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Átomo

El átomo es la partícula más pequeña y estable que mantiene todas las propiedades de un elemento. Es decir, la parte de materia más pequeña que puede ser medida.

Cada átomo, a su vez, posee partes más pequeñas, conocidas como partículas subatómicas. Estas incluyen protones, neutrones y electrones.

Es algo maravilloso que toda la materia ordinaria esté formada por átomos, ya que ello simplifica la tarea de explicar sus propiedades. Muchas características, desde las estructuras de los cristales a la elasticidad del caucho, se pueden explicar partiendo de como se unen átomos y cómo se mantienen unidos en grupos. La extraordinaria diversidad en el comportamiento de las sustancias orgánicas (basadas en el carbono), desde las drogas y los disolventes al ADN, tiene su origen en el enlace de solo unos pocos tipos de átomos formando moléculas de estructuras diferentes y distintas propiedades físicas y químicas.

Los Átomos son las unidades fundamentales de la teoría química: cada uno de los elementos está constituido por átomos que tienen el mismo número de protones en el núcleo y de electrones orbitando a su alrededor (el número de neutrones puede ser diferente en los distintos isotopos del elemento), y la disposición de los electrones es básicamente lo que determina el modo en que unos átomos reaccionan con otros.

Masa

Al hablar de masa nos referimos a una magnitud de tipo escalar y de uso común en la física y la química, que expresa la cantidad de materia que hay en un objeto o un cuerpo.

No debe confundirse ni con el peso, que representa la intensidad con que un cuerpo es atraído por un campo gravitatorio, ni con la cantidad de sustancia, que en química designa a la proporción de las sustancias que integran un compuesto.

En el sótano de un edificio, en las afueras de París, se encuentra un bloque de una aleación metálica (90% de platino y 10% de iridio) en una caja fuerte con la temperatura y la humedad controladas. Este bloque de metal define 1 kg de masa. ¿Pero, que es la masa? Según la segunda ley de Newton, la masa es la propiedad de un cuerpo que determina la fuerza que es necesaria para acelerarlo. Alternativamente, la masa determina la fuerza de la gravedad entre dos objetos a una determinada distancia. La primera de estas dos definiciones es la de (masa inercial), y la segunda es de la (masa gravitatoria); en su principio, Einstein demostró que las dos son la misma. Sin embargo, masa y peso son dos cosas diferentes; podemos decir (peso 76 kg), pero esto seria nuestra masa, no nuestro peso. El peso cambiaría si nos encontráramos en la Luna, pero nuestra masa permanecería invariable. En el espacio exterior, en ausencia de gravedad, si se quiere acelerar un objeto con mucha masa se necesita mas fuerza que la necesaria para acelerar uno de menos masa. Las únicas partículas que conocemos con cero masa son algunos bosones, como fotones y gluones. El neutrino tiene una masa casi nula (pero no cero); es la segunda partícula menos pesada.

Solidos

La expresión sólido es utilizada como adjetivo que se refiere a un objeto macizo, firme, denso y fuerte.

Uno de los cuatro estados de agregación de la materia, se caracteriza porque opone resistencia a cambios de forma y de volumen. Las moléculas de un sólido tienen una gran cohesión y adoptan formas bien definidas.

Los Solidos presentan generalmente el estado mas denso de la materia ordinaria, consistente en átomos fuertemente ligados y mantenidos en su lugar por enlaces químicos. Resulta difícil generalizar sobre sus propiedades si no es en términos negativos. No tienden a fluir (como los líquidos) y no se expanden (como los gases) para llenar el espacio disponible. Con frecuencia, los sólidos son fuertes y ofrecen resistencia a las fuerzas que pudieran distorsionar su forma: las rocas, los metales y las cerámicas son arquetipos de sólidos. Ademas, pueden mostrar una amplia gama de propiedades.

Sus átomos pueden estar ordenados en estructuras repetitivas, lo que les da el carácter de cristales, o estar desordenados en los sólidos amorfos como el vidrio.

