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LOS ESTADOS DE MAMATERIA

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Estados de agregación de la materia (Química).png

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La revolución científica iniciada en el Renacimiento por Copérnico y continuada en el siglo XVII por Galileo y
Kepler tuvo su culminación en la obra del científico británico Isaac Newton (1642-1727), a quien no cabe juzgar sino como uno de los
más grandes genios de la historia de la ciencia. Sin olv…

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Los estudiantes de la Universidad parisiense de la Sorbona, al cruzarse en los pasillos con aquella joven polaca que se había matriculado en otoño de 1891 en la Facultad de Física, se preguntaban: "¿Quién es esa muchacha de aspecto tímido y expresión obstinada que viste tan pobremente?". Todos la miraban extrañados, con una mezcla de conmiseración y desdén. Algunos sabían que se llamaba Manya Sklodowska y la denominaban "la extranjera de apellido imposible"; otros preferían llamarla simplemente "la estudiante silenciosa". Manya se sentaba siempre en primera fila, no tenía amigos y sólo se interesaba por los libros. También llamaba la atención su hermosa cabellera de color rubio ceniza, que solía llevar recogida y semioculta. Nadie sospechaba que esa joven esquiva y austera iba a convertirse un día, bajo el nombre de madame Curie, en una mujer ilustre y una gloria nacional de Francia.

Marie Curie (c. 1898)

Manya Sklodowska, que luego sería conocida como Marie Curie, nació en Varsovia el 7 de noviembre de 1867. Era la menor de los cinco hijos (cuatro mujeres y un varón) de un matrimonio dedicado a la docencia: su padre era profesor de secundaria de física y matemáticas y su madre directora de un colegio de señoritas. Su infancia estuvo marcada por la coincidencia con un implacable período de rusificación de Polonia, a causa del cual su padre hubo de abandonar el puesto de subinspector que ocupaba en un instituto; las necesidades económicas le obligaron a tomar como huéspedes a muchachos en edad escolar, a los que daba también clases particulares.

La hermana mayor de Manya falleció en 1876, víctima de una epidemia de tifus, y dos años después murió su madre a causa de una tuberculosis. En 1883, una vez finalizados sus estudios secundarios, Manya sufrió una depresión nerviosa de la que hubo de recuperarse pasando cerca de un año en el campo, en casa de unos parientes. A su regreso a Varsovia en 1884, dio clases particulares en su domicilio junto con sus hermanas y asistió a las clases de la "universidad volante" creada allí, al margen del sistema educativo ruso, por el impulso de un círculo de positivistas inspirados en las enseñanzas de Comte.

Las estrecheces familiares obligaron a Manya a empezar a trabajar como institutriz; tras un primer empleo que resultó un fracaso, el 1 de enero de 1886 entró al servicio de los Zorawski, una familia acaudalada que residía en Szczuki, al norte de Varsovia, donde Manya hubo de ocuparse de la educación de dos de las hijas. Allí tuvo ocasión de llevar a la práctica los ideales sociales nacidos el año anterior en Varsovia organizando una escuela para hijos de obreros y campesinos a la que dedicó sus horas libres, con la complacencia de los Zorawski; el resto de su tiempo lo ocupaba en el estudio de la física y las matemáticas.

