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:
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.
|
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.
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.
- 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
Energía
La energía es una cualidad de los cuerpos que les permite transformarse o
producir cambios en otros cuerpos. La energía puede manifestarse de muchas
formas: mediante luz, calor y movimiento. Las variaciones de los estados
físicos y químicos de cada cuerpo determinan cómo se manifiesta la energía. No
obstante, sea cual sea la forma que adopte (eléctrica, magnética...), siempre
se cumple el principio de conservación de la energía, que afirma que ésta ni se
crea ni se destruye, sino que se transforma.
En muchas ocasiones los cuerpos adquieren energía mediante fuerzas que
ocasionan desplazamientos. Esta forma de comunicar energía a los cuerpos se
denomina trabajo. Así, cuando la energía que posee un cuerpo se manifiesta a
través del trabajo, midiéndolo podremos saber la cantidad de energía que
contiene ese cuerpo. Este principio funciona también en sentido contrario: si
hemos realizado un trabajo sobre un cuerpo proporcionándole energía, al medirlo
sabremos la cantidad de energía que permanece de forma latente en el cuerpo.
Por todas estas razones, la energía y el trabajo se miden con las mismas
unidades.
La energía se transforma adoptando diversas formas, aunque la cantidad
total se conserva. En cualquier transformación parte de la energía se
transfiere al entorno en forma de energía térmica. Esta energía térmica, al ser
menos aprovechable, se considera energía degradada. Una bombilla doméstica como
la de la ilustración consume 100 julios de energía eléctrica, que se
transforman en 15 julios de energía luminosa y 85 julios de energía térmica.
Las
principales unidades de medida relacionadas con la energía son:
- En el sistema internacional de unidades, la unidad de trabajo y de energía es el julio.
- En física nuclear se utiliza como unidad el electronvoltio.
- La potencia es el trabajo que realiza un sistema en una unidad de tiempo. Su unidad en el sistema internacional es el vatio.
- Para la energía eléctrica empleamos como unidad de producción el kilovatio/hora.
El Sol es la fuente de casi toda la energía que se encuentra en nuestro
planeta. Es el responsable de los vientos, de la evaporación de las aguas
superficiales y de la formación de las nubes y las lluvias. Su calor y su luz
son la base fundamental de numerosas reacciones químicas indispensables para el
desarrollo de organismos unicelulares vegetales y animales, tanto de los
actuales como de los que, con el paso de los siglos, dieron origen a los
combustibles fósiles que utilizamos ahora.
El principio de conservación de la energía establece que ésta no se crea ni
se destruye, solamente se transforma. El funcionamiento del medio natural
implica la transformación y transferencia de la energía de unos seres vivos a
otros. Los vegetales transforman la energía solar en energía química, que se
acumula en sus células. Los animales herbívoros obtienen con el alimento de
origen vegetal la energía química que almacenan en sus propias moléculas, y que
será posteriormente transferida a los animales carnívoros. Esto significa que,
para obtener energía, tenemos que tomarla de algún cuerpo que la tenga
almacenada de manera que nos permita transformarla. A estos cuerpos se les
llama fuentes de energía.
La Tierra posee una gran cantidad de energía, almacenada en distintas
fuentes energéticas. Entre ellas podemos destacar el carbón, el petróleo, el
gas natural, el uranio, el viento, el sol y el agua.
Las fuentes de
energía se pueden clasificar en función de distintos criterios:
- Según su renovabilidad.
- Según su utilización.
Las fuentes de energía renovables son aquellas que, en teoría, no se
agotarán nunca. Las más importantes son las procedentes del sol, del viento,
del agua, de las mareas y de la biomasa.
Las fuentes de energía no renovables existen en cantidad limitada. Una vez
agotadas las reservas del planeta, tardarán mucho en regenerarse; por eso hay
que usarlas con prudencia. Las más comunes son: el carbón, el petróleo, el gas
natural y la energía nuclear.
Según su utilización, se distingue entre fuentes de energía primaria y
secundaria. Las primarias son las que se obtienen directamente de la
naturaleza. Entre ellas estarían el carbón, el petróleo o el gas natural. Las
secundarias, llamadas también útiles o finales, se obtienen a partir de las
primarias mediante técnicas de transformación. La electricidad o los combustibles
son dos buenos ejemplos.
Los tipos de
energía que usamos con mayor frecuencia son:
- Hidráulica. Se obtiene a partir del agua de los ríos. El agua se almacena en un embalse, y se deja caer desde gran altura sobre una turbina que al girar produce electricidad. Los mejores lugares para conseguirla son los saltos de agua de las presas.
- Solar. Se genera en el Sol por un proceso de fusión nuclear y llega a la Tierra en forma de radiación electromagnética. El sol es una fuente inagotable que se aprovecha para producir energía térmica o electricidad.
