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QUE ES LA MATERIA?

La naturaleza nos muestra una multitud de objetos distintos formados por diferentes materiales y, a la vez, vemos la desintegración de muchos de estos cuerpos: las montañas sufren la erosión del viento y del agua, que convierten en polvo lo que fueron inmensas piedras, la materia orgánica que forma a los seres vivos se degrada en componentes microscópicos por la acción de bacterias y otros organismos. ¿Hasta qué punto puede llegar en la desintegración de un objeto material?

Si tomamos una hoja de papel y la rompemos una y otra vez obteniendo en cada corte trozos más y más pequeños, ¿hasta dónde podrá continuar el proceso? Esta pregunta la formularon los griegos (y probablemente también otras civilizaciones) hace muchos siglos. Algunos, como Aristóteles, creían que el proceso de división de algo material era infinito, o dicho de otro modo: afirmaban que la materia es continua. El espacio entre los astros estaría ocupado por la materia más sutil y perfecta: el éter.

Aristóteles afirmaba que el espacio está completamente lleno de sustancia y, por consiguiente, que el vacío no existe.

Por otro lado, Demócrito, que nació algunos años antes que Aristóteles, postulaba que al dividir un cuerpo material se podría llegar (con instrumentos con los que él no contaba) a obtener una porción mínima de materia que ya no sería divisible. A esta partícula la llamó átomo (palabra que en griego significa precisamente “no divisible”) y a su postura se la llama atomismo. Ciertamente, estas conjeturas no estaban respaldadas por ningún tipo de experimentación y se debatían sólo en el ámbito del pensamiento abstracto al que los griegos eran tan proclives.

Demócrito afirmaba que “lo único que existe son los átomos y el vacío”.

En todos los tiempos, para los que creían en la existencia del átomo fue una cuestión fundamental estimar cual sería, aproximadamente, su tamaño. Los antiguos ya habían notado que con una pequeñísima cantidad de tintura podía teñirse una inmensa cantidad de agua. Esto les daba la pauta del increíble número de átomos presentes en una pequeña porción de materia Pero hubo que esperar hasta el siglo XVIII para obtener números que aproximaran un orden de magnitud para el tamaño del átomo. Hubo varias experiencias similares, entre ellas, la de Benjamín Franklin (1706-1790), quien en 1773 notó que una cucharada de aceite (unos 4 cm3 de volumen) derramada sobre la superficie tranquila de un lago se extendía abarcando un área de 2.000 m². A partir de esto dedujo que el tamaño de la molécula de agua no podía superar el valor:

4cm³/2.000m² 2.1O-⁷ cm

El valor promedio que actualmente se acepta para el tamaño del átomo es 10-⁸ cm.

A lo largo de la historia, el atomismo pasó por largas etapas de olvido y resurgió con fuerza en otros momentos. Inicialmente, mientras las ideas de Aristóteles marcaban el camino del conocimiento, el concepto de átomo fue dejado de lado. Pero a medida que la Física y la Química se fueron afirmando como ciencias, la existencia del átomo salió del ámbito de la especulación filosófica y surgió como necesaria a partir de la investigación de la materia, pero con características diferentes de las que Demócrito le había asignado. El átomo, tal como se lo conoce en la actualidad, ya no es una microscópica esferita sólida, indivisible, eterna e inmutable, sino que tiene una estructura interna cuya complejidad aún no termina de desentrañarse.

De todas maneras, todavía a principios del siglo XX la teoría atómica estaba en discusión y eminentes científicos (entre ellos, el Premio Nobel de Química Wilhelm Ostwald consideraban al átomo como una ficción muy poderosa, pues explicaba muchos de los comportamientos macroscópicos de la materia, a la cual no podían dar crédito.

Ver: El Átomo

Los primeros elementos:Tierra, Aire, Agua y Fuego

Una cuestión que sigue lógicamente a la postulación de la existencia de los átomos es la siguiente: ¿Existe un solo tipo de átomos que forman, según su disposición, todas las sustancias conocidas, o existen muchas variedades diferentes? Y si hay muchas variedades, ¿cuántas son? ¿Y en qué se diferencian los distintos átomos?

Así como la enorme cantidad de palabras de un idioma se arma a partir de unas pocas decenas de letras, todos los objetos que podemos conocer ¿estarán formados a partir de unos pocos constituyentes elementales?

Si prendemos fuego a un trozo de leña verde veremos que, a medida que la combustión avanza, el liquido (savia) en su interior burbujea, emanan vapores y, finalmente, cuando el fuego se extingue, sólo queda un polvo oscuro. Probablemente fue basándose en observaciones de este tipo que muchas de las civilizaciones antiguas, entre las cuales surgió la pregunta por los constituyentes elementales de la materia, llegaron a una respuesta similar: todos los cuerpos están compuestos por sólo cuatro constituyentes elementales: agua, aire, tierra y fuego. De acuerdo con esta concepción, las distintas sustancias que existen se diferencian según la proporción en que está presente cada elemento.

Algunos asociaban distintas formas y tamaños con los átomos de cada elemento: por ejemplo, los átomos de agua serían esferitas perfectas que les permitirían deslizarse unas sobre otras, mientras que los de tierra tendrían formas irregulares que los ayudarían trabarse entre sí dando más rigidez a la sustancia de la que participaran.

Aristóteles, en particular, adhería a esta teoría, pero agregaba un quinto elemento o quinta esencia: el éter, que formaba la esfera celeste.

Es interesante notar que existe un paralelismo entre los cuatro elementos y las formas en que la materia puede presentarse:

Fuego ~- Energía

El concepto de estos cuatro elementos primordiales fue mantenido durante siglos. Los egipcios y los árabes experimentaban y manipulaban sustancias en busca de combinaciones útiles para ramas tan diversas como la Medicina, los cosméticos, la metalurgia o el embalsamamiento.

En Europa, durante la Edad Media, los alquimistas fueron los herederos de esta tradición. La idea básica que manejaban era la de la transmutación. Esto implicaba la alteración de las proporciones de los cuatro elementos fundamentales presentes en una sustancia para obtener otra diferente.

Si bien la Alquimia, con su dosis de magia y sus métodos primitivos, estaba muy lejos de poder lograr su objetivo, permitió la producción y el reconocimiento de muchas nuevas sustancias (arsénico, cinc, bismuto, fósforo; los ácidos sulfúrico, nítrico y clorhídrico; las sales carbonato de sodio, sulfato de amonio y sulfato de sodio; etc.) y sentó las bases de lo que sería más tarde la experimentación química. Por otro lado, la idea de transmutar una sustancia en otra no era disparatada, y siglos más tarde los científicos modernos pudieron llevarla a cabo en sus laboratorios.