Manya vivió entonces su primera relación sentimental con el mayor de los hijos Zorawski, relación que se frustró posiblemente por las diferencias sociales entre ambos; su condición nerviosa y proclive a la ansiedad soportó mal el episodio, que vino a sumarse al enorme esfuerzo desarrollado en su triple ocupación de institutriz, maestra y estudiante, haciendo todo ello que, a los veinte años, se convirtiera en una persona amargada. Cuando por fin terminó su contrato en Szczuki, en el verano de 1889, regresó a Varsovia, donde trabajó de nuevo como institutriz durante un año y reanudó sus contactos con la universidad clandestina. Un primo suyo, que había sido ayudante del químico ruso Dmitri Mendeléiev (creador de la tabla periódica de los elementos), le proporcionó la oportunidad de completar sus conocimientos de química en un pequeño laboratorio y la puso en contacto con otros investigadores que habían conocido a los grandes científicos europeos de la época.
El matrimonio Curie
En marzo de 1890 su hermana Bronia, por entonces estudiante de medicina en París, la instó a reunirse con ella; el trabajo de Manya había contribuido a financiar la carrera de Bronia y entre las dos existía un pacto de reciprocidad. Pero Manya rehusó, cayendo en uno de sus períodos de melancolía. Año y medio más tarde Bronia reiteró la oferta; como los problemas económicos de la familia se habían atenuado lo suficiente como para permitirle disponer de unos ahorros, Manya decidió finalmente aceptar. En otoño de 1891 se instaló en París, dedicándose en un principio a poner al día sus conocimientos; en 1893 consiguió la licenciatura en ciencias físicas y en 1894, ayudada por una beca, se licenció en matemáticas. Los dos primeros años en París fueron de aislamiento en el trabajo y estuvieron marcados por duras privaciones, pero tuvieron la virtud de acabar con sus problemas nerviosos.

Pierre Curie

En abril de 1894 Marie, como ya se hacía llamar, conoció a Pierre Curie. Nacido en París el 15 de mayo de 1859, Pierre Curie era el segundo hijo de un médico humanista y librepensador que había permitido que sus hijos se educaran al margen de la escolaridad tradicional. Junto con su hermano Jacques, tres años mayor que él y a quien le unió una intensa relación emocional durante la infancia y la juventud, Pierre había estudiado física en la Sorbona. Los hermanos Curie habían investigado la posibilidad de transformar la energía mecánica en energía eléctrica en los cristales, publicando en 1880 su primera comunicación sobre el fenómeno que después se conocería como piezoelectricidad; posteriormente ambos demostraron también la posibilidad del efecto contrario (deformación de un cristal por aplicación de una carga eléctrica) y diseñaron un electrómetro de cuarzo piezoeléctrico para medir las corrientes eléctricas de intensidad débil.

En 1882 Pierre fue nombrado jefe de laboratorio de la Escuela Municipal de Física y Química, institución en la que seguía trabajando cuando conoció a Marie y donde se había dedicado al estudio teórico de la simetría. En 1891 emprendió la redacción de una tesis doctoral sobre las propiedades magnéticas de diversas sustancias en función de la temperatura, tesis que presentó en marzo de 1895. Marie asistió a la lectura de la tesis y quedó impresionada; su relación con Pierre Curie duraba desde hacía ya doce meses, durante los cuales él se había mostrado más dispuesto que ella al matrimonio. Finalmente se casaron el 26 de julio de ese año; en 1897 nació su hija Irene, a la que seguiría siete años más tarde otra niña, Eva.

Foto de boda de Pierre y Marie Curie

Tras el nacimiento de su primera hija, Marie Curie se propuso realizar una tesis doctoral, hecho insólito por aquel entonces tratándose de una mujer. El descubrimiento por Wilhelm Röntgen de los rayos X en 1895 y la observación realizada en 1896 por Henri Becquerel de que las sales de uranio, aun protegidas de la luz, emitían rayos que, como los rayos X, penetraban la materia, la decidieron a investigar en su tesis la procedencia de aquella energía que el compuesto de uranio empleaba en oscurecer las emulsiones fotográficas a través incluso de protecciones metálicas. El tema poseía la ventaja de ser un terreno todavía virgen en la investigación científica.
La radiactividad
El director de Pierre Curie aceptó que Marie habilitase como laboratorio una dependencia de la Escuela Municipal de Física y Química que servía de depósito y sala de máquinas. Allí inició Marie Curie sus investigaciones, utilizando el electrómetro inventado por Pierre y su hermano para medir la intensidad de la corriente provocada por los diversos compuestos del uranio y del torio, comprobando inmediatamente que la actividad de las sales de uranio dependía solamente de la cantidad de uranio presente, con independencia de cualquier otra circunstancia.

