Propiedades de la Materia, Energía, Seres Vivos y su Clasificación: Una Mirada Integral a la Biología

Propiedades de la Materia

Hay propiedades de la materia que pueden medirse, como la masa, el volumen, etc., y por eso se llaman magnitudes. Pero también existen propiedades que no pueden medirse como el olor, el sabor y el color; se las reconoce como propiedades organolépticas y no son magnitudes.

• Solubilidad:
  • Solvente: material en mayor proporción que disuelve al soluto.
  • Soluto: material en menor proporción que es disuelto por el solvente.
  • Solución: conjunto formado por el soluto y el solvente.
• Conductividad eléctrica: medida de la capacidad de un material para conducir la corriente eléctrica. Se los puede clasificar en:
  • Material conductor: dejan pasar libremente la corriente eléctrica (ej.: oro, plata, cobre). Casi todos los metales.
  • Semiconductores: dejan pasar la corriente en un solo sentido (ej.: cristal de silicio).
  • Aislantes: dificultan el paso de la corriente eléctrica (ej.: plástico, mica, vidrio, goma y cerámica).
• Conductividad térmica: capacidad de los materiales para conducir el calor a través de ellos.
  • Conductores térmicos: son los materiales que dejan pasar el calor con facilidad (ej.: metales).
  • Aislantes térmicos: dificultan el paso del calor a través de ellos (ej.: porcelana y cerámica).
• Brillo: depende de cómo sea la superficie. Cuanto más pulida, más brilla (ya que los rayos de luz se reflejan de forma paralela y en superficies rugosas los rayos se reflejan de forma dispersa).
• Maleabilidad: capacidad de un material para formar láminas (ej.: metales).
• Dureza: resistencia de un material a ser rayado.

Modelo de Partículas y Sustancias Puras

Cada material tiene partículas, estas se atraen entre sí. Esta fuerza de atracción puede ser fuerte o débil, pueden estar más cerca o alejadas, se acomodan de distintas formas, se mueven con mayor o menor rapidez o vibran.

Sustancias puras: sustancia (ej.: el agua). Una sustancia pura es una clase de materia constituida por partículas iguales entre sí. La materia que forma los cuerpos está constituida por uno o más materiales, a su vez, un material está constituido por una o más sustancias.

• Inorgánicas: dan origen a los minerales (ej.: agua, oro, diamante y dióxido de carbono).
• Orgánicas: proteínas, hidratos de carbono, lípidos, vitaminas, aceites. Elaboradas por el ser humano.

Moléculas, Átomos y Elementos

Cada partícula (igual que constituye una sustancia determinada) recibe el nombre de molécula (porciones de materia más pequeñas que conservan las características de la sustancia). Los átomos son partículas aún más pequeñas que las moléculas. Cada clase de átomo constituye un elemento químico (ej.: hidrógeno, oxígeno, oro, plata, calcio, carbono y nitrógeno). Los átomos se unen para formar moléculas. Teniendo en cuenta cómo está formada la molécula, se clasifica como sustancia simple (formadas por átomos iguales, como el oxígeno del aire) o compuesta (formadas por dos átomos diferentes).

Separación de Mezclas

Separación de Soluciones

Para separar los componentes de una solución se emplean métodos de fraccionamiento:

• Destilación simple: se utiliza para separar una solución formada por dos líquidos cuyos puntos de ebullición tienen al menos 60°C de diferencia. Para realizar la destilación simple se usa el siguiente dispositivo: el destilador (consiste en calentar la solución hasta que un componente de menor ebullición pase al estado gaseoso, pasa por el refrigerante hasta llegar en estado líquido al Erlenmeyer).
• Evaporación: sirve para separar un sólido disuelto en un líquido (queriendo obtener el soluto y no el solvente). Se coloca la solución en un vaso de precipitados sobre la tela de amianto y el trípode y se enciende el mechero.

