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Desde partículas subatómicas trillones de veces más pequeñas que un protón hasta estrellas con un volumen 5.000 millones de veces más grandes que el del Sol, todo aquello que ocupe un espacio en el Universo está compuesto de materia.
Todo lo que vemos e incluso aquello que no podemos percibir porque nuestros sentidos no son capaces de captarlo (como las partículas de gas en nuestra atmósfera) está formado por materia. El Universo, pues, es una mezcla de materia y energía, estando ambas estrechamente ligadas.
Pero, ¿toda la materia es igual? Evidentemente, no. Dependiendo de sus características y propiedades, puede clasificarse de distintas maneras. Lo que está claro es que cualquier objeto del Cosmos imaginable entrará en alguno de los tipos de materia que veremos en el artículo de hoy.
Desde la materia que constituye a los seres vivos hasta la misteriosa y asombrosa materia oscura, hoy emprenderemos un viaje a lo largo del Universo para descubrir y analizar todos los tipos de materia que existen.
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¿Qué es exactamente la materia?
La materia es todo aquello que ocupa un lugar en el espacio, que tiene masa, peso, volumen, densidad y temperatura asociadas y que interactúa gravitatoriamente (aunque ya veremos casos extraños) con otros cuerpos materiales. Todo el Universo está compuesto de materia.
Incluso en los vacíos espaciales entre galaxias hay partículas de materia. Pero, ¿de qué está hecha la materia? Bueno, responder a esta pregunta no es tan sencillo. De hecho, hacerlo implicaría sumergirnos de lleno en el mundo de la mecánica cuántica, una rama de la física que podría resumirse en la siguiente frase, pronunciada por uno de sus fundadores: “Si crees que entiendes la mecánica cuántica, es que no entiendes la mecánica cuántica”.
Pero vamos a intentar resumirlo. Para entender qué es la materia debemos irnos a su nivel de organización más bajo (bueno, técnicamente, al segundo más bajo, para no entrar en física cuántica y no perdernos). Ahí nos encontramos con los átomos.
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Los átomos son los bloques de construcción de la materia. Sin átomos, no hay materia. Y es que absolutamente todos los objetos del Universo, si pudiéramos irnos hasta lo más pequeño, veríamos que están formados por átomos.
Y un átomo consiste básicamente en un núcleo de protones (partículas subatómicas con carga positiva) y neutrones (sin carga eléctrica) alrededor del cual orbitan los electrones (con carga negativa). No entraremos a comentar que los protones y los neutrones están formados, a su vez, por otras partículas subatómicas o que un mismo electrón puede estar en varios sitios al mismo tiempo. Basta con quedarnos con esta idea.
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Lo importante es tener en cuenta que, pese a representar solo una milésima parte del tamaño del átomo (a pesar del modelo que solemos tener en la cabeza, si ampliáramos el átomo al tamaño de un campo de fútbol, los electrones serían algo del tamaño de una cabeza de alfiler por las esquinas y el núcleo, una pelota de tenis en el centro), el núcleo alberga, gracias a los protones y neutrones, el 99,99% de la masa del átomo.
Por lo tanto, la verdadera materia de un objeto está en los núcleos de los átomos que lo conforman. Sí, es en estas pequeñas estructuras de entre 62 (en el átomo de hidrógeno, el más pequeño) hasta 596 picómetros (en el átomo de cesio) que está la materia de todo aquello que vemos. Nota: un picómetro es la billonésima parte de un metro. Imagina dividir un metro en un millón de millones de partes. Ahí tienes el tamaño de un átomo.
Ya sabemos, pues, de dónde viene la materia. Pero, ¿qué es lo que hace que adopte formas y propiedades tan distintas? Muy sencillo. Los objetos son diferentes entre ellos porque tienen átomos también distintos.
Dependiendo del número de protones en el núcleo de un átomo (el de electrones puede variar perfectamente), estaremos ante un elemento químico u otro. La tabla periódica cuenta, actualmente, con 118 elementos. Todo lo que hay en el Universo es una combinación de ellos. Es decir, lo que diferencia un átomo de carbono de uno de hierro es el número de protones en su núcleo. El carbono tiene 6 protones y el hierro, 26.
Y en función de cuántos protones tenga (en condiciones normales, el número de electrones y de neutrones es igual al de protones), el átomo interaccionará con otros de una forma concreta. Por lo tanto, es el elemento (y, por ende, el número de protones) lo que determina las propiedades de la materia.
En resumen, la materia es todo aquello con masa y volumen que ocupa un espacio en el Universo y que está formada por átomos, los cuales, en función del elemento químico en cuestión, le darán a ese objeto unas características y propiedades que determinarán sus manifestaciones macroscópicas y que, por lo tanto, nos permitirán determinar ante qué tipo de materia nos encontramos.
- Para saber más: “Las 3 partes de un átomo (y sus características)”
¿Cómo se clasifica la materia?