Desde el punto de vista científico, éste fue su descubrimiento más importante, pues demostraba que la radiación no podía proceder más que del átomo propiamente dicho, con independencia de cualquier sustancia añadida o de una reacción química. Pero Marie Curie no se entretuvo en meditar sobre este resultado; extendió sus investigaciones a la pecblenda y a la calcolita encontrándose con que eran más activas que el uranio. De ello dedujo la existencia en esos minerales de otra sustancia nueva, responsable de esa mayor actividad.

Marie y Piere Curie en su laboratorio

Con la ayuda de su marido, Marie Curie procedió a tratar químicamente la pecblenda hasta obtener un producto que resultó trescientas treinta veces más activo que el uranio: en julio de 1898 el matrimonio comunicó sus resultados a la Academia de las Ciencias proponiendo el nombre de "polonio" para el nuevo elemento, cuya existencia confiaban en que fuera confirmada, y utilizando por vez primera el término "radiactivo" para describir el comportamiento de sustancias como el uranio.

Pero las investigaciones subsiguientes les hicieron pensar en la existencia todavía de otro elemento nuevo en la pecblenda; tras conseguir que el gobierno austriaco les facilitase la compra de varias toneladas de residuos del mineral procedentes de las minas de Saint Joachimsthal, dedicadas a la explotación del uranio, la existencia del elemento que llamaron "radio", anunciada en diciembre del mismo año, se vio confirmada; su peso atómico quedó establecido por Marie Curie en marzo de 1902 como igual a 225,93.

Mientras tanto, en 1900 las preocupaciones financieras del matrimonio se vieron relativamente aliviadas por el nombramiento de Pierre para una cátedra de física en la Sorbona, por iniciativa del matemático Henri Pincharé; Marie, por su parte, ocupó una plaza de profesora de física en la École Normale Supérieure de Sèvres; sin embargo, su actividad docente les robaba tiempo para sus investigaciones experimentales. Tampoco disponían de facilidades materiales para las mismas; realizadas en precarias condiciones, suponían un esfuerzo físico agotador. Éste se vio agravado por las dolencias derivadas de la exposición a la radiactividad, cuyas consecuencias ignoraban. La radiactividad les produjo lesiones visibles en las manos, y sería en último término la causante de la leucemia a consecuencia de la cual murió Marie Curie.

Irónicamente, las propiedades curativas que, en un principio, se atribuyeron a la radiactividad, contribuyeron a su fama. El reconocimiento científico llegó en 1903 con la concesión de la medalla Davy de la Royal Society y del Premio Nobel de Física, que compartieron con Becquerel. Los Curie no acudieron personalmente a recogerlo a Estocolmo debido a que su salud, en el caso de Marie, se había visto afectada además por la pérdida de un hijo nacido prematuramente.
La fama
Los efectos de la recepción del Nobel resultaron abrumadores para los Curie, que se vieron convertidos en foco de la atención pública por las expectativas despertadas por los fenómenos radiactivos. Con todo le valieron a Pierre la creación en 1904 de una cátedra específica para él, dotada de un laboratorio del que Marie se haría cargo. Ese mismo año, un industrial francés creó una fábrica destinada a la obtención del radio recurriendo a los consejos del matrimonio. Aunque nunca dispusieron de los recursos necesarios para dotarse de un laboratorio adecuado a sus necesidades, los Curie siempre se negaron a patentar la producción comercial de la sustancia.

En 1906 Pierre Curie murió trágicamente en París atropellado por un carruaje; el suceso transformó a Marie en una persona distante hasta de sus amigos (pero no de sus hijas), aunque prosiguió su trabajo y sucedió a su marido en la cátedra que sólo había podido ocupar durante año y medio, convirtiéndose de esta manera en la primera mujer de Francia que accedía a la enseñanza superior. En 1910 publicó el Tratado sobre la radiactividad y en 1911 preparó un patrón internacional del radio que depositó en la Oficina Internacional de Pesos y Medidas de París.

