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Matéria é todo aquilo que ocupa um lugar no espaço. Em física e filosofia, matéria é o termo para referir-se aos constituintes da realidade material objectiva, entendendo por objectiva que possa ser percebida da mesma forma por diversos sujeitos. Considera-se que é o que forma a parte sensível dos objectos perceptibles ou detectables por meios físicos. Isto é é todo aquilo que ocupa um lugar no espaço, se pode tocar, se pode sentir, se pode medir, etc.
Também se usa o termo para designar ao tema que compõe uma obra literária, científica, política, etc. Esta distinção dá lugar à oposição "matéria-forma", considerando que uma mesma matéria, como conteúdo ou tema, pode ser tratado, exposto, considerado, etc. de diversas formas: de estilo, de expressão, de enfoque ou ponto de vista. Usa-se também para falar de uma matéria ou disciplina no ensino.
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Conceito físico
Em física , chama-se matéria a qualquer tipo de entidade física que é parte do universo observable, tem energia associada, é capaz de interaccionar com os isto é, é mensurável e tem uma localização espaciotemporal compatível com as leis da física.
Classicamente considerava-se que a matéria tem três propriedades que juntas a caracterizam: que ocupa um lugar no espaço e que tem massa e duração no tempo.
No contexto da física moderna entende-se por matéria qualquer campo, entidade, ou descontinuidade traduzível a fenómeno perceptible que se propaga através do espaço tempo a uma velocidade igual ou inferior à da luz e à que se possa associar energia. Assim todas as formas de matéria têm associadas uma verdadeira energia mas só algumas formas de matéria têm massa.
Matéria mássica
A matéria mássica está hierarquicamente organizada em vários níveis e subniveles. A matéria mássica pode ser estudada desde os pontos de vista macroscópico e microscópico. Segundo o nível de descrição adoptado devemos adoptar descrições clássicas ou descrições cuánticas. Uma parte da matéria mássica, concretamente a que compõe os astros subenfriados e as estrelas, está constituída por moléculas , átomos, e iones. Quando as condições de temperatura o permite a matéria se encontra condensada.
Nível microscópico
O nível microscópico da matéria mássica pode entender-se como um agregado de moléculas. Estas a sua vez são agrupamentos de átomos que fazem parte do nível microscópico. A sua vez existem níveis microscópicos que permitem decompor os átomos em constituintes ainda mais elementares, que seria o seguinte nível são:
- Elétrons: partículas leptónicas com ónus eléctrico negativa.
- Protones: partículas bariónicas com ónus eléctrico positiva.
- Neutrones: partículas bariónicas sem ónus eléctrico (mas com momento magnético).
A partir de aqui há todo um conjunto de partículas subatómicas que acabam finalmente nos constituintes últimos da matéria. Assim por exemplo virtualmente os bariones do núcleo (protones e neutrones) se mantêm unidos graças a um campo escalar formado por piones (bosones de espín zero). E igualmente os protones e neutrones, sabemos que não são partículas elementares, senão que têm constituintes de menor nível que chamamos quarks (que a sua vez se mantêm unidos mediante o intercâmbio de gluones virtuais).
Nível macroscópico
Macroscópicamente, a matéria mássica apresenta-se nas condições imperantes no sistema solar, em um de quatro estados de agregación molecular: sólido, líquido, gasoso e plasma. De acordo com a teoria cinética molecular a matéria encontra-se formada por moléculas e estas se encontram animadas de movimento, o qual muda constantemente de direcção e velocidade quando chocam ou baixo o influjo de outras interacções físicas. Devido a este movimento apresentam energia cinética que tende às separar, mas também têm uma energia potencial que tende às juntar. Portanto o estado físico de uma substância pode ser:
- Sólido: se a energia cinética é menor que o potencial.
- Líquido: se a energia cinética e potencial são aproximadamente iguais.
- Gasoso: se a energia cinética é maior que o potencial.
- Plasma: se a energia cinética é tal que os elétrons têm uma energia total positiva.
Baixo certas condições pode encontrar-se matéria mássica em outros estados físicos, como o condensado de Bose-Einstein ou o condensado fermiónico.