- Eólica. Es la energía generada por el viento. Fue una de las primeras que utilizó el ser humano, y hoy se emplea para el funcionamiento de molinos industriales, bombas y pequeñas dinamos.
- Biomásica. Se obtiene de los compuestos orgánicos formados por procesos naturales. Por ejemplo, el biogás procedente de la fermentación de residuos o el alcohol obtenido por transformación de azúcares, son fuentes de energía biomásica.
- Geotérmica. Es la energía que encierra la Tierra en forma de calor. El hombre la utiliza desde tiempos remotos. Para su obtención, se inyecta agua en el subsuelo de zonas donde el calor interno sea elevado. Al calentarse, el agua se transforma en vapor, que se utiliza para generar electricidad.
- Maremotriz. Se aprovechan las mareas para generar electricidad.
- Procedente de la combustión de carbón. El carbón es un combustible fósil, resultado final de una serie de transformaciones de restos vegetales que se acumularon durante el periodo Carbonífero de la Era Primaria. Existen cuatro tipos de carbón: antracita, hulla, lignito y turba.
- Procedente de la combustión de petróleo. El petróleo es otro combustible fósil, líquido, de color muy oscuro, formado por una mezcla de hidrocarburos acompañada de azufre, oxígeno y nitrógeno en cantidades variables.
- Procedente de la combustión de gas natural. El gas natural es una combinación de sustancias gaseosas combustibles: metano, etano, propano, butano, nitrógeno, dióxido de carbono, sulfuro de hidrógeno, helio y argón.
La energía nuclear, o energía atómica, se debe a dos fenómenos que producen
la transformación de unos átomos en otros: la fisión nuclear y la fusión nuclear.
En la fisión nuclear, un núcleo pesado es bombardeado con neutrones hasta
que se descompone en dos núcleos, siendo uno de ellos el doble de grande que el
otro. Durante esta reacción se desprende gran cantidad de energía y se emiten
dos o tres neutrones que, a su vez, pueden ocasionar más fisiones. Este efecto
multiplicador se conoce con el nombre de reacción en cadena.
La fusión nuclear es la reacción opuesta. Dos núcleos muy ligeros se unen
para formar un núcleo más pesado y estable, proceso en el que se libera gran
cantidad de energía, superior a la liberada en un proceso de fisión. La
necesidad de alcanzar altas temperaturas dificulta que la reacción se lleve a
cabo con la tecnología actual.
Fisión Nuclear
La energía nuclear es potencialmente peligrosa. Esto significa que, si no
se adoptan precauciones adecuadas, las radiaciones ionizantes que se desprenden
en los procesos nucleares pueden perjudicarnos.
Ahora bien, la ciencia y la técnica han puesto en nuestras manos medios
suficientes para que estos daños no se produzcan. Para ello, existe una
reglamentación exhaustiva referente a la seguridad en las centrales nucleares.
Pero por muy seguras que sean, las centrales nucleares producen unos residuos
altamente tóxicos, que pueden convertirse en un grave problema medioambiental,
ya que permanecen activos durante miles de años.
El consumo de energía es un índice que mide el desarrollo económico e
industrial de los núcleos de población.
Aunque nuestras reservas de recursos energéticos son relativamente
abundantes, no durarán indefinidamente. Desde el punto de vista económico, son
bienes escasos y su producción es cara, por lo que es necesario evitar
cualquier despilfarro. Esto significa que hay que evitar que se pierda energía
durante su extracción, manipulación y transporte, y que debemos aprovecharla al
máximo a través del ahorro individual y colectivo.
Para que los consumidores no derrochen energía, a menudo se establecen
medidas de penalización de carácter económico. De esta forma se intenta
retrasar al máximo el agotamiento de los recursos no renovables. Aunque las
instituciones públicas y privadas deben propiciar el ahorro energético, es
necesario ahorrar energía en nuestro entorno doméstico y laboral, y lograr
hábitos en nuestra vida cotidiana que contribuyan a su uso racional.
En nuestra comunidad el consumo final de energía (energía empleada en los
sectores consumidores finales excluyendo la empleada en la generación
eléctrica) alcanzó, en el año 2001, los 5.042 miles de toneladas equivalentes
de petróleo (ktep). Este consumo se reparte territorialmente entre Bizkaia (46%),
Gipuzkoa (37%) y Álava (17%)
Fuente
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Unidades en ktep
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Carbón y derivados
|
45
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Derivados del petróleo
|
2.056
|
Gas natural
|
1.050
|
Energías derivadas
|
16
|
Energías renovables
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263
|
Energía eléctrica
|
1.279
|
https://www.hiru.eus/es/geologia/la-materia
Agencia
Internacional de la Energía - World Energy Outlook 2003.
https://www.hiru.eus/es/geologia/la-energia
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