Algunos sólidos son suaves y elásticos debido a que sus componentes moleculares están unidos débilmente entre si, y pueden almacenar energía cuando se desplazan. Otros son rígidos, propensos a la fractura. Algunos pueden conducir la electricidad pues contienen electrones móviles; otros son aislantes debido a que sus átomos retienen firmemente a sus electrones. No existe una definición rigurosa de solido. Algunos geles mantienen su forma incluso aunque son básicamente liquido atrapado en una red de hilos de polímero.

Los aerogeles pueden contener un 99% de espacio gaseoso, y un aerogel de sílice con vació puede llegar a tener una densidad inferior a la del aire ambiente. Algunas sustancias con una resistencia a la deformación semejante a la de los sólidos como el betún, pueden fluir lentamente.

Líquidos

Es un estado de la materia, por el cual sus moléculas se adaptan al receptáculo que las contiene, están cerca unas de otras, con algunos huecos que permiten su fluidez, ejerciendo entre ellas mutuamente fuerzas de cohesión, y tienen tendencia a nivelarse. Se hallan en estado líquido el agua, el vino, el vinagre, etcétera. Los líquidos junto a los gases, conforman los fluidos. Es un estado intermedio de agregación entre los gases y los sólidos.

Si un conjunto de átomos se enfría lo suficiente se solidifica; si se calienta lo necesario, se vaporiza. De este modo los sólidos y los gases quedan bien definidos, pero el tercer estado de la materia, el liquido, es un curioso caso intermedio, ni totalmente ordenado como un solido cristalino, ni totalmente desordenado como un gas. Las fuerzas de atracción entre átomos unen las partículas en una masa densa, pero permanecen móviles, dando a los líquidos sus estructuras fluidas y desorganizadas. A distancias de unos pocos diámetros moleculares, los líquidos tienen una cierta regularidad debida simplemente a la restricción de mantener las partículas unidas. En algunos líquidos, como el agua, en los que hay enlaces químicos débiles entre las moléculas, con una cierta disposición geométrica, este orden de corto alcance es aun mas pronunciado.

Sin embargo, a grandes distancias, no existe ninguna regularidad. Debido a que se encuentran en equilibrio entre el orden y el desorden, los líquidos son un estado de la materia difícil de entender y describir, y la teoría del estado liquido es todavía un campo en desarrollo.

Una complicación añadida es que los movimientos moleculares no son independientes, como en un gas, sino cor relacionados: el movimiento de una molécula afecta el de las moléculas vecinas. Este hecho debe adaptarse a las explicaciones de, por ejemplo, la viscosidad de los líquidos y el flujo. Los líquidos están íntimamente relacionados con los vidrios, en los que las moléculas se han hecho tan lentas que están casi inmóviles, congeladas en desorden.

Gases

Es el estado de agregación de la materia en el que las sustancias no tienen forma ni volumen propio, adoptando el de los recipientes que las contienen. Las moléculas que constituyen un gas casi no son atraídas unas por otras, por lo que se mueven en el vacío a gran velocidad y muy separadas unas de otras, explicando así las propiedades.

Gas es uno de los cuatro estados de agregación de la materia, junto con los estados sólido, líquido y plasmático. Las sustancias en estado gaseoso se denominan “gases” y se caracterizan por tener sus partículas constitutivas poco unidas entre sí, o sea, expandidas a lo largo del contenedor donde se encuentren, hasta cubrir lo más posible el espacio disponible.

Como un liquido, un gas es un estado fluido de la materia, pero como las partículas (átomos o moléculas) que lo constituyen se mueven en todas direcciones mucho mas velozmente que en un liquido, su atracción mutua tiene muy poco efecto en su comportamiento. El resultado es que el gas no forma una superficie y se expande hasta llenar el espacio disponible. Cuando las partículas gaseosas chocan con las paredes del recipiente que las contiene generan fuerza sobre ellas que se manifiesta como la presión del gas. Si se reduce el tamaño del recipiente, las partículas tienen menos espacio que recorrer y chocan con las paredes con mas frecuencia. El resultado es que el producto del volumen del gas por la presión permanece constante, una relación conocida como la ley de Boyle. La presión también puede aumentar si se incrementa la temperatura, lo que significa que las partículas se mueven mas rápidamente.