Separación de Mezclas Heterogéneas

• Tamización: se usa para separar mezclas de sólidos cuyos componentes poseen distintos tamaños. Para llevarlo a cabo se pasa la mezcla por un tamiz o colador.
• Filtración: se emplea para separar los componentes de una mezcla formada por un sólido que se halla disperso en un líquido. Como el tamaño del componente sólido es mayor que el de los agujeros del colador o del poro del filtro, el sólido queda atrapado mientras que el líquido pasa.
• Imantación: se usa para separar los componentes de una mezcla de dos materiales sólidos cuando uno de ellos puede ser atraído por un imán.
• Decantación de líquidos: puede emplearse para separar dos o más líquidos cuyas partículas no se mezclan entre sí. Se puede utilizar una ampolla de decantación y un vaso de precipitados. El proceso se basa en la densidad de cada uno, el líquido más denso se irá más abajo.
• Decantación de un sólido y un líquido: también se emplea para separar a un sólido de un líquido. Para ello se utilizan dos vasos de precipitados. Si se los deja un tiempo, el sólido se deposita en el fondo del vaso, entonces se trasvasa el líquido con cuidado.
• Disolución: se utiliza para separar los componentes de una mezcla de dos sólidos, uno de los cuales se disuelve en un líquido, mientras que el otro no. Para aplicarlo se coloca la mezcla en un recipiente y se le agrega agua.

Energía

En el lenguaje de la Física, se define la energía como la capacidad que tienen los objetos para realizar un trabajo. En el lenguaje físico se dice que se realiza un trabajo cuando sobre un objeto se aplica una fuerza que hace que este se desplace o cambie.

• Energía mecánica: es la que posee un objeto debido a la altura a la que se encuentra sobre el nivel del suelo.
• Energía potencial gravitatoria: varía con la altura y el peso.
• Energía cinética: el movimiento le permite a un objeto realizar trabajo sobre otro cuerpo. Depende de la rapidez con que se mueva y su masa.
• Energía química: se manifiesta por transformaciones químicas.
• Energía eléctrica y magnética: fuerzas de atracción o de rechazo que ejercen las cargas eléctricas o los polos magnéticos de un imán.
• Energía térmica: agitación de las partículas de la materia. Es la que posee una sustancia o un objeto debido al movimiento de las partículas que lo componen.
• Energía nuclear: es la que se halla contenida en el interior de los átomos que componen la materia.

Unidades de Medida de la Energía

• Joule (J): expresa el trabajo que se debe hacer para levantar una masa de 100 g a la altura de 1 m.
• Kilowatt (kW): equivale a 1000 W.
• Kilocaloría (Kcal): equivale a 4184 J.
• Caballo de fuerza (CV): equivale a 746 W.

Conservación de la Energía

Hay molinos que aprovechan la energía cinética del viento para accionar una bomba que extrae agua del subsuelo. Los aerogeneradores aprovechan la energía del viento para mover turbinas que generan energía eléctrica.

Calor y Temperatura

Una de las formas en que se produce el intercambio de energía se da mediante el trabajo, a través de una fuerza que un objeto ejerce sobre otro y que hace que este se desplace, como sucede en el juego del billar.

• Calor: es la forma de intercambio por la cual el objeto más caliente transfiere energía a otro que se encuentra más frío. No es una propiedad de los cuerpos ni de las sustancias de las que están hechos.
• Temperatura: es una magnitud relacionada con el movimiento de las partículas que componen la materia. Al recibir calor, aumenta su energía cinética.

Cambios de Estado, Luz y Sonido

En la naturaleza, las sustancias se presentan en estado sólido, líquido y gaseoso. Las sustancias pueden cambiar de estado si se les agrega o quita calor. Las fuentes de luz pueden ser naturales, como el Sol, o artificiales, como una lamparita encendida. El sonido, además de generarse por la vibración de algún objeto, también puede generarse por el golpe de un cuerpo contra otro.

Velocidad de la Luz y del Sonido

La luz es mucho más rápida que el sonido. La rapidez con que se desplaza la luz con relación al sonido es la causa de que, durante las tormentas, el rayo se vea antes de que se escuche el trueno.

Intensidad de las Ondas

Tanto las ondas electromagnéticas como las mecánicas poseen diferente intensidad y, por lo tanto, transmiten distintas cantidades de energía. Una onda de gran intensidad transmite más energía que otra de menor intensidad.

• Intensidad de la luz: está vinculada con el brillo de la fuente que la origina. Una fuente que emita luz con mucha intensidad se verá brillante. Se la mide en candela (cd), su valor es igual al brillo de una vela.
• Intensidad del sonido: indica cuánto se comprimen las partículas del medio en el cual se mueve la onda sonora. Se la mide en decibeles (dB). La intensidad está relacionada con la distancia entre el extremo de la cresta y la base del valle. Cuanto mayor es la amplitud, mayor es la intensidad.

