La materia es la sustancia de la que está hecha toda la materia. Es decir, los objetos que tienen masa. Más concretamente, deben tener masaen reposo, que es una forma de energía que tiene la materia incluso cuando no se mueve (no tiene energía cinética), está extremadamente fría (no tiene energía térmica), etc. La materia es una palabra que a veces se utiliza de forma variable en la vida cotidiana, mientras que la masa es un concepto y una cantidad bien definidos, al menos en física. No son lo mismo, aunque están relacionados.

La materia ordinaria está formada por pequeñas partículas llamadas átomos. Los átomos tienen espacios entre ellos y se mueven o vibran todo el tiempo. Las partículas se mueven más rápido y se separan más cuando se calientan, y lo contrario cuando se enfrían.

¿Qué entendemos por masa en reposo?

La masa en reposo (a veces llamada masa invariante) es la cantidad de materia-energía que posee un cuerpo cuando se observa en su propio sistema de referencia, es decir, sin que esté en movimiento respecto al observador. Es una propiedad intrínseca de la materia y no depende de la velocidad. En relatividad especial la masa en reposo se relaciona con la energía total por la famosa ecuación E = mc², que indica que la masa y la energía son equivalentes.

Es importante distinguir masa de peso: la masa mide cuánto "material" hay y se mantiene constante (si no cambia la cantidad de materia), mientras que el peso es una fuerza que depende de la gravedad local (por ejemplo, una persona pesa menos en la Luna que en la Tierra aunque su masa sea la misma).

Estructura básica del átomo

Un átomo es la unidad básica de la materia ordinaria. Se puede describir en términos generales así:

  • Núcleo: la parte central del átomo, muy densa, formada por protones (carga positiva) y neutrones (sin carga eléctrica). La mayor parte de la masa del átomo está concentrada en el núcleo.
  • Electrones: partículas de carga negativa que se distribuyen alrededor del núcleo en regiones llamadas orbitales. Los electrones determinan muchas propiedades químicas y eléctricas del átomo.
  • Número atómico (Z): número de protones en el núcleo; identifica el elemento químico. El número de neutrones puede variar dando lugar a isótopos del mismo elemento.

Los átomos pueden unirse entre sí formando moléculas y sólidos cristalinos o amorfos, dando lugar a la enorme variedad de materiales y sustancias que observamos.

Estados de la materia

La materia puede existir en varios estados o fases, los más comunes son:

  • Sólido: partículas fuertemente unidas, forma y volumen definidos.
  • Líquido: volumen definido pero forma que adopta el recipiente; partículas más libres que en el sólido.
  • Gas: partículas separadas y en movimiento rápido; ni forma ni volumen definidos (adopta el volumen del recipiente).
  • Plasma: gas ionizado con cargas libres (electrones y iones); ocurre a temperaturas muy altas o en descargas eléctricas.

Además existen estados exóticos como el condensado de Bose–Einstein o estados degenerados en estrellas (materia degenerada en enanas blancas o neutrones) que se dan en condiciones extremas.

Propiedades macroscópicas y químicas

La materia presenta propiedades físicas (masa, densidad, punto de fusión, conductor o aislante, etc.) y propiedades químicas (cómo reacciona con otras sustancias). Estas propiedades emergen del tipo de átomos presentes y de cómo se enlazan entre sí.

Otras clases de “materia” y límites del término

Cuando hablamos de materia ordinaria nos referimos a la que está formada por protones, neutrones y electrones. Existen además conceptos relacionados pero distintos:

  • Antimateria: compuesta por antipartículas (antiprotones, positrones, etc.). Se aniquila con la materia ordinaria liberando energía.
  • Materia oscura: una forma de materia propuesta para explicar observaciones cosmológicas (movimiento de galaxias, lentes gravitacionales). No interactúa fuertemente con la luz y su naturaleza exacta aún es desconocida.
  • Radiación o energía pura (fotones) no se considera materia en el sentido tradicional, aunque tiene energía y momento.

Conservación y transformaciones

En muchas reacciones químicas y procesos físicos la masa total de los átomos se conserva (ley de conservación de la masa en química clásica). En procesos nucleares, sin embargo, una pequeña parte de la masa puede convertirse en energía (y viceversa) de acuerdo con la relatividad. A escalas macroscópicas y cotidianas la masa parece conservarse estrictamente.

Resumen práctico

La materia es lo que constituye los objetos: tiene masa (en reposo), ocupa espacio y está formada por átomos y sus enlaces. Sus propiedades dependen de la estructura atómica y de las interacciones entre partículas. Diferenciar masa de peso y comprender los distintos estados y tipos de materia ayuda a explicar fenómenos desde la química cotidiana hasta la física de estrellas y el universo.