A este hecho hacen referencia las leyes de Amontons y de Gay-Lussac. El resultado de estas dos observaciones es que a presión constante, el volumen del gas aumenta o disminuye con la temperatura, lo que se define en la ley de Charles. Estas tres leyes se combinan para dar la ecuación general de los gases que establece que en los gases la presión multiplicada por el volumen y dividida por la temperatura permanece constante.

Plasma

Es un estado parecido al gas, pero compuesto por átomos ionizados, donde los electrones circulan libremente. Calentando un gas se puede obtener plasma.

El plasma es considerado el cuarto estado de la materia entre los estados: sólido, líquido y gaseoso. El plasma se puede obtener a partir de dos situaciones:

*Cuando un gas es expuesto a altas temperaturas,

*Cuando un gas es inyectado con altos voltajes de electricidad.

Cuando se calienta un gas a muy altas temperaturas o se le somete a campos electromagnéticos muy fuertes, cambia de fase y se convierte en plasma, el cuarto estado de la materia después del solido, el liquido y el gas. El sol esta formado por plasma. Cuando se forma el plasma, las uniones moleculares entre los átomos se rompen y los electrones se separan de sus átomos. Un átomo que, al disociarse, ha quedado cargado positivamente al perder electrones cargados negativamente, se convierte en un ion: esta ionización es lo que diferencia a un plasma de un gas. Un gas que no esta ionizado, esta formado por átomos y moléculas no disociadas de sus electrones, por lo que permanece electricamente neutro. Un plasma esta constituido por iones y electrones cargados eléctricamennte. aunque el conjunto del plasma sea normalmente electricamente neutro. Si se aplica un campo electromagnético a un plasma, los iones cargados positivamente y los electrones cargados negativamente se mueven en direcciones opuestas, lo que genera una corriente eléctrica. Todos los plasmas pueden conducir la electricidad y cualquier material se vuelve conductor si se encuentra en estado de plasma. Esto significa que los plasmas, al contrario de los gases, pueden ser confinados sin necesidad de paredes físicas, aplicándoles campos electromagnéticos, y que los plasmas en un campo electromagnético pueden poseer forma y estructura, sin difundirse como los gases.

Antimateria

La antimateria, como su propio nombre lo dice, es lo contrario de la materia, es decir, una materia integrada por partículas con carga eléctrica opuesta a la normal. Cuando una materia y una antimateria entran en contacto, ocasionan la destrucción de ambas, es decir que ocurriría una transformación en donde la materia se convertiría en energía.

Toda partícula tiene su antiparticula, con la misma masa, pero con valores opuestos de algunas propiedades como la carga eléctrica.

La antipartícula del electrón, cargado negativamente, es el positrón, cargado positivamente, en tanto que del protón, es el antiprotón, cargado negativamente. Incluso el neutrón tiene su antiparticula con propiedades opuestas, como su numero magnético.

Cuando una partícula se encuentra con su antipartícula se destruyen mutuamente, y su masa se convierte en energía; es el efecto de E=mc². En la física de partículas, la aniquilación mutua se utiliza en los colisionadores de electrones y positrones, o protones y antiprotones.

También se utiliza en medicina en la TEP (tomografía por emisión de positrones). A la inversa, la energía se puede materializar en materia y antimateria equilibradas, como ocurrió durante el big bang. Las leyes fundamentales no muestran preferencia por la materia o la antimateria, lo que hace que la preponderancia de la materia sobre la antimateria en el universo sea un misterio sin resolver.

Un positrón y un antiprotón forman un átomo de antihidrógeno. En principio, los antinúcleos y los antielementos pueden existir, pero hasta ahora solo se ha conseguido el antihidrógeno. No es posible utilizar antimateria para resolver los problemas energéticos del planeta, ni para fabricar bombas. En primer lugar se tendría que crear toda la antimateria, lo que requiere energía. Para conseguir un gramo de antimateria se necesitarían miles de millones de años.