Tras la “breve” explicación de qué es la materia y habiendo entendido el papel del átomo a la hora de determinar no solo la masa de un objeto, sino sus propiedades, ya podemos pasar a ver los distintos tipos de materia.
Tengamos en cuenta que un cuerpo está formado por muchos, pero muchos, muchos, muchos átomos. ¿Cuántos? Bueno, digamos que en el volumen de un grano de arena podrían caber más de 2 millones de millones de átomos. Eso es el mismo número estimado de galaxias en todo el Universo. Sencillamente, increíble. Pero sin más preámbulos, entremos ya a ver cómo se clasifica la materia.
1. Materia sólida
La materia sólida es aquella compuesta por átomos que se entrelazan entre ellos formando redes estrechas. Por ello, la materia sólida se presenta dentro del espacio con una forma definida independientemente del volumen del medio donde se encuentren. Este estado de la materia se da a temperaturas bajas (el punto de solidificación dependerá del elemento), pues cuanto menor es la temperatura, más bajo es el movimiento de los átomos.
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2. Materia líquida
La materia líquida es aquella en la que, pese a que todavía exista cohesión entre los átomos, esta es mucho menor. Este estado se da a temperaturas más altas (pero depende del elemento, pues a una misma temperatura, algunos serán líquidos y otros sólidos) y la materia fluye, por lo que no poseen una forma definida y se adaptan al recipiente donde se encuentran, cosa que engloba desde un vaso de agua hasta los océanos de la Tierra.
3. Materia gaseosa
La materia gaseosa es aquella en la que, al seguir aumentando la temperatura y la energía interna de los átomos, estos pierden por completo la cohesión entre ellos. Cada partícula se mueve libremente y hay pocas interacciones. Al no haber cohesión, los gases no tienen un volumen ni mucho menos una forma definida, por lo que ya no es que se adapten al recipiente, sino que se expanden hasta ocuparlo todo. Es lo mismo que pasa con los gases de la atmósfera terrestre.
4. Materia plasmática
La materia plasmática es menos conocida que los tres estados anteriores pero sigue siendo importante. El plasma es el cuarto estado de la materia y es poco conocido porque, a pesar de que puede conseguirse artificialmente (incluso en casa, pero no daremos malas ideas), solo se encuentra de forma natural en las estrellas.
La materia plasmática es un fluido similar al gas, aunque debido a las temperaturas tan altas de las estrellas (en su superficie alcanzan entre 5.000 y 50.000 °C, pero en su núcleo llegan a más de 13.000.000 °C), las moléculas pasan a estar cargadas eléctricamente. Esto hace que tenga un aspecto y unas propiedades químicas a medio camino entre un gas y un líquido.
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5. Materia inorgánica
La materia inorgánica es todo aquel cuerpo que en su composición atómica no cuenta con átomos de carbono, pero sí con los de cualquier otro tipo. El agua, las rocas, las sales, el oxígeno, los metales, el dióxido de carbono… Esto no significa que no estén vinculadas con la vida (el agua es materia inorgánica pero es pieza clave), sino que simplemente no es producto de reacciones bioquímicas, es decir, se forma sin intervención de los seres vivos. Basta con quedarnos con la idea de que es aquella materia en la que el carbono no es el átomo central.
6. Materia orgánica
La materia orgánica, por lógica, es aquella en la que el carbono sí es el átomo central. La presencia del carbono como esqueleto de las moléculas hace que se puedan formar largas cadenas moleculares, que permiten el desarrollo de reacciones bioquímicas para el desarrollo de proteínas, hidratos de carbono, lípidos, ácidos nucleicos y, por lo tanto, todo aquello vinculado con la vida.
7. Materia simple
La materia simple es muy simple de entender, valga la redundancia. Simplemente hace referencia a aquella que está constituida por uno o muy pocos tipos de átomos. Un claro ejemplo es el diamante, que en su estructura atómica solo hay carbono.
8. Materia compuesta
La materia compuesta es, sin duda, la más común del Universo. Y es que la mayoría de objetos son (y somos) resultado de la unión de átomos de diferentes elementos. Desde las estrellas hasta nosotros mismos, estamos ante materia compuesta por átomos distintos.
9. Materia inanimada
La materia inanimada es aquella que constituye todos los objetos sin vida. Es, evidentemente, la más común del Universo. De hecho, a excepción de los seres vivos de la Tierra, hasta que no se demuestre lo contrario, los más de 10.000.000.000.000 de kilómetros de diámetro del Universo están compuestos únicamente por materia sin vida, la cual casi siempre es inorgánica, pero también puede ser de origen orgánico. De hecho, la materia del suelo (e incluso de algunos meteoritos) es de naturaleza orgánica pero no está viva, así que es inanimada.
