Sustancias Puras

La materia está formada por átomos y moléculas. Los átomos son los más simples y los diferentes tipos de átomos están clasificados en la tabla periódica de los elementos. No olvidemos que un elemento es una sustancia que está formada toda por átomos iguales. El Hierro (símbolo Fe) está formado por átomos de hierro. Los átomos también se pueden agrupar formando lo que llamamos moléculas. Una molécula es la unión de varios átomos. Una molécula de agua pura H2O está formada por dos átomos de Hidrógeno (H) con uno de oxígeno (O).

Bien, dicho esto si queremos clasificar los diferentes tipos de materia lo haremos en función de cómo está formada. Según esté formada la materia tenemos dos grandes grupos, uno llamado Sustancias Puras y otro llamado Mezclas.

Sustancias Puras: Tipo de materia que está formada por átomos o moléculas todas iguales. A su vez estas se clasifican en sustancias puras simples y compuestos químicos. Para definir estos dos tipos de sustancias puras hay dos formas. Empecemos por la primera.

Sustancias Puras Simples: están formadas por átomos todos iguales o moléculas con átomos iguales. Ojo hay elementos como el oxígeno que si lo miramos por un microscopio está formado todo por átomos de oxígeno iguales, pero agrupados de dos en dos, es decir agrupado en moléculas de O2, pero como los átomos que forman estas moléculas son iguales (oxigeno-oxigeno) se considera sustancia pura simple. Si tenemos un trozo de hierro puro y lo miramos por el microscopio veremos que está formado solo por átomos de Hierro, por lo tanto también es una sustancia pura simple. Las sustancias puras simples también se pueden llamar elementos, ya que las conocidas forman la llamada tabla periódica de los elementos.

Compuestos Químicos: Formados por moléculas todas iguales. En este caso los átomos que forman las moléculas tienen que ser diferentes. Por ejemplo el agua, cuya fórmula es H2O, moléculas todas iguales, y cada molécula estará formada por dos átomos de hidrógeno (H) y uno de oxígeno (O).

Ahora vamos con la segunda forma de definirlas. Como el comportamiento químico de estos dos tipos de sustancias puras también es diferente podríamos definir los dos tipos de sustancias puras en función de su comportamiento químico.

Sustancias Puras Simples o elementos: son aquellas sustancias puras que no se pueden descomponer en otras más simples.

Compuestos químicos: son aquellas sustancias puras que pueden descomponerse en otras más simples por métodos químicos (mediante reacciones).

Veamos un ejemplo. El agua pura se puede descomponer mediante una reacción química en hidrógeno por un lado y oxígeno por otro. Pero el hidrógeno o el oxígeno no podríamos descomponerlos de ninguna forma en otra sustancia más simple. Por eso el agua pura sería un compuesto químico y el oxígeno y el hidrógeno son sustancias puras simples o elementos químicos.

Se dice que las sustancias A1, A2, A3, etc. pueden “reaccionar en principio”, de modo que se formen las sustancias B1, B2, B3, etc., cuando la reacción no está prohibida por la ecuación de reacción. Así la reacción Cu + S → CuS no está prohibida, mientas que en la reacción Cu + S → Cu2S el balance del cobre no es correcto. Consideremos la reacción: A1 + A2 + A3 +… → B1 + B2 + B3 +…

O, en forma abreviada: A → B, (8)

Donde A = A1 + A2 + A3 +… y B = B1 + B2 + B3 +…

Si la reacción (8) no está prohibida por la ecuación de reacción, entonces la reacción en sentido opuesto tampoco lo es:

B → A (9)

Pero, ¿cuál de las dos reacciones (8) ó (9) se produce en realidad? ¿Se transforma la sustancia A en B, o viceversa? ¿En qué dirección se desarrolla la reacción A ↔ B, de izquierda a derecha, o de derecha a izquierda?

Para tener información sobre la dirección de una reacción se emplea una nueva magnitud física: el potencial químico μ. Para cada uno de los conjuntos de sustancias A y B, μ tiene cierto valor. Si el potencial químico de las sustancias

A –μ(A)– es mayor que el potencial de las sustancias B –μ(B)–, la reacción ocurre hacia la derecha, es decir, de A a B. Si μ(A) es menor que μ(B) la reacción se producirá de derecha a izquierda, y si μ(A) y μ(B) son iguales la reacción no puede darse, se dice entonces que las sustancias se encuentran en estado de equilibrio químico.

μ(A) > μ(B): desaparición de A, aparición de B;

μ(A) < μ(B): desaparición de B, aparición de A;

μ(A) > μ(B): no hay reacción, equilibrio químico

O, en términos menos exactos, pero posiblemente más sencillos de aprender, se dice que:

Una reacción ocurre por si sola del potencial químico más alto al más bajo.

Lo cual también se puede expresar así:

La diferencia del potencial químico es la fuerza motriz de una reacción.

La unidad de medición del potencial químico es el Gibbs, abreviado G, en memoria de Josiah Willard Gibbs (1839- 1903), científico que introdujo dicha magnitud en la Física.

Para cada sustancia el potencial químico a un valor determinado. Preguntamos primero por los potenciales de sustancias puras, es decir no de los conjuntos de sustancias.

Para cada sustancia el potencial químico tiene un valor determinado; los potenciales químicos de las sustancias puras, se encuentran en tablas. El potencial químico cambia con la temperatura y la presión de la sustancia. En general las tablas contienen el potencial en condiciones normales, entendiendo por éstas una presión de 105 Pa y una temperatura de 25 °C. La tabla que figura en el apéndice A contiene los potenciales químicos para cerca de 800 sustancias.

La medición del potencial químico puede ser dispendiosa, más adelante se verá cómo se pueden obtener dichos valores, por el momento bastará con la mencionada tabla.

Para encontrar, por ejemplo, el potencial químico

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