Campo electromagnético

Modelo de como actúan la electricidad y el magnetismo.

El campo puede ser imaginado como un mapa de contorno físico. En la física moderna, el mapa esta {cuantizado}, constituido por diferentes partes, en las que un cambio en el campo puede ser representado como una partícula denominada fotón.

Combinación de campos de fuerza eléctricos y magnéticos invisibles. Los campos eléctricos tienen su origen en diferencias de voltaje: entre más elevado sea el voltaje, más fuerte será el campo que resulta.

Electrón

Partícula cuántica subatómica fundamental, con una carga eléctrica negativa. Los electrones ocupan confusos {orbitales} en el exterior de los átomos, y saltan entre las distintas órbitas. Cada salto causa absorción o una emisión de un fotón de luz. Los electrones son los portadores de la carga eléctrica cuando circula la corriente eléctrica.

Se trata de una partícula subatómica que rodea al Núcleo del átomo, que está compuesto por Protónes y Neutrónes. Los electrones definen las atracciones entre los átomos y generan, a través de su movimiento, Corriente eléctrica en la mayoría de los metales.

Fotón

Un fotón es una partícula elemental que, de acuerdo a los principios de la física cuántica, compone la luz. Como todas las partículas elementales, los fotones carecen de estructura interna conocida y no están formados por otras partículas menores.

Es una Partícula cuántica de luz sin masa. La luz puede ser descrita como una onda, como una partícula o como una perturbación en un campo electromagnético. Estas descripciones son distintos modelos que ayudan a entender lo que es la luz. Describirla como partícula es útil cuando se trata sobre la interacción entre la luz y la materia, y fue fundamental cuando Einstein describió el modo en que los fotones energizados arrancan electrones de los metales produciendo una corriente eléctrica. La energía de un fotón es equivalente al color de la luz.

El fotón es la partícula portadora de la fuerza electromagnética: así, cuando dos objetos interactuan eléctrica o magneticamente, los fotones que viajan entre los objetos son los portadores de la fuerza.

Masa gravitatoria

Propiedad de la materia que hace que atraiga a otra materia. Cuanto mayor es la masa gravitatoria, tanto mayor es la fuerza con la que un cuerpo atrae a otro. Su valor numérico es idéntico al de la masa inercial

La masa gravitatoria es la medida de la fuerza de atracción gravitatoria que experimenta una porción de materia básica dentro de un campo gravitatorio.

Aunque numéricamente idéntica a la masa inercial, conceptualmente difiere de esta. En el seno de la mecánica clásica resultó por mucho tiempo un misterio el por qué la masa gravitatoria era numéricamente igual a la masa inercial, de ahí que usualmente se hable simplemente de masa (sin especificar si se trata de la inercial o la gravitatoria), al ser ambas numéricamente idénticas.

Masa inercial

La masa inercial (Mi) mide la resistencia que presenta un cuerpo a cambiar su estado de movimiento cuando se aplica una fuerza. Es decir, se resiste a acelerarse, a mayor masa menor aceleración. Y esta masa podría depender de la composición química del cuerpo, de su temperatura u otra variable desconocida.

Propiedad de la materia que hace que sea difícil cambiar su estado de reposo o movimiento. Cuanto mayor es la masa inercial tanto mayor es la fuerza necesaria para empezar a moverla, o a frenar o acelerar su movimiento.

Su valor numérico es idéntico al de la masa gravitatoria.

Neutrino

Partícula elemental perteneciente a la misma familia del Electrón, carente de carga eléctrica con masa nula o muy pequeña.

Partícula cuántica fundamental, sin carga y con una masa extremadamente pequeña, que se produce en las reacciones nucleares. Se predijo su existencia en 1930 para explicar la perdida de energía durante una reacción nuclear, pero no pudo ser detectado hasta 1956, ya que tiene muy poca interacción con la materia. Su nombre significa {el pequeño neutro}.