Ese año recibió por segunda vez el Premio Nobel, en esta ocasión de química, por el descubrimiento del radio y del polonio; era la primera vez que un científico merecía por dos veces el galardón. Parece que en la decisión de la Academia Sueca pudo influir que hubiera fracasado la candidatura de Marie Curie para la Academia de las Ciencias francesa, así como el hecho de haber sido víctima de un escándalo periodístico a propósito de su relación sentimental con Paul Langevin, físico francés que había sido discípulo de Pierre Curie.

Irene y Marie Curie en el Instituto del Radio (1921)

En la mayoría de países europeos se empezaron a crear institutos del radio, ante su plausible utilidad en la curación del cáncer. La propia Marie Curie aceptó la dirección honoraria del que se inauguró en Varsovia en 1913; en julio del siguiente año se terminó en París la construcción de un laboratorio consagrado al estudio de la radiactividad, el Instituto del Radio, por un acuerdo entre el Instituto Pasteur y la Sorbona, con una sección dedicada a la investigación médica y otra reservada a la física y la química, dirigida por Marie Curie. Durante la Primera Guerra Mundial creó, con la ayuda de donativos privados, un equipo de expertos en técnicas radiográficas y, con la colaboración de su hija Irene, puso en funcionamiento más de doscientos vehículos radiológicos; madre e hija se desplazaron hasta el frente para enseñar a los médicos los nuevos métodos y técnicas de la radiología.

En mayo de 1921 Marie Curie realizó, en compañía de sus hijas, una gira triunfal por Estados Unidos con objeto de recoger el gramo de radio (valorado por entonces en cien mil dólares) cuya adquisición había hecho posible la suscripción popular promovida por una periodista. A su regreso comenzaron a manifestarse en Marie los primeros síntomas de que padecía cataratas, y la sospecha de que las emanaciones de radio podían producir algo más que quemaduras en los dedos empezó a tomar cuerpo, pese a que la esperanza de que tuvieran un efecto permanente sobre las células cancerosas estaba entonces en su apogeo.

Curie y el físico Robert Millikan en el Congreso
de Física Nuclear de Roma (1931)

En 1922 fue invitada a formar parte de la Comisión para la Cooperación Intelectual creada por la Sociedad de Naciones, de la que ocupó la vicepresidencia. En 1925 su hija Irene Curie contrajo matrimonio con el físico francés Frédéric Joliot; ambos descubrieron en enero de 1934 la radiactividad artificial, descubrimiento por el que recibirían en 1935 el Premio Nobel de química, el tercero de los merecidos por la familia. Pocos meses después del descubrimiento, la salud de Marie Curie se deterioró definitivamente. Creyendo que se trataba de una inflamación de antiguas lesiones tuberculosas, fue conducida a un sanatorio en Sancellemoz; allí se le diagnosticó una anemia perniciosa, y falleció el 4 de julio de 1934. Su hija Irene murió asimismo de leucemia en 1956; su marido reconoció que la muerte era consecuencia de la radiación, aunque sostuvo que la afección hepática que le costaría a él mismo la vida dos años más tarde no tenía nada que ver con la radiactividad.

Cuando, durante la Primera Guerra Mundial, Marie recorrió los hospitales de campaña para ayudar a los cirujanos con las nuevas técnicas radiológicas (gracias a los rayos X podían descubrirse balas y fragmentos de metralla ocultos en los heridos), su ayuda inestimable hizo que se la empezase a llamar "Suprema Bienhechora de la Humanidad". Marie siempre rechazó estas manifestaciones, que consideraba inmerecidas: seguía siendo tan modesta y discreta como cuando sólo era una joven estudiante polaca en la Sorbona. Einstein, que la conoció una vez terminada la guerra y mantuvo con ella una fructífera relación científica, afirmó: "Madame Curie es, de todos los personajes célebres, el único al que la gloria no ha corrompido".

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Los estudiantes de la Universidad parisiense de la Sorbona, al cruzarse en los pasillos con aquella joven polaca que se había matriculado en otoño de 1891 en la Facultad de Física, se preguntaban: "¿Quién es esa muchacha de aspecto tímido y expresión obstinada que viste tan pobremente?".