Frecuencia de una Onda

La frecuencia de una onda está relacionada con la distancia que separa a dos crestas sucesivas. A esta distancia se la llama longitud. Cuanto mayor es la longitud, menor es la frecuencia. La frecuencia indica la cantidad de ondas que pasan por un lugar en un tiempo determinado. La unidad de medida es el hertz (Hz). Un sonido agudo tiene una frecuencia mucho más alta. Nosotros comprendemos entre 20 Hz y 20000 Hz. Si es menor, es infrasonido y si es mayor, es ultrasonido. Una luz de baja frecuencia se ve de color rojo y una alta, de color violeta (1000000000 Hz).

Reflexión de la Luz y del Sonido

Cuando una onda que viaja en un medio encuentra un obstáculo o una superficie de separación con otro medio, reacciona reflejándose. A esto se lo llama reflexión.

Luz y Colores

La mayor parte de los materiales no reflejan toda la luz que reciben, sino que absorben la luz de ciertos colores y reflejan otros. El color con el que vemos un objeto depende de las características particulares del material del que está hecho y del modo en que reacciona frente a la luz. La luz blanca es una mezcla de todos los colores que vemos.

Los Seres Vivos

Los seres vivos están conformados por células, se desarrollan, reproducen, nutren, mueven, responden a estímulos, se mantienen estables y evolucionan. Todos los seres vivos están constituidos por los mismos tipos de materiales y sustancias. Estos materiales y sustancias son el resultado de la combinación de distintas sustancias puras, denominadas elementos. De todos los elementos químicos que se conocen, hay cuatro que se encuentran en mayor cantidad: el carbono, el hidrógeno, el oxígeno y el nitrógeno. Estos elementos forman sustancias sencillas, pero también componen otra clase de sustancias, más complejas, denominadas sustancias orgánicas. Se las llama así debido a que se encuentran en los seres vivos, aunque en la actualidad, muchas pueden ser obtenidas artificialmente en el laboratorio. Se caracterizan por tener carbono en su composición. Las cuatro principales clases de sustancias orgánicas son los hidratos de carbono, los lípidos, las proteínas y los ácidos nucleicos.

• Glucosa: es una sustancia orgánica perteneciente al grupo de los hidratos de carbono. Está compuesta por 6 átomos de carbono, 12 de hidrógeno y 6 de oxígeno.
• Calcio, sodio, potasio, fósforo, magnesio, azufre, hierro: estos elementos conforman el grupo de los minerales y se encuentran en menor cantidad que los anteriores.
• Agua: el porcentaje restante de las sustancias orgánicas está constituido por agua, un líquido fundamental para la vida. El agua y los minerales son sustancias inorgánicas que se encuentran presentes en la composición de los seres vivos.

Organización Celular

Las sustancias que componen los seres vivos se organizan de un modo muy particular; forman pequeñas unidades vivientes denominadas células. Cada célula tiene la capacidad de realizar las mismas funciones básicas que el organismo del que forma parte. El tamaño de las células es tan pequeño que solo se pueden ver con un microscopio. La célula posee una estructura externa, una envoltura llamada membrana celular, que la rodea, le brinda protección y selecciona las sustancias que entran o salen de ella. El interior de la célula se halla ocupado por un líquido viscoso compuesto por agua y sustancias disueltas. Las células poseen material hereditario. El material hereditario está formado por ácidos nucleicos y es el responsable de mantener con vida a la célula.

• Células eucariotas: el material hereditario se encuentra contenido dentro de una envoltura que constituye el núcleo. Posee numerosos compartimentos que cumplen diversas funciones. Ejemplos: plantas, animales y hongos.
• Células procariotas: carecen de núcleo, el material hereditario está directamente en el interior de la célula. Carecen de compartimentos internos y poseen una pared celular que rodea por fuera la membrana celular.