Neutrón

Un neutrón es una partícula subatómica que forma parte del átomo (junto con el protón y el electrón). Los neutrones y los protones forman el núcleo atómico. Los neutrones no tienen carga eléctrica neta, a diferencia del protón que tiene carga eléctrica positiva.

Particula cuántica sin carga (neutra), que se encuentra normalmente en los núcleos de los átomos, y que esta constituida por tres partículas fundamentales, un quark de tipo up (arriba) dos de tipo down (abajo). Algunos átomos de un determinado elemento pueden tener un numero diferente de neutrones en su núcleo; estas variantes reciben el nombre de isotopos. Por ejemplo, el hidrógeno, que es el átomo mas sencillo, tiene normalmente un protón y ningún neutron en el núcleo, pero se presenta también en la forma denominada deuterio, cuyo núcleo contiene un protón y un neutron.

Protón

Partícula subatómica con una carga eléctrica elemental positiva y una masa 1.836 veces superior a la de un electrón.

Particula cuántica cargada positivamente que se encuentra normalmente en el núcleo de los átomos, compuesta por tres partículas fundamentales: dos quarks de tipo arriba y uno de tipo abajo. El numero de protones en el núcleo de un átomo determina el elemento de que se trata: su {numero atómico} es el de protones que contiene su núcleo. Un solo protón es el núcleo del átomo mas sencillo: el del hidrógeno.

Quark

Los quarks son las únicas partículas fundamentales que interactúan con las cuatro fuerzas fundamentales

Particula cuántica fundamental, que tiene o dos tercios de la carga de un protón o un tercio la de un electrón. Los quarks se presentan en seis {sabores}: up (arriba), down (abajo), charm (encantado), strange (extraño), top (cima), bottom (fondo). Los protones y los neutrones están constituidos por ternas de quarks, en tanto que los pares de quark-antiquark constituyen los mesones.

Segunda ley del movimiento de Newton

La Segunda Ley de Newton también conocida como Ley Fundamental de la Dinámica, es la que determina una relación proporcional entre fuerza y variación de la cantidad de movimiento o momento lineal de un cuerpo. Dicho de otra forma, la fuerza es directamente proporcional a la masa y a la aceleración de un cuerpo.

La segunda ley de Newton establece que cuando se aplica una fuerza a un objeto, éste se acelera .

Originalmente, la segunda ley del movimiento de Newton estaba formulada como que un cambio en el movimiento es proporcional a la fuerza aplicada y tiene lugar en la dirección de la aplicación de dicha fuerza, pero en la actualidad se expresa simplemente mediante la formula F=ma, en la que F es la fuerza aplicada, m, la masa del objeto al que se aplica la fuerza y a es la aceleración resultante (el ritmo de cambio de la velocidad del objeto).

Solido amorfo

El sólido amorfo es un estado sólido de la materia, en el que las partículas que conforman el sólido no poseen una estructura ordenada. Estos sólidos carecen de formas bien definidas. Esta clasificación contrasta con la de sólidos cristalinos, cuyos átomos están dispuestos de manera regular y ordenada formando redes cristalinas.

Solido en el que los átomos o moléculas no están ordenados en una estructura cristalina repetitiva. El solido amorfo mas conocido es el vidrio, aunque existen muchos otros materiales, desde los plásticos a algunos tipos de metales, que pueden ser amorfos.

Birrefrigente

El sólido amorfo es un estado sólido de la materia, en el que las partículas que conforman el sólido no poseen una estructura ordenada. Estos sólidos carecen de formas bien definidas. Esta clasificación contrasta con la de sólidos cristalinos, cuyos átomos están dispuestos de manera regular y ordenada formando redes cristalinas.

Solido en el que los átomos o moléculas no están ordenados en una estructura cristalina repetitiva. El solido amorfo mas conocido es el vidrio, aunque existen muchos otros materiales, desde los plásticos a algunos tipos de metales, que pueden ser amorfos.