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La materia es una de las primeras cosas que tenemos que aprender en las clases de ciencia en la escuela, ya que prácticamente es la base de todo. Para que puedas hacerte una idea, sin la materia no existiría nada de lo que nos rodea. Todas las cosas y los seres vivos que ocupamos un espacio y tenemos una masa, estamos compuestos por átomos, moléculas e iones, que son la materia.

Esto quiere decir que la materia existe en diversas formas, cada una con sus propias características. Existen tres estados principales en los que puede estar la materia, que son: el sólido, el líquido y el gaseoso. Sin embargo, también existen el estado de plasma y los condensados de Bose-Einstein, cuya diferencia radica en la densidad de sus partículas.

Esto puede parecer algo difícil de entender en un principio, pero no te preocupes, pues a continuación vamos a explicarlo con más tranquilidad para que puedas entender mucho mejor, al finalizar, qué es la materia en sí y sus distintas propiedades, lo que te ayudará a aprender más sobre el mundo de la ciencia y su funcionamiento.

El concepto de la materia

Al principio puede parecer un concepto un tanto difícil de comprender, pero la materia es básicamente todo lo que nos rodea, incluso aquello que no podemos ver, es decir, todo aquello que ocupe un lugar en el espacio y que tenga peso (sin importar que tan alto o bajo sea) es considerado materia.

La materia puede estar presente principalmente en tres estados, que son: líquido, gaseoso y sólido. Estas son las características centrales de la materia que hacen que varíe la forma en la que los humanos podemos percibir (si la podemos sentir, si la podemos ver sin la necesidad de equipamiento científico, etc.), utilizar y transformar (en caso de que sea posible).

Como acabamos de ver, la materia se divide en tres estados: sólido, líquido y gaseoso, pero, ¿qué más sabemos de ellos?

EL ESTADO SÓLIDO. El estado sólido de la materia es aquel donde los átomos y las moléculas están unidos entre sí, lo que hace que el volumen y la forma de este elemento sea relativamente rígido y definido. Dicho de otra forma, en el estado sólido las partículas están comprimidas, por lo que no se pueden mover mucho. Las partículas de un sólido tienen una energía cinética muy baja. Los electrones de cada átomo están en movimiento, por lo que tienen una pequeña vibración, pero se mantienen fijos en su posición gracias a su forma y volumen definidos. Las partículas de los sólidos, por su parte, están tan comprimidas que, al incrementar la presión sobre estos, no se comprimen a un volumen más pequeño.

EL ESTADO LÍQUIDO. El estado líquido de la materia es cuando los átomos y las moléculas están débilmente unidas, por lo que no es un elemento tan estático y, aunque es definido, puede cambiar su forma al fluir. Los materiales en estado líquido se caracterizan por tener una mayor energía cinética, ya que sus partículas no están retenidas en un arreglo regular, pero sí están lo suficientemente cercanas unas a otras como para mantener un volumen definido. Los líquidos, al igual que los sólidos, no pueden ser comprimidos y, debido a que las partículas tienen suficiente espacio para fluir unas alrededor de otras, no tienen una forma definida. Las partículas de los líquidos se mantienen unidas por una atracción "intramolecular" débil, esta fuerza cohesiva junta a las partículas para formar gotas o chorros.

EL ESTADO GASEOSO. El estado gaseoso se da cuando los átomos y las moléculas se mueven libremente y se separan entre sí, por lo que no hay forma ni volumen definidos. Las partículas de los materiales gaseosos tienen mucho espacio entre ellas y tienen una energía cinética muy alta. Si no se encuentran confinadas, las partículas del gas se esparcirán indefinidamente; si se encuentra confinadas, las partículas se expandirán para llenar el contenedor. Cuando un gas es puesto bajo presión, al reducir el volumen del contenedor, el espacio entre las partículas se reduce. Si el volumen se mantiene constante pero la temperatura del gas aumenta, entonces la presión se incrementa. Las partículas de gas tienen suficiente energía cinética como para superar las fuerzas intermoleculares que mantienen a los líquidos juntos, por lo que un gas no tiene un volumen o una forma definida.