Las células son unidades estructurales y funcionales de los seres vivos. Estructurales porque constituyen el armazón de un organismo y funcionales debido a que cada célula es la porción más pequeña de materia viva que existe en la naturaleza con la capacidad de realizar funciones vitales, reproducirse, alimentarse y relacionarse. Todos los organismos presentan un ciclo de vida, en el transcurso del cual pasan por una serie de cambios. El conjunto de estos cambios se denomina desarrollo, que implica el crecimiento del organismo, aumento de tamaño o número de células. El proceso con un cambio total se denomina metamorfosis. Para que los seres vivos puedan desarrollarse y reproducirse, necesitan materiales y energía que obtienen del agua, suelo, aire y de otros animales. Los seres vivos toman materiales externos y los convierten en sustancias más sencillas que pueden aprovechar. Estas transformaciones que se producen en los seres vivos forman parte de los procesos conocidos en conjunto como nutrición. Las sustancias obtenidas por medio de la nutrición se denominan nutrientes (son una fuente de energía).

Movimiento, Estímulos y Homeostasis

Otra característica de los seres vivos es el movimiento. Todos los seres vivos tienen la capacidad de moverse, pero no todos para la locomoción, es decir, trasladarse de un lugar a otro. El movimiento se relaciona con la capacidad de responder a estímulos, tanto del exterior como del propio organismo. Para poder captarlos, los seres vivos presentan diferentes sistemas sensoriales. La captación de estímulos a través de los sentidos es fundamental para la propia supervivencia. Los seres vivos se relacionan de manera continua con el medio externo, el cual cambia constantemente. A pesar de estos cambios, los seres vivos mantienen estables las condiciones internas de su organismo. Esta característica es denominada homeostasis. El control de las sustancias que entran y salen del organismo y la distribución de los nutrientes a todas las células del cuerpo son algunos de los diversos procesos que contribuyen a la homeostasis. Otro proceso es la regulación de la temperatura corporal. La mayoría de los peces no son capaces de mantener constante la temperatura de su cuerpo. Las aves y los mamíferos tienen la capacidad de mantener su temperatura corporal.

Adaptaciones y Evolución

Los seres vivos presentan adaptaciones al ambiente en el que viven. Las adaptaciones son las características estructurales, funcionales y de comportamiento. Estructurales, como las que poseen las aves, sus alas, es decir, porque forman parte de la configuración de su cuerpo. Funcionales, porque se relacionan con los procesos o funciones que realizan. Comportamiento, porque es una actitud, por ejemplo, las aves cuidan a sus crías hasta que tengan capacidad de cuidarse por sí solas.

Evolución: es el transcurso de los cuales se modifican las características de los organismos de manera que den origen a otros.

Selección natural: proceso donde la naturaleza elige a los más adaptados al ambiente para poder sobrevivir y reproducirse.

Niveles de Organización

• Nivel atómico y molecular
• Nivel celular
• Nivel de tejidos (ej.: piel, músculo)
• Nivel de órganos (ej.: huesos, corazón)
• Nivel de sistemas de órganos (ej.: esqueleto, aparato respiratorio)
• Nivel de organismos (ej.: pato)
• Nivel de poblaciones (ej.: pato, pato, pato)
• Nivel de comunidades (ej.: pato, aves, pasto, árboles)
• Nivel de biosfera (ej.: hidrógeno, agua)

Clasificación de los Seres Vivos

Clasificar consiste en agrupar diversas cosas, tomando en cuenta los rasgos comunes que tienen entre sí. Cada criterio de clasificación abarca una o varias categorías. Existe una enorme variedad de seres vivos. Para poder clasificarlos se debe tener en cuenta los siguientes criterios: cantidad de células, tipo de células, modo de alimentación, tipo de reproducción, ambiente, complejidad de sus organismos.

Clasificación según la Cantidad de Células

• Unicelulares: bacterias, protozoos como paramecios y amebas, levaduras y algas. A estos organismos se los denomina de modo general microorganismos o microbios. Solo pueden ser observados con microscopios.
• Multicelulares: casi todos los hongos, algunas algas, plantas y animales. Son vistos sin necesidad de microscopio.

Clasificación según el Tipo de Células

• Procariotas: material hereditario disperso en el interior de la célula. Son propias de las bacterias.
• Eucariotas: material hereditario contenido dentro del núcleo. Constituye al resto de los organismos unicelulares y multicelulares.