10. Materia viviente
La materia viviente es aquella que constituye los seres vivos. Como venimos comentando, por ahora, solo está confirmado que existe en la Tierra, donde las 953.000 especies de animales, 215.000 de plantas, 43.000 de hongos, 50.000 de protozoos y 10.000 de bacterias que hemos descubierto (se cree que se han registrado ni el 1%, porque de bacterias podría haber más de mil millones de especies) están constituidas de materia viviente, la cual siempre es orgánica.
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11. Materia bariónica
Toca volver a complicar un poco más las cosas. La bariónica se define como aquella forma de materia constituida por bariones (protones y neutrones) y leptones (electrones). Que no cunda el pánico. Basta con entender que esta es la materia “normal”, en el sentido que es la que podemos ver, percibir y medir. Nosotros mismos estamos compuestos de materia bariónica. Las estrellas también. Los asteroides también.
En este sentido, la materia bariónica constituye todo aquello del Universo que podemos percibir con nuestros sentidos humanos. El problema es que, ahora que parecía menos complicado, tenemos que mencionar que la materia bariónica representa solo el 4% de la materia del Universo. ¿Y el resto? Bueno, ahora vamos a ello.
12. Materia oscura
Parece que este artículo ha derivado en una novela de ciencia ficción, pero no. La materia oscura, a pesar de este nombre claramente comercial, existe. Y está comprobado. Pero, ¿qué es exactamente? Pues muy buena pregunta, porque no lo sabemos.
Sabemos que tiene que estar ahí, porque si analizamos las interacciones gravitatorias entre estrellas o las temperaturas dentro de las galaxias, vemos que, solo con la materia bariónica, los cálculos matemáticos se derrumban. Ahí fuera (y rodeando nuestros cuerpos) tiene que haber algo.
Y este algo es una materia que no podemos ver ni percibir y, por lo tanto, tampoco detectar. Pero esta materia invisible tiene que estar, porque lo que sí que podemos hacer es medir sus efectos gravitatorios. Es decir, sabemos que hay materia con masa y que genera gravedad pero que no emite ninguna forma de radiación electromagnética, una propiedad totalmente intrínseca de la materia bariónica.
Y la cosa se hace todavía más increíble cuando descubrimos que la materia oscura, también conocida como materia no bariónica, representa el 23% de toda la materia del Universo. Recordemos que la bariónica, la que podemos ver, solo el 4%.
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13. Antimateria
Sí, las cosas siguen siendo raras. La antimateria, que no tiene nada que ver con la materia oscura, existe. Y no solo es que exista, sino que somos capaces de producirla. Eso sí, prepara dinero, pues un gramo de antimateria cuesta 62.000 millones de dólares. Es, de lejos, el material más valioso del mundo. Pero recapitulemos un poco. Nada, hasta el Big Bang. Solo 13.800 millones de años en el pasado.
En el momento del nacimiento del Universo, por cada partícula de materia bariónica que se creó (y se creó toda la que a día de hoy hay en el Cosmos. Desde entonces, no se ha creado ni una partícula más. Y nunca se creará), se creó también una antipartícula.
Pero, ¿qué es una antipartícula? Pues es igual que la partícula en cuestión pero con distinta carga eléctrica. En este sentido, por ejemplo, por cada electrón generado, se formó lo que se conoce como positrón, que tiene exactamente las mismas propiedades que el electrón pero con carga positiva.
Y, a pesar de que en los instantes posteriores el Big Bang la proporción materia - antimateria era la misma, conforme pasó el tiempo, debido a las interacciones entre ellas, la simetría se rompió y la materia le ganó la partida.
Ahora queda muy poca antimateria. De hecho, se estima que constituye solo el 1% de la materia total del Universo. Y, aunque parezca ciencia ficción, sabemos que producirla (ahora mismo es inviable) nos abriría las puertas a una revolución tecnológica sin preámbulos, pues la interacción de materia con antimateria, incluso en cantidades ínfimas, genera tanta energía que podría ser el combustible perfecto para naves espaciales.
Ahora bien, si repasamos lo que hemos visto y sumamos la cantidad de materia bariónica (4%), de materia oscura (23%) y de antimateria (1%), obtenemos un 28%, ¿verdad? ¿Y el resto? ¿Dónde está el 72% restante?
Pues, en forma de lo que, de nuevo, uno de los mayores misterios de la Astronomía: la energía oscura. De nuevo, este nombre comercial hace referencia a una forma de energía invisible que solo interacciona con la gravedad, pero con ninguna otra fuerza.
Sabemos que inunda el 72% del Universo y que es una fuerza contraria a la gravedad, es decir, que si bien esta atrae a los cuerpos, esta energía oscura los repele, es decir, los separa. Sabemos que tiene existir porque de lo contrario, sería imposible que el Universo se estuviera expandiendo aceleradamente. Si no existiera, la gravedad haría que todo se juntara. Pero está pasando justo lo contrario.
