Las interacciones de la materia y la energía
Introducción
¡Hola!
Espero que te encuentres muy bien al iniciar esta nueva clase, te mando un cordial saludo. En esta nueva sesión analizaremos lo que es la materia y cómo se relaciona con la energía. Recordarás que la química es el estudio de la materia y sus cambios, pero antes de empezar hay que entender el concepto de materia. Nuestro cuerpo está hecho de materia, al iniciar nuestro día nuestra cama, nuestra cobija, nuestra casa, los alimentos que consumimos en el desayuno, el fuego con el que se cocina, el aire que respiramos y prácticamente todo lo que nos rodea es materia.
Además de materia, en el universo también existe la energía y continuamente están interaccionando por lo que también es necesario entender el concepto de energía. Continuamente nosotros experimentamos esta interacción, sentimos el calor que llega del Sol o de una llama, continuamente utilizamos energía eléctrica para el funcionamiento de nuestros aparatos electrónicos y electrodomésticos, Incluso sencillamente con el movimiento y la inercia que sentimos al transportarnos en un vehículo podemos percibir la interacción de todas estas energías con nuestro cuerpo.
Esperando que esta sesión sea de tu interés, damos comienzo.
Desarrollo del tema
En el universo la materia y la energía son constantes, esta es una noción la cual aparentemente es obvia pero no siempre fue así. Los descubrimientos de la conservación de la materia publicados por Lavoisier en 1789 dieron pauta al estudio de la química como la ciencia que estudia la materia bajo este principio que enuncia que ésta no se crea ni se destruye solo se transforma. Esto lo podemos ver al observar cambios químicos a nuestro alrededor, una fogata donde un trozo de madera es quemado es transformado en dióxidos de carbono, vapor de agua, cenizas y otros gases de combustión. Sí en un inicio midiéramos la masa del trozo de madera y después midiéramos la masa de las cenizas y lográramos atrapar los gases de combustión nos daríamos cuenta de que es la misma masa.
De igual forma en la primera ley de la termodinámica se establece que la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma. Normalmente podemos observar esto al observar un carro de juguete deslizarse por una pista de carreras, en lo más alto previo a ser soltado el carro no tiene velocidad, pero por su posición posee energía potencial, una vez que empieza a descender el carro adquiere velocidad ganando energía cinética y perdiendo la energía potencial que tenía en un inicio. Constantemente la materia y la energía interaccionan y están sujetas al cambio.
Te invito a acceder al siguiente enlace el cual es un simulador que nos permitirá observar a la materia y a la energía interactuando y los cambios que pueda haber en ella. Puedes acceder desde una computadora o un dispositivo móvil conectado a internet. Es muy sencillo e intuitivo para usar, te recomiendo explorar todas las opciones que ofrece ya que podemos aprender muchas cosas de él.
En la parte introductoria de este simulador podemos observar el calor el cual es una de las formas de energía que existe en el universo, éste se transfiere de un cuerpo con mayor temperatura a uno de menor temperatura, por lo que podemos deducir que la materia puede almacenar y transferir el calor, esto lo podemos ver gracias a los termómetros con los cuales podemos comparar las temperaturas. Por otro lado, el simulador nos permite observar que esta capacidad depende de la naturaleza de la materia, algunos cuerpos absorben calor a una mayor tasa y otros pueden transferirla más fácilmente. Estas son propiedades características de cada tipo de materia.
En la segunda parte del simulador podemos analizar diversos sistemas en los cuales la energía fluye y se transforma. Observarás que dependiendo de la fuente de energía se necesitará un generador el cual transformará la energía de entrada en otro tipo de energía. Es interesante observar que el sistema donde una persona pedalea la bicicleta, ésta necesita alimento para seguir moviendo el sistema, lo que nos indica que su cuerpo transforma la energía química contenida en los alimentos en energía mecánica en los músculos necesarios para pedalear.
Hoy en día es importante estudiar las fuentes de energía y buscar aquellas que resulten eficientes y que además sean amigables con el medio ambiente.
En este punto podemos definir entonces lo que es materia y energía. Materia es todo aquello que contiene masa y ocupa un lugar en el espacio. Puede existir en infinidad tipos y en diversos estados de agregación dependiendo de las condiciones en las que se encuentre, además de que su composición y estructura química le otorga, diversas propiedades. Por otro lado, la energía se define como la capacidad de hacer un trabajo, lo cual pudimos observar en el simulador cuando el sistema permitía transformar la energía en movimiento como en el ventilador o en energía luminosa.
Además de estos ejemplos sencillos de la materia y su interacción con la energía, existe una teoría en la cual nos ofrece una equivalencia que existe entre la materia y la energía. Esta teoría es conocida como la Relatividad Especial, postulada por Albert Einstein en 1905, la cual nos dice que todo cuerpo con masa posee un tipo de energía asociada, y de igual forma cualquier cosa con energía posee una masa correspondiente. Dicha teoría se expresa mediante la ecuación E=mc2. Donde E es la energía m es la masa y c es la constante de la velocidad de la luz la cual está elevada al cuadrado. Aquí podemos darnos cuenta de que incluso la masa de un solo átomo podría tener asociada una gran cantidad de energía, si consideramos lo diminuta que es esta masa. Esta teoría resultó de suma importancia y dio paso a aprovechar la energía de los átomos en aplicaciones como plantas de energía nuclear.
Conclusión
Para concluir, en esta clase virtual abordamos 2 conceptos fundamentales en el estudio de la química: la materia y la energía. Además de conocer su definición puntual es importante que analices cómo se relacionan entre ellas. Recuerda que tanto materia como energía son constantes en el universo y están sujetas al cambio.
Para la química estos son conceptos fundamentales, conocer la materia y sus propiedades es importante para entender cómo puede cambiar. Todos estos cambios que sufre la materia requieren energía por lo que también resulta necesario entenderla y entender sus cambios. Además, debes recordar que una vez que entendemos esto podemos utilizar este conocimiento y aprovecharlo de alguna forma. Te invito a analizar y reflexionar sobre otros cambios en la materia y la energía que comúnmente observas a tu alrededor.
Espero que este aprendizaje te haya resultado de utilidad y que poco a poco tengas un mayor entendimiento de la química.
Hemos llegado al final de esta clase. ¡Te felicito! Para continuar con tu aprendizaje te invito a realizar la tarea asignada. Te encuentro próximamente.
Fuentes de información
- Timberlake, K. C. (2013). Química general, orgánica y biológica. Estructuras de la vida Educación media superior. (4ª ed.). Pearson Educación. ISBN: 978-607-32-2034-7
- Chang, R. (2011). Fundamentos de química. México: McGraw-Hill.
- Burns, R. A. FUNDAMENTOS DE QUÍMICA. [VitalSource Bookshelf]. Recuperado de https://bookshelf.vitalsource.com/#/books/9786073206839/
- https://www.youtube.com/watch?v=HVbWtwQLHKk&t=65s