Clasificación según el Tipo de Reproducción

• Reproducción sexual: intervienen el sexo masculino y el femenino, de los cuales cada uno aporta una parte del material hereditario al descendiente. Presente en plantas y animales.
• Reproducción asexual: el descendiente se origina a partir de un solo individuo y posee el mismo material hereditario que el progenitor. Algunos hongos, organismos, plantas, algas y pueden reproducirse tanto de manera sexual como asexual.

Clasificación según el Tipo de Alimentación

• Organismos heterótrofos: obtienen nutrientes orgánicos al alimentarse de otros seres vivos. Bacterias, protozoos, hongos y animales.
• Organismos autótrofos: fabrican su alimento usando sustancias inorgánicas (agua y dióxido de carbono). Plantas, algas y algunas bacterias. La mayoría de los autótrofos son fotosintetizadores y otros son quimiosintetizadores.

Clasificación según el Tipo de Ambiente

• Acuáticos: nacen y hacen todo en el agua (ej.: algas, peces, langostinos, animales, calamares, ballenas, entre otros).
• Aeroterrestres: incluyen a la gran mayoría de las plantas y animales, insectos y mamíferos y muchas aves.
• Transición: se desarrollan entre un ambiente acuático y uno aeroterrestre (ej.: sapos, ranas, anfibios, plantas, totoras).
• Existen otros denominados parásitos que viven sobre o dentro del ser vivo.

Clasificación según el Nivel de Organización

• Celular: se ubican los seres vivos unicelulares como bacterias, las algas unicelulares, los protozoos y las levaduras.
• Tejidos: algunos seres vivos multicelulares, algunas plantas, medusas, musgos, corales, anémonas e hidras.
• Órganos: en seres vivos multicelulares cuyos tejidos forman órganos simples. La mayoría de las plantas, gusanos planos como las planarias y tenias.
• Sistemas de órganos: se ubican los seres vivos formados por órganos que aparecen agrupados para cumplir una o más funciones.
  • Sistema nervioso: coordina y procesa los estímulos internos y externos.
  • Sistema digestivo: procesa alimentos y los convierte en nutrientes.
  • Sistema respiratorio: hace posible que el oxígeno del aire llegue a todas las células del cuerpo y que se elimine el dióxido de carbono que es un desecho del trabajo celular.
  • Sistema circulatorio: por medio de la sangre distribuye los nutrientes y oxígeno a todo el cuerpo y retira el dióxido de carbono y otros desechos de las células.
  • Sistema excretor: filtra la sangre para separar las sustancias de desecho que contiene y las conduce al exterior del cuerpo.
  • Sistema de sostén y locomoción: formado por músculos y, en algunos casos, por esqueletos de diverso tipo que permiten una enorme variedad de movimientos.

Clasificación en Reinos

• Reino Monera: incluye a todos los organismos formados por células procariotas. Comprende a todas las clases de bacterias, algunas son heterótrofas y otras autótrofas. Ej.: bacterias.
• Reino Protista: son un grupo de reinos, principalmente de microorganismos unicelulares, del tipo eucariota, entre los que se encuentran algunos autótrofos y heterótrofos (ej.: paramecio, ameba, algas unicelulares y multicelulares).
• Reino Hongos: abarca a organismos en su mayoría multicelulares, aunque también se hallan algunos unicelulares. Los hongos son heterótrofos que incorporan el alimento absorbiendo (ej.: moho negro, levaduras, setas, hongo Penicillium).
• Reino Plantas: comprende a seres vivos multicelulares que se caracterizan principalmente por producir su alimento mediante fotosíntesis (ej.: musgos, coníferas, helechos, ginkgo, plantas con flores).
• Reino Animal: engloba a organismos multicelulares heterótrofos. La mayoría posee una boca a través de la cual ingieren los alimentos, conectada con un tubo digestivo, en el que los alimentos se procesan para desarmarlos en nutrientes sencillos. En general, los animales cuentan con algún sistema de locomoción, lo que les permite buscar y tomar los alimentos. Ej.: poríferos (esponja), cnidarios (medusa), platelmintos (parásitos), anélidos (lombriz), equinodermos (estrellas de mar), moluscos (caracol), quelicerados (arañas), miriápodos (ciempiés), crustáceos (cangrejos), insectos, peces, anfibios (sapo, rana), reptiles (cocodrilos), aves, mamíferos.