniformes en todas sus partes. Pueden ser también heterogéneas como el cemento, el agua con aceite o la tierra con agua. Sus componentes se aprecian a simple vista o con ayuda de un microscopio, y las propiedades pueden variar en diferentes partes de la mezcla.

A pesar de lo que parece, los componentes de las mezclas no pierden sus propiedades (debido a que su combinación es aparente), pudiendo separarse por métodos físicos sencillos.

Los átomos y los elementos

La materia está compuesta por pequeñas partículas denominadas átomos. Los átomos no son esferas indivisibles e inmutables, sino que están formados por otras partículas más diminutas que se llaman partículas subatómicas. Las más importantes son protones, neutrones y electrones. Los protones y los neutrones se ubican en el núcleo del átomo, mientras que los electrones se sitúan en la corteza del núcleo y giran a gran velocidad en los orbitales.

Cuando se unen dos o más átomos se forma una molécula. Si las sustancias están formadas por átomos de dos o más elementos diferentes en proporciones definidas, se conocen como compuestos químicos. En cambio, si los átomos de una molécula son iguales se habla de elemento químico.

Todo lo que existe en la Tierra está formado por la combinación de uno o varios de los 109 elementos que existen, desde el agua o los seres vivos hasta cualquier mineral o vegetal, y están clasificados en la llamada tabla periódica de los elementos. En esta tabla los elementos se presentan en orden creciente de masa atómica, y se distribuyen en columnas o grupos y en filas o períodos.

Cada elemento se representa por medio de un símbolo, que casi siempre es la inicial o iniciales de su nombre. Por ejemplo, O para el oxígeno o N para el nitrógeno. Otros, en cambio, llevan las letras de su nombre pero en latín, como la plata (Ag).

Los compuestos

Los compuestos son dos o más tipos de elementos diferentes unidos entre sí mediante enlaces químicos. Toda la materia está formada por sustancias compuestas (formadas por diferentes átomos) y sustancias simples (formadas por átomos iguales). Por ejemplo, el agua es un compuesto de dos elementos que son el hidrógeno (H) y el oxígeno (O), en una proporción fija del 11% de hidrógeno y 89% de oxígeno.

La unión de dos sustancias diferentes puede dar origen a una nueva sustancia. Así, si juntamos el hierro y el azufre, la unión de sus átomos da como resultado el sulfuro de hierro. ¡Y este compuesto es totalmente diferente a cualquiera de las dos sustancias que lo originaron!

Los principales grupos de compuestos inorgánicos son cuatro:

  • Ácidos. En su estructura poseen átomos de hidrógeno. Tienen sabor ácido parecido al del limón y neutralizan a las bases.
  • Bases. Poseen en su estructura el grupo funcional OH (hidroxilo). Tienen sabor amargo y neutralizan a los ácidos.
  • Sales. Se obtienen a partir de la reacción entre un ácido y un hidróxido.
  • Óxidos. Son combinaciones del oxígeno con los metales.

Propiedades de la materia

Para identificar las sustancias y determinar para qué pueden servir, hay que definir las propiedades de la materia que hacen que una sustancia y otra sean diferentes.

En la siguiente tabla se describen algunas de estas propiedades.

Maleabilidad y ductilidad La materia es dúctil cuando se puede estirar en hilos o alambres.
La materia es maleable cuando se puede extender en planchas o láminas. Se puede moldear.
Viscosidad Una sustancia viscosa es aquella que fluye o se desliza con dificultad. Por ejemplo, la miel es muy viscosa y en cambio el agua no.
Densidad Aunque dos objetos tengan el mismo tamaño no tienen por qué tener la misma masa y por eso no pesarán lo mismo. El que sea más denso pesará más porque tiene más cantidad de materia en el mismo volumen. Un trozo de hierro y otro de esponja del mismo tamaño no pesan lo mismo porque tienen diferente densidad.
Elasticidad La materia que es elástica puede deformarse y volver de nuevo a su estado original cuando cesa la fuerza que provocó la deformación. El chicle, por ejemplo, es un material muy elástico.
Conductividad La conductividad es la propiedad de conducir el calor o la electricidad. Los metales son muy buenos conductores de la electricidad, la madera no.

Las propiedades específicas de la materia son, entre otras, el color, el olor, el sabor, el estado físico, el brillo, la dureza y el punto de ebullición, esto es, la temperatura a la que hierve una sustancia.

Los materiales. El petróleo

La especie humana siempre ha aprovechado los materiales que se encontraban disponibles en la naturaleza y ha buscado sus diversas aplicaciones. La madera o el hierro, por ejemplo, son algunos de los más usados. Desde hace relativamente poco, un material se ha hecho imprescindible en nuestras vidas: el petróleo. Aunque es líquido, está considerado como una roca sedimentaria de origen orgánico. Se forma por acumulación de microorganismos marinos en cuencas de sedimentación que sufren importantes transformaciones químicas.

¿Sabías, por ejemplo, que el plástico proviene del petróleo? Son innumerables los productos que proceden del llamado "oro negro", cuyas reservas son limitadas (recurso natural no renovable), por lo que su consumo debe ser lo más racional posible para evitar que se agote. Se calcula que ya han sido descubiertas aproximadamente el 90 % de las reservas mundiales y en los últimos años están disminuyendo vertiginosamente.