A maneira mais adequada de definir matéria mássica é descrevendo suas qualidades:
- Apresenta dimensões, isto é, ocupa um lugar em um espaço-tempo determinado.
- Apresenta inércia: a inércia define-se como a resistência que opõe a matéria a modificar seu estado de repouso ou movimento.
- A matéria é a causa da gravidade ou gravitación, que consiste na atração que actua sempre entre objectos materiais ainda que estejam separados por grandes distâncias.
Matéria não-mássica
Uma grande parte da energia do universo corresponde a formas de matéria formada por partículas ou campos que não apresentam massa, como a luz e a radiación electromagnética, as duas formada por fotones sem massa.
Outro tipo de partículas das que não sabemos com segurança se é mássica são os neutrinos que inundam todo o universo e são responsáveis por uma parte importante de toda a energia do universo. Junto com estas partículas não mássicas, se postula a existência de outras partículas como o gravitón, o fotino e o gravitino, que seriam todas elas partículas sem massa ainda que contribuem à energia total do universo.
Distribuição de matéria no universo
Segundo os modelos físicos actuais, só aproximadamente o 5% de nosso universo está formado por matéria mássica ordinária. Supõe-se que uma parte importante desta massa seria matéria bariónica formada por bariones e elétrons, que só suporiam ao redor de 1/1850 da massa da matéria bariónica. O resto de nosso universo compor-se-ia de matéria escura (23%) e energia escura (72%).
Apesar que a matéria bariónica representa uma percentagem tão pequena, a metade dela ainda não se encontrou. Todas as estrelas, galaxias e gás observable formam menos da metade dos bariones que deveria ter. A hipótese principal sobre o resto de matéria bariónica não encontrada é que, como consequência do processo de formação de estruturas posterior ao big bang, está distribuída em filamentos gasosos de baixa densidade que formam uma rede por todo o universo e em cujos nós se encontram os diversos cúmulos de galaxias. Recentemente (maio de 2008) o telescópio XMM-Newton da agência espacial européia tem encontrado provas da existência de dita rede de filamentos.[1]
Propriedades da matéria ordinária
Propriedades gerais
Apresentam-nas os sistemas materiais básicos sem distinção e por tal motivo não permitem diferenciar uma substância de outra. Algumas das propriedades gerais dá-se-lhes o nome de extensivas, pois seu valor depende da quantidade de matéria, tal é o caso da massa, o peso, volume. Outras, as que não dependem da quantidade de matéria senão da substância de que se trate, se chamam intensivas. O exemplo paradigmático de magnitude intensiva da matéria mássica é a densidade.
Propriedades extrínsecas ou gerais
São as qualidades que nos permitem reconhecer à matéria, como a extensão, ou a inércia. São aditivas como dependem da quantidade da mostra tomada. Para medí-las definimos magnitudes, como a massa, para medir a inércia, e o volume, para medir a extensão (não é realmente uma propriedade aditiva exacta da matéria em general, senão para a cada substância em particular, porque se misturamos por exemplo 50 ml de água com 50 ml de etanol obtemos um volume de dissolução de 96 ml). Há outras propriedades gerais como a interacção, que se mede mediante a força. Todo sistema material interacciona com outros em forma gravitatoria, electromagnética ou nuclear. Também é uma propriedade geral da matéria sua estrutura corpuscular, o que justifica que a quantidade se meça para certos usos em moles .
Propriedades intrínsecas ou específicas
São as qualidades da matéria independentes da quantidade que se trate, isto é não dependem da massa. Não são aditivas e, pelo geral, resultam da composição de duas propriedades extensivas. O exemplo perfeito proporciona-o a densidade, que relaciona a massa com o volume. É o caso também do ponto de fusão, do ponto de ebullición, o coeficiente de solubilidad , o índice de refração, o módulo de Young, etc.
