Sustancias

Sustancias puras: elementos y compuestos.

Una sustancia pura es aquella que tiene unas propiedades específicas que la caracterizan y que sirven para diferenciarla de otras sustancias. Las sustancias puras pueden ser elementos o compuestos. Compuestos químicos. Son sustancias puras que se pueden descomponer en otras más simples por métodos químicos.

Los elementos químicos son sustancias puras que no pueden descomponerse en otras más simples.

ELEMENTO.

Un elemento es una sustancia que no se puede separar en sustancias más simples por medios químicos. Hasta la fecha se han identificado 115 elementos, de los cuales 83 se encuentran en forma natural en la tierra. Los demás se han obtenido por medios científicos a través de procesos nucleares. Por conveniencia los químicos representan a los elementos mediante símbolos de una o dos letras. La primera letra siempre es mayúscula, pero la siguiente siempre es minúscula. Los símbolos de algunos elementos derivan de sus nombres en latín, por ejemplo, Au de aurum (oro), Fe de ferrum (hierro) y Na de natrium (sodio) pero la mayoría derivan de sus nombres en inglés.

Los átomos de la mayoría de los cuerpos pueden interactuar con otros para generar compuestos. Por ejemplo, el agua se forma por la combustión del hidrógeno gaseoso en presencia de oxígeno gaseoso. El agua tiene propiedades muy diferentes de aquellas de los elementos que le dieron origen; está formada por dos partes de hidrógeno y una parte de oxígeno. Ésta composición no cambia, sin importar si el agua proviene de un grifo de Estados Unidos de América, de un lago de Mongolia, o de las capas de hielo de Marte. En consecuencia, el agua es un compuesto.

Dispersiones o mezclas.

Mezcla: Es una sustancia formada por dos o más sustancias las cuales conservan cada una su identidad y sus propiedades y tienen una composición química variable.

Mezcla homogénea: Es aquella mezcla donde no se distinguen sus componentes a simple viste u “ojo de buen cubero” por ejemplo el aire, sal disuelta en agua, gasolina.

Mezcla heterogénea: Es aquella mezcla donde sí se distinguen sus componentes a simple vista por ejemplo: “Un pico de gallo” (chile serrano, cebolla, jitomate, cilantro)

Una ensalada de frutas, una sopa de verduras, arena y grava, etc.

Dentro de las mezclas heterogéneas tenemos a los coloides y a las suspensiones.

Coloide: mezcla heterogénea formada por dos o más fases, principalmente éstas son: una continua, normalmente fluida, y otra dispersa en forma de partículas; por lo general sólidas.

Estados de agregación.

La materia se presenta en diversos estados, con cualidades peculiares para cada uno de ellos. Los más conocidos y comúnmente observables son:

Estado sólido.

Estado líquido.

Estado gaseoso.

Otros estados son observables en condiciones extremas de presión y temperatura.

Los estados de un material dependen de las condiciones de presión y temperatura. La variación de estos estados se denomina estados de agregación, relacionadas con las fuerzas de unión de las partículas (moléculas, átomos o iones) que constituyen la materia.

Estado sólido.

Manteniendo constante la presión, a baja temperatura, los cuerpos se presentan en forma sólida y los átomos se encuentran entrelazados formando generalmente estructuras cristalinas, lo que confiere al cuerpo la capacidad de soportar fuerzas sin deformación aparente.

Estado líquido.

Si se aumenta la temperatura entonces el sólido va "descomponiéndose" hasta desaparecer la estructura cristalina, alcanzando el estado líquido. Característica principal: la capacidad de fluir y adaptarse a la forma del recipiente que lo contiene.

Estado gas.

Incrementando aún más la temperatura se alcanza el estado gaseoso. Los átomos o moléculas del gas se encuentran virtualmente libres de modo que son capaces de ocupar todo el espacio del recipiente que lo contiene, aunque con mayor propiedad debería decirse que se distribuye por todo el espacio disponible.

Otros estados de agregación.

Supersólido.

Coloide.

Superfluido.

Materia degenerada.

Neutronio.

Materia fuertemente simétrica.

Materia débilmente simétrica.

Plasma de quarks-gluones.

Periodicidad química.