→ Ejemplo: la materia que mejor sirve para ejemplificar todos estos estados es el agua. Cuando está congelada en forma de cubitos de hielo llega al estado sólido, cuando el hielo se derrite se encuentra en estado líquido, y si llevamos ese líquido a su punto de ebullición y hervimos el agua, entonces haremos que se transforme en vapor alcanzando el estado gaseoso.

La materia tiene propiedades físicas y químicas y, si bien podrían verse por separado, no hay que olvidarse de que en la realidad actúan como una misma y solo se separan para ser estudiadas en mayor profundidad con la ayuda del método científico.

La masa y el volumen son las propiedades fundamentales de la materia, y prácticamente van de la mano. Para explicarlo en palabras sencillas, te diremos que la masa es la cantidad de materia que tiene un objeto (se mide a través del peso) y el volumen es el espacio que ocupa en el universo (se mide con la ayuda del sistema métrico). Es importante que recuerdes que masa y volumen no son sinónimos, ya que hay objetos que tienen la misma masa pero no el mismo volumen y viceversa. Para que te hagas una idea, una pelota de fútbol tiene el mismo volumen que una bola de bolos, pero la masa de la bola de bolos es mayor. También puede ser que dos botellas tengan el mismo volumen, pero si una está llena de líquido entonces su masa será mayor.

Quizá ahora te surja la duda de cómo se puede estudiar la relación entre ambas, y allí es donde entra la propiedad conocida como " densidad ". La densidad es aquello que permite analizar cuál es la relación entre masa y volumen que hay en un objeto determinado, es decir, en la materia.

Otra propiedad central de la materia es la temperatura, ya que esta no depende del tamaño de la materia o de la cantidad de sustancia que tenga, sino que es algo que ya viene con el elemento (es inherente a él). En algunos casos, los cambios en la temperatura de la materia pueden hacer que la misma se transforme pasando por distintos estados (como el ejemplo del agua mencionado en el punto anterior).

Es probable que, tras leer este artículo, ya te hayas hecho una idea general de por qué es importante comprender qué es la materia, pero por si acaso, lo diremos nuevamente de manera más explícita:

→ Comprender la materia es algo fundamental porque la materia es todo lo que nos rodea., y entenderlo puede ser utilizado a nuestro favor en nuestra vida cotidiana. Si tú, cuando seas más mayor, eliges seguir el camino de la ciencia a través de la química o la física, entonces podrás expandir tus conocimientos relacionados con la materia. Esto te ayudará a medirla, a predecir cómo reacciona ante distintos tipos de cambio, etc.

→ Al comprender las propiedades químicas de la materia puedes aprender también qué elementos que se usan día a día en el hogar no se deben mezclar (como ciertos productos de limpieza). Por otra parte, al comprender los aspectos físicos también te será más fácil lograr entender que la materia pase de un estado a otro en la cocina, usando el pasaje de estados de la materia a tu favor.

Aunque no estemos todo el tiempo pensando en ello, o no lo hagamos de manera consciente, lo cierto es que pensamos en las propiedades de la materia todos los días. Cuando levantamos una piedra y nos damos cuenta de que es pesada, o cuando nos paramos a ver el color de las hojas de los árboles..., todo esto es nuestra percepción diaria de la materia.

Puedes comenzar a practicarlo desde la comodidad de tu hogar ahora mismo. Tan solo quédate sentado durante un rato y empieza a identificar la materia que te rodea. Esto también puede ser un juego divertido si estás en medio de un viaje de carretera, y puedes ponerte a pensar los distintos cambios que atravesó la materia para llegar al estado en el que se encuentra hoy (como cuando las flores florecen en primavera o cuando las hojas de los árboles cambian de color en el otoño o el agua se transforma en nieve durante el invierno). Además de interesante... ¡será muy divertido!

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ESTADOS DE LA MATERIA ® Actividades y ejercicios para niños

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La materia es una de las primeras cosas que tenemos que aprender en las clases de ciencia en la escuela, ya que prácticamente es la base de todo. Para que puedas hacerte una idea, sin la materia no existiría nada de lo que nos rodea.