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Qué son la materia, los elementos químicos, los compuestos químicos y las mezclas

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Qué son la materia, los elementos químicos, los compuestos químicos y las mezclas

 

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La siguiente es una explicación breve de qué son: la materia, las sustancias puras, los elementos químicos, los compuestos químicos, las mezclas, las propiedades físicas y las propiedades químicas.

  • Materia: cualquier cosa que tiene masa y ocupa espacio. Todo lo que se ve y toca en la naturaleza, desde las partículas más pequeñas hasta las estrellas más masivas es materia. Todo lo que se ve y toca en la naturaleza está compuesto por átomos, y cada átomo está compuesto por partículas subatómicas (protones, neutrones, electrones). Los átomos se clasifican en distintos tipos de elementos químicos. Hasta el año 2019 se conocían 118 tipos de elementos químicos. Innumerables combinaciones de elementos químicos forman compuestos químicos (se conocen millones de compuestos químicos).
     
  • Sustancia pura: una sustancia pura es un tipo de materia que no puede ser subdividido en otros tipos de materia a través de métodos físicos (filtración, decantación, sedimentación, sublimación, evaporación, extracción, centrifugación, cromatografía, tamizado, destilación). El agua, el oro, la sal, el azúcar, el dióxido de carbono, el silicio, etc, son ejemplos de sustancias puras que no pueden ser divididas en otras partes que las componen a tavés de métodos físicos. Las muestras de una sustancia pura, contienen solamente a esa sustancia pura y nada más. Ej: el agua es agua y nada más, el azúcar contiene a esa sustancia y nada más. Las sustancias puras pueden ser tanto elementos químicos como compuestos químicos (moléculas compuestas por átomos).
     
  • Elementos químicos: son las sustancias puras más elementales, ya que no solo no pueden ser subdivididos en sustancias puras más elementales a través de métodos físicos, sino que tampoco pueden ser subdivididos a través de técnicas químicas. Los elementos químicos son átomos, y por eso no pueden ser subdivididos ni por medios físicos ni por medios químicos. Para subdividir a los átomos hay que aplicar técnicas nucleares que no pertenecen al ámbito de la química. Por lo tanto, son químicamente indivisibles.
     
  • Compuestos químicos: son sustancias puras que no pueden subdividirse en dos o más sustancias puras que las componen mediante métodos físicos, aunque sí pueden subdividirse a través de técnicas químicas. Por ejemplo, el agua (compuesta por 2 átomos de Hidrógeno y 1 átomo de Oxígeno - H2O) no puede ser separada mediante métodos físicos, pero sí puede ser separada mediante técnicas químicas. La sal común (compuesta por 1 átomo de Sodio y un átomo de Cloro - NaCl) no puede ser subdividida a través de medios físicos, pero sí puede ser subdividida mediante técnicas químicas. Las técnicas químicas más utilizadas consisten en reacciones químicas en las que una sustancia interactúa químicamente con otra, sus partes se separan y forman otros compuestos químicos nuevos.

    Por ejemplo: cuando el Hidróxido de Sodio (NaOH) y el Ácido Clorhídrico (HCl) interactúan -o sea reaccionan químicamente-, sus partes se separan para formar sal común y agua (NaOH + HCl → NaCl + H2O). Como puede observarse en el ejemplo anterior, la cantidad de elementos químicos en los compuestos que reaccionan (Na, O, H, Cl) coincide con la cantidad de elementos en los compuestos nuevos que se forman.
     

  • Mezclas: son combinaciones de dos o más sustancias puras en las que cada sustancia conserva su identidad química dado que están combinadas físicamente y no químicamente. Por ejemplo, en una solución de sal disuelta en agua (NaCl y H2O), tanto la sal como el agua no reaccionan químicamente entre sí, y conservan su composición de NaCl y H2O, es decir, siguen siendo sal y agua.

    Existen dos tipos de mezclas: homogéneas y heterogéneas.

    Las mezclas homogéneas son aquellas cuyas sustancias que las componen no se distinguen visualmente, ni siquiera utilizando un microscopio. Es decir, las partes que componen a la mezcla no pueden verse de manera separada y la mezcla aparenta ser visualmente uniforme. Por ejemplo, cuando se disuelve sal en agua se forma una mezcla homogénea en la que la sal y el agua no se ven de forma separada y aparentan tener una composición uniforme, como si se tratara de una sola sustancia pura. Lo mismo ocurre al disolver azúcar en agua, lo que se ve es un líquido uniforme, y el azúcar no aparece separada del agua.