Propriedades químicas
São aquelas propriedades distintivas das substâncias que se observam quando reagem, isto é, quando se rompem ou se formam enlaces químicos entre os átomos, se formando com a mesma matéria substâncias novas diferentes das originais. As propriedades químicas manifestam-se nos processos químicos (reacções químicas), enquanto as propriamente chamadas propriedades físicas, manifestam-se nos processos físicos, como a mudança de estado, a deformação, a deslocação, etc.
Exemplos de propriedades químicas:
- Corrosividad de ácidos.
- Poder calorífico ou energia calórica
- Acidez
- Reactividad
Lei da conservação da matéria
Como facto científico a ideia de que a massa se conserva se remonta ao químico Lavoisier, o cientista francês considerado pai da Química moderna que mediu cuidadosamente a massa das substâncias dantes e após intervir em uma reacção química, e chegou à conclusão de que a matéria, medida pela massa, não se cria nem destrói, senão que só se transforma no curso das reacções. Suas conclusões resumem-se no seguinte enunciado: Em uma reacção química, a matéria não se cria nem se destrói, só se transforma. O mesmo princípio foi descoberto dantes por Mijaíl Lomonosov, de maneira que é às vezes citado como lei de Lomonosov-Lavoisier, mais ou menos nos seguintes termos: A massa de um sistema de substâncias é constante, com independência dos processos internos que possam lhe afectar, isto é, "A soma dos produtos, tanto faz à soma dos reactivos, se mantendo constante a massa". No entanto, tanto as teias modernas como o mejoramiento da precisão das medidas têm permitido estabelecer que a lei de Lomonosov-Lavoisier, se cumpre só aproximadamente.
A equivalencia entre massa e energia descoberta por Einstein obriga a recusar a afirmação de que a massa convencional se conserva, porque massa e energia são mutuamente convertibles. Desta maneira pode-se afirmar que a massa relativísta equivalente (o total de massa material e energia) se conserva, mas a massa em repouso pode mudar, como ocorre naqueles processos relativísticos em que uma parte da matéria se converte em fotones . A conversão em reacções nucleares de uma parte da matéria em energia radiante, com diminuição da massa em repouso; observa-se por exemplo em processos de fisión como a explosão de uma bomba atómica, ou em processos de fusão como a emissão constante de energia que realizam as estrelas.
Conceito filosófico
Desde o começo da filosofia, e em quase todas as culturas, se encontra este conceito vagamente formulado como o que permanece por embaixo das aparências cambiantes das coisas da natureza. Segundo essa ideia, todo o observable está dado em suas diversas e cambiantes aparências em um suporte ou entidade na que radica o movimento e mudança das coisas: a matéria.
Princípio único ou diversos
Uma questão filosófica importante foi se toda a matéria ou sustrato material tinha um princípio único ou tinha diversas fontes. Que dito sustrato seja um só, ou vários princípios materiais, (ar, fogo, terra e água), foi questão proposta pelos filósofos milesios; os eleatas, em mudança, questionaram a realidade do movimento e, junto com os pitagóricos, fundamentaram o ser em um princípio formal do pensamento, deixando à matéria meramente como algo indeterminado e inconsistente, um não-ser.
O atomismo
Maior trascendencia histórica tem tido a teoria atomista da antigüedad, posta de novo em vigor pelo mecanicismo racionalista no século XVII e XVIII, que supôs o suporte teórico básico para o nascimento da ciência física moderna.
Hilemorfismo
Platón e sobretudo Aristóteles elaboraram o conceito de forma, correlativo e em contraposição à matéria, dando-lhe a esta o carácter metafísico e problemático que tem tido ao longo da história do pensamento, ao mesmo tempo que tem servido como conceito que se aplica em outros contextos.
É Aristóteles quem elaborou o conceito de matéria de maneira mais completa, conquanto o aspecto metafísico ficou relegado à escolástica.
Para Aristóteles, seguindo a tradição dos milesios e Platón a característica fundamental da matéria é a receptividad da forma. A matéria pode ser todo aquilo capaz de receber uma forma. Por isso antes de mais nada a matéria é potência de ser algo, sendo o algo o determinado pela forma.
Em função deste conceito há tantas classes de matérias como classes de formas capazes de determinar a um ser. Já que o movimento consiste em uma mudança de forma da substância, o movimento explica-se em função da matéria como potência e o acto como forma de determinação da substância.