La química se dedica al estudio de los elementos y sus compuestos. En la actualidad se conocen más de 100 elementos cuyas combinaciones entre sí forman miles de compuestos diferentes, pero su estudio sería sumamente complicado y tendría un conjunto de hechos separados si no fuera porque los científicos han descubierto muchas semejanzas que se repitan de manera regular en el comportamiento de los diferentes elementos químicos, y por qué han desarrollado diversas teorías que tratan de explicarlas, esto permite comprender no solo el comportamiento químico de los elementos, sino también de los innumerables compuestos que forman. Al observar semejanzas físicas y químicas entre los elementos conocidos, fue necesario encontrar un sistema que permitiera ordenarlos y agruparlos. Entre los sistemas de clasificación que se han propuesto, debe mencionarse el de Mendeleiev, quien señaló que las propiedades de los elementos son función periódica de sus pesos atómicos.

Esta tabla periódica conste de 7 periodos (arreglo horizontal) y 18 columnas llamadas grupos (arreglo vertical), que están subdivididos en subgrupos A y B.

Años más tarde, Werner modificó la clasificación de Mendeleiev, separando los subgrupos A y B. La “tabla larga” de Werner es una de las que más se utilizan actualmente, con algunas adaptaciones, y coincide con las configuraciones electrónicas de los elementos.

Este sistema periódico se rige por la ley periódica de Moseley: las propiedades de los elementos son función periódica de sus números atómicos.

Moseley demostró experimentalmente que en el átomo existe una cantidad fundamental que varía en forma escalonada de un elemento a otro y que fue llamada “número atómico”.+

Clasificación periódica de los elementos.

La tabla periódica de los elementos clasifica, organiza y distribuye los distintos elementos químicos conforme a sus propiedades y características; su función principal es establecer un orden específico agrupando elementos.

Suele atribuirse la tabla a Dimitri Mendeleiev, quien ordenó los elementos basándose en las propiedades químicas de los elementos,1 si bien Julius Lothar Meyer, trabajando por separado, llevó a cabo un ordenamiento a partir de las propiedades físicas de los átomos.2 La estructura actual fue diseñada por Alfred Werner a partir de la versión de Mendeleiev. En 1952, el científico costarricense Gil Chaverri (1921-2005) presentó una nueva versión basada en la estructura electrónica de los elementos, la cual permite colocar las series lantánidos y los actínidos en una secuencia lógica de acuerdo con su número atómico.

Óxidos.

Un óxido es un compuesto binario que contiene uno o varios átomos de oxígeno (el cual, normalmente, presenta un estado de oxidación -2), y otros elementos. Existe una gran variedad de óxidos, los cuales se presentan en los 3 principales estados de agregación de la materia: sólido, líquido y gaseoso, a temperatura ambiente. Casi todos los elementos forman combinaciones estables con oxígeno y muchos en varios estados de oxidación. Debido a esta gran variedad las propiedades son muy diversas y las características del enlace varían desde el típico sólido iónico hasta los enlaces covalentes.

Por ejemplo, son óxidos óxido nítrico (NO) o el dióxido de nitrógeno (NO2). Los óxidos son muy comunes y variados en la corteza terrestre. Los óxidos no metálicos también son llamados anhídridos porque son compuestos que han perdido una molécula de agua dentro de sus moléculas. Por ejemplo, al hidratar anhídrido carbónico en determinadas condiciones puede obtenerse ácido carbónico:

CO2 + H2O → H2CO3

Hidróxido.

Los hidróxidos son un grupo de compuestos químicos formados por un metal y uno o varios aniones hidroxilos, en lugar de oxígeno como sucede con los óxidos.

El hidróxido, combinación que deriva del agua por sustitución de uno de sus átomos de hidrógeno por un metal, está presente en muchas bases. No debe confundirse con hidróxilo, el grupo OH formado por un átomo de oxígeno y otro de hidrógeno, característico de los alcoholes y fenoles.

Los hidróxidos se formulan escribiendo el metal seguido del grupo dependiente con la base de un ion de radical adecuado con hidroxilo; éste va entre paréntesis si el subíndice es mayor de uno. Se nombran utilizando la palabra hidróxido seguida del nombre del metal, con indicación de su valencia, si tuviera más de una. Por ejemplo, el Ni(OH)2 es el Hidróxido de níquel (II) y el Ca(OH)2 es el hidróxido de calcio (véase Nomenclatura Química).

Las disoluciones acuosas de los hidróxidos tienen carácter básico, ya que éstos se disocian en el catión metálico y los iones hidróxido. Esto es así porque el enlace entre el metal y el grupo hidróxido es de tipo iónico, mientras que el enlace entre el oxígeno y el hidrógeno es covalente.

Ácidos.

Considerado tradicionalmente como cualquier compuesto químico que, cuando se disuelve en agua, produce una solución con una actividad de catión hidronio mayor que el agua pura, esto es,

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