Esta materia está compuesta sobre todo por hidrógeno y carbono y, por eso, también recibe el nombre de hidrocarburo. En su extracción se obtienen dos tipos básicos o principales de productos que generarán energía: el petróleo líquido, también llamado "crudo", y la fase gaseosa asociada, que es el gas natural.

Derivados del petróleo
Gasolina
Queroseno
Disolventes (para pinturas, cera, caucho...)
Asfaltos
Ceras parafínicas (para velas, cerillas...)
Polietileno (materia prima para la industria del plástico)

El reciclaje de los materiales

Las sociedades desarrolladas generan cada día un mayor volumen de residuos sólidos urbanos, cuya acumulación, tratamiento y eliminación plantea gran controversia y graves problemas medioambientales. Resulta imprescindible aplicar la estrategia de las "tres erres": reducir la cantidad de residuos, reutilizar la mayor parte y reciclar todo lo que sea posible.

Cada vez es más necesario e importante reciclar los materiales que desechamos. Muchos objetos que consideramos inservibles se pueden transformar y aprovechar para convertirse en otros perfectamente utilizables (incluso rehacer los mismos). Si nos acostumbramos a reciclar materiales preservaremos el buen funcionamiento de nuestro entorno natural. Por ejemplo, si reciclamos papel no será necesario talar tantos bosques.

¿Pero cuáles son los materiales que se pueden reciclar?

  • El papel y los productos derivados se obtienen de las fibras de celulosa que forman parte de la madera.
  • El vidrio es un material 100% reciclable, que se puede usar una y otra vez para hacer nuevos envases. Los envases de vidrio pueden ser recuperados aun cuando estén rotos o en pedazos.
  • Los envases de plástico son fácilmente recuperables en su fuente de origen. Por otro lado su gran estabilidad química explica la resistencia de sus residuos en los vertederos lo que constituye un grave problema medioambiental.
  • El aluminio es un metal que se extrae de un mineral llamado bauxita mediante un proceso eléctrico. Al reciclarlo se ahorra el 95% de la energía necesaria para producir aluminio utilizando como materia prima la bauxita.

Sensación de frío

Si nos bañamos en agua a 25ºC, tenemos sensación de frío, mientras que el aire a la misma temperatura nos da sensación de calor.

La sensación de frío tiene que ver directamente con la velocidad a la que perdemos el calor de nuestro cuerpo. El agua conduce el calor mucho mejor que el aire y hace que lo perdamos mucho más rápidamente.

Al encogernos se reduce el área de nuestro cuerpo en contacto con el exterior, lo que hace que disminuya la pérdida de calor.

El aire es peor conductor que los tejidos de los que normalmente está hecha nuestra ropa.
 

Peso y masa

La masa de un cuerpo se mide en kilogramos, mientras que su peso se mide en newtons (N) o bien en kilogramos-fuerza. El peso de un cuerpo es la fuerza con que lo atrae la Tierra, y depende de su masa. El kilogramo es, por tanto, una unidad de masa, no de peso. Pero muchos aparatos utilizados para medir pesos (básculas, por ejemplo), tienen sus escalas graduadas en kilogramos en lugar de kilogramos-fuerza. ¿Por qué no supone un problema? Porque 1 kilogramo-fuerza es el peso en la superficie de la Tierra de un objeto de 1 kilogramo de masa. Por lo tanto, una persona de 60 kilogramos de masa pesa en la superficie de la Tierra 60 kilogramos-fuerza. Sin embargo, la misma persona en la Luna pesara sólo 10 kilogramos-fuerza, aunque su masa seguirá siendo de 60 kilogramos.

 

Átomos y moléculas

La parte más pequeña de una sustancia que conserva todas sus propiedades físicas y químicas es la molécula, que puede estar formada por átomos del mismo tipo, como en el caso de los elementos, o por tomos diferentes cuando se trata de compuestos. Por ejemplo, el cloruro de sodio (NaCl) es un compuesto cuyos constituyentes son el sodio y el cloro. Una molécula de cloruro de sodio siempre estar formada por un átomo de sodio y uno de cloro, es decir, que tiene una proporción constante.

 

El oro

El oro presenta todas las propiedades generales de la materia. Entre sus propiedades particulares se aprecian la ductilidad y la maleabilidad, ya que, como ves en muchas joyas, se puede transformar en hilos y láminas. También se le atribuyen propiedades específicas, como tener color amarillo brillante, ser buen conductor del calor y hallarse en estado sólido.

 

Energías renovables

Las energías renovables son una de las alternativas al consumo de petróleo. Ante la escasez de esta materia prima y del gran impacto medioambiental que genera su extracción, su transformación y su consumo, cada vez son más las investigaciones que se realizan en este campo. Se llaman energías renovables porque se producen de forma continua y son inagotables a una escala de consumo humano. Actualmente, son cinco las energías renovables: la solar, la eólica, la hidráulica, la generada por combustión de biomasa y la geotérmica.

 

Bosques

 

A través de los siglos se han acumulado pruebas de que la intervención humana puede producir innumerables daños en la Tierra, el agua y el aire. La deforestación es una de ellas y ha afectado seriamente a los bosques del planeta.

Hace unos 10.000 años, es decir, antes del comienzo de la agricultura, los frondosos bosques se extendían sobre unos 4.200 millones de hectáreas que son aproximadamente las dos terceras partes de la superficie terrestre. Hoy, en grandes regiones de Asia, Europa y América del Norte, los bosques naturales han desaparecido y la deforestación amenaza al más extenso de los que aún existen, la selva amazónica.