    Es necesario recordar que las sustancias que forman parte de las mezclas homogéneas no reaccionan químicamente entre sí. Sencillamente, estas mezclas aparentan tener una composición uniforme en la que las sustancias que las componen no se distinguen visualmente de forma individual o separadas entre sí. Una mezcla homogénea puede confundirse visualmente con una sustancia pura, aunque no lo es.

    Por el contrario, las mezclas heterogéneas son aquellas cuyas sustancias que las componen se distinguen visualmente, o sea que las partes que componen a la mezcla pueden verse de forma separada. Por ejemplo, si se mezcla agua con aceite, las partes que componen a la mezcla -o sea el agua y el aceite- aparecen separadas a simple vista. Otro ejemplo de mezcla heterogénea es el de arena con agua, en la que la arena y el agua pueden distinguirse visualmente, ya que la arena se dirige hacia el fondo del recipiente, por lo que tanto el agua como la arena pueden verse de forma separada.

    Las disoluciones (también conocidas como soluciones químicas o sencillamente soluciones) son mezclas homogéneas.

    Las mezclas pueden separarse a través de métodos físicos. Como ejemplos pueden mencionarse los siguientes: en la disolución de sal en agua, la sal puede separarse del agua mediante evaporación de esta última. En la mezcla heterogénea de arena y agua, la arena puede ser filtrada o colada para quedar separada del agua.
     

  • Propiedades físicas: son las propiedades que pueden observarse en una sustancia o en una mezcla de sustancias, sin que se modifique la composición química de estas sustancias. Las propiedades físicas de una sustancia o de una mezcla de sustancias son: el color, la forma, estado de agregación (esto significa si la sustancia se encuentra en estado sólido, líquido o gaseoso), punto de ebullición, punto de fusión (esto significa a qué temperatura una sustancia pasa de estado sólido a líquido), densidad (masa por unidad de volumen de una sustancia), entre otras.

    Ej: El punto de fusión del agua es 0 ºC (esto significa que pasa a estado líquido a 0 ºC), es incolora, su punto de ebullición es 100 ºC, la densidad del agua es 0.9998395 gramos por cada mililitro a una temperatura de 4 ºC, su densidad varía de acuerdo a la temperatura. Cualquier variación en las propiedades físicas del agua no afecta a su composición química, por lo tanto, a pesar de los cambios de sus propiedades físicas, el agua sigue siendo agua.
     

  • Propiedades químicas: son las propiedades que pueden observarse en una sustancia pura y que indican la capacidad que tiene dicha sustancia de transformarse en una nueva sustancia química, o de resistirse a la transformación química al interactuar con otra sustancia. Esto significa que las propiedades químicas de un compuesto indican cómo, cuando y por qué se modifica su estructura molecular al interactuar con otra sustancia para formar un nuevo compuesto. Algunas de las propiedades químicas son: la inflamabilidad (capacidad de combustión de una sustancia, esto es su capacidad de reaccionar con oxígeno para generar un óxido y energía en forma de luz o calor), descomposición por altas temperaturas o resistencia a la descomposición (ej: si se calientan ciertos compuestos, se rompen los enlaces químicos que mantienen unidos a los elementos que los componen), nivel de reactividad química de una sustancia con otra sustancia para formar nuevos compuestos.

    Ej: el nivel de reactividad del Hidróxido de Sodio (NaOH) con el Ácido Clorhídrico (HCl) es alto, por lo tanto, cuando interactúan, sus estructuras químicas se modifican para formar nuevos compuestos. Sus partes se separan para formar sal común y agua (NaOH + HCl → NaCl + H2O).

Las disoluciones (al igual que toda mezcla) están compuestas por dos o más sustancias puras que no reaccionan químicamente entre sí (las propiedades químicas de cada sustancia pura de la mezcla no se alteran). Sin embargo, las propiedades físicas (por ejemplo temperatura de ebullición) de la solución pueden ser diferentes a las propiedades físicas de cada sustancia que la compone (ej: si se disuelve sal en agua, la temperatura de ebullición del agua aumenta, esto significa que se requiere una mayor temperatura para que el agua hierva si contiene sal).

Las sustancias que componen a una disolución -y a cualquier mezcla en general- pueden separarse por medios físicos como: filtración, colación, selección manual, decantación, centrifugación, destilación, entre otros. La técnica requerida para separar una mezcla varía dependiendo de la clase de mezcla y sus componentes.
 
 
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Fuentes de información:

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