2.1: Sustancias y Mezclas Puras

En el Capítulo 1 aprendimos que los átomos están compuestos por electrones, protones y neutrones y que el número de protones en el núcleo de un átomo (el número atómico) define la identidad de ese elemento. Por ejemplo, un átomo con seis protones en su núcleo es un átomo de carbono; siete protones lo hacen nitrógeno; ocho protones lo convierten en oxígeno, y así sucesivamente. La tabla periódica organiza estos elementos por número atómico y actualmente hay más de 118 elementos conocidos.

Debido a que claramente hay más de 118 tipos diferentes de sustancias en el mundo que nos rodea, podemos ver que la mayoría de las sustancias que encontramos no son elementos puros, sino que están compuestas por diferentes elementos combinados entre sí. En química, nos referimos a estos como compuestos, los cuales definimos como una sustancia que resulta de la combinación de dos o más elementos en una relación constante. Por ejemplo, el agua es un compuesto compuesto por dos átomos de hidrógeno unidos a un átomo de oxígeno. Podemos mostrar la relación de hidrógeno a oxígeno en este compuesto mediante el uso de subíndices en los símbolos químicos para cada elemento. Así, el agua (dos hidrógenos y un oxígeno) puede escribirse como H ₂ O. Esta notación taquigráfica para el agua se llama fórmula química. Para cualquier compuesto, la fórmula química nos dice los elementos que están presentes y la relación de los elementos entre sí. Posteriormente veremos que el agua es miembro de un subtipo especial de compuesto, llamado compuesto molecular. En una molécula, los átomos no solo están unidos entre sí en una proporción constante, sino que también están unidos en una disposición geométrica específica. En el siguiente capítulo, veremos más de cerca cómo se unen los elementos en compuestos, pero primero examinaremos algunas de las propiedades de las sustancias químicas.

Cuando hablamos de una sustancia pura, estamos hablando de algo que contiene sólo un tipo de materia. Esto puede ser un solo elemento o un solo compuesto, pero cada muestra de esta sustancia que examine debe contener exactamente lo mismo con un conjunto fijo y definido de propiedades. Si tomamos dos o más sustancias puras y las mezclamos, nos referimos a esto como una mezcla. Las mezclas siempre se pueden separar de nuevo en sustancias puras componentes, ya que la unión entre los átomos de las sustancias constituyentes no ocurre en una mezcla. Mientras que un compuesto puede tener propiedades muy diferentes a los elementos que lo componen, en mezclas las sustancias mantienen sus propiedades individuales. Por ejemplo, el sodio es un metal suave y brillante y el cloro es un gas verde picante. Estos dos elementos pueden combinarse para formar el compuesto, cloruro de sodio (sal de mesa) que es un sólido blanco cristalino que no tiene ninguna de las propiedades ni del sodio ni del cloro. Sin embargo, si mezclaste sal de mesa con pimienta molida, seguirías pudiendo ver los granos individuales de cada uno de ellos y, si tuvieras paciencia, podrías tomar pinzas y separarlas cuidadosamente de nuevo en sal pura y pimienta pura.

Las mezclas se encuentran en dos tipos, en base a la uniformidad de su composición. El primero, llamado mezcla heterogénea, se distingue por el hecho de que diferentes muestras de la mezcla pueden tener una composición diferente. Por ejemplo, si abres un recipiente de nueces mixtas y sacas una serie de muestras pequeñas y las examinas, la proporción exacta de cacahuetes-a-almendras en las muestras siempre será ligeramente diferente, sin importar cuán cuidadosamente las mezcles. Ejemplos comunes de mezclas heterogéneas incluyen tierra, grava y sopa de verduras.

En una mezcla homogénea, por otro lado, cualquier muestra que examine tendrá exactamente la misma composición que cualquier otra muestra. Dentro de la química, el tipo más común de mezcla homogénea es una solución que es una sustancia disuelta completamente dentro de otra. Piense en una solución de azúcar pura disuelta en agua pura. Cualquier muestra de la solución que examine tendrá exactamente la misma proporción de azúcar a agua, lo que significa que es una mezcla homogénea. Incluso en una mezcla homogénea, las propiedades de los componentes son generalmente reconocibles. Así, el azúcar-agua sabe dulce (como el azúcar) y es húmeda (como el agua). A diferencia de un compuesto, que tiene una relación fija y definida, en una mezcla se pueden variar las cantidades de cada componente. Por ejemplo, cuando añades un poco de azúcar a una taza de té y mucha azúcar a otra, cada taza contendrá una mezcla homogénea de té y azúcar pero tendrán un sabor diferente. Si añades tanto azúcar que algunos no se disuelven y se quedan en el fondo, sin embargo, la mezcla ya no es homogénea, es heterogénea; podrías separar fácilmente los dos componentes.