A matéria, enquanto substância e sujeito, é a possibilidade mesma do movimento. Há tantas classes de matéria quantas possíveis determinações da substância em seus pregados.
Quando as determinações são acidentais a matéria vem dada pela situação da substância em potencial com respeito a recepção de uma nova forma. Assim o estar a sentar em acto é matéria em potencial para estar de pé; o movimento consiste em passar de estar de pé em potencial, a estar de pé em acto.
O problema é a explicação da mudança substancial que se produz na geração e corrupção da substância. Aparece aqui o conceito metafísico de matéria prima, pura potência de ser que não é nada, já que não tem nenhuma forma de determinação.
A tradicional fórmula escolástica pela que se costuma definir a matéria prima dá ideia de que realmente é difícil conceber uma realidade que se corresponda com dito conceito: Não é um que (substância), nem uma qualidade, nem uma quantidade nem nenhuma outra coisa pelas quais se determina o ser. Uma definição meramente negativa que incumpre as leis mesmas da definição. Pura possibilidade de ser que não é nada.
No entanto o conceito aristotélico de matéria tem tido aplicações em diversos sentidos.
Erros comuns ao estudar a matéria
Diferença nominativa de magnitudes cuantificables
Sabemos que dentro da classificação de propriedades e magnitudes cuantificables existe o critério: propriedades físicas e químicas. No caso das propriedades físicas, estas se subdividen em escalares, vectoriais e tensoriales. Dentro das propriedades físicas temos a massa e dentro das propriedades vectoriais está o peso. Agora bem, pela tergiversación dos conceitos mesmos e pelo mau uso quotidiano das propriedades da matéria, se nomina a massa como peso, sendo estas duas propriedades diametralmente opostas. Uma é a quantidade de matéria que há em um sistema que ocupe algum volume no espaço e a segunda é a medida da força que exerce a gravidade sobre a massa mesma.
Outro erro muito comum é a atribuição de nome a señaléticas (os quais em muitos casos não corresponde). Quando em uma estrada se atribui um letreiro que diz: "Diminuir a velocidade ao entrar à cidade" ou "Velocidade máxima: 120 km/h"; todos estes são erróneos, já que a velocidade é uma magnitude vectorial e contempla nela não só o valor (módulo) ao que se desloque o móvel, senão que à direcção, sentido, ponto de aplicação e ponto de origem deste. Nesses casos, deberíaa dizer: Rapidez máxima. E por isto mesmo, o instrumento de medida dos veículos se chama em realidade rapidímetro ou oggmetro, mas jamais Velocímetro (isto é uma nominación e uso incorreto do conceito em sua correcta acepción). Se vemos como um tudo no universo se pode compreender este conceito.
Miscelánea
- O kilogramo é uma unidade da quantidade de matéria, corresponde à massa de um dm³ (1 litro) de água pura a 4 °C de temperatura. A partir desta medida, criou-se um bloco de platino e iridio da mesma massa que se denominou kilogramo padrão. Este se conserva no Escritório Internacional de Pesos e Medidas de Sèvres (França).
- A quantidade de matéria também pode ser estimada pela energia contida em uma verdadeira região do espaço, tal como sugere a fórmula E = m.c² que dá a equivalencia entre massa e energia estabelecida pela teoria da relatividad de Albert Einstein.
- "Tabela de densidades" em [kg/m3]: Osmio 22300, Ouro 19300 - Ferro 7960 - Cemento 3000 - Água 1000 - Gelo 920 - Madeira 600 a 900 - Ar 1,29.
- A temperatura é uma magnitude que indica o grau de agitación térmica de uma substância. Assim mesmo, quando duas substâncias que estão em contacto têm diferentes temperaturas se produz uma transferência de energia térmica (em forma de calor) até igualar ambas temperaturas. No momento em que se igualam as temperaturas se diz que estas duas substâncias estão em equilíbrio térmico.
- Os três elementos químicos mais abundantes no universo são H, Tenho e C; algumas de suas propriedades mais importantes são:
