1.3: Clasificación de la Materia

Objetivos de aprendizaje

• Explicar la diferencia entre una sustancia pura y una mezcla.
• Explicar la diferencia entre un elemento y un compuesto.
• Explicar la diferencia entre una mezcla homogénea y una mezcla heterogénea.

Una manera útil de organizar nuestra comprensión de la materia es pensar en una jerarquía que se extiende desde las sustancias más generales y complejas hasta las más simples y fundamentales (Figura\(\PageIndex{1}\)). En la parte superior de esta jerarquía hay dos amplias categorías en las que se puede clasificar toda la materia: sustancias puras y mezclas. Una sustancia pura es una forma de materia que tiene una composición constante (es decir, que todas las muestras de esta sustancia tienen composición uniforme) y propiedades que son constantes en toda la muestra (es decir, que solo hay un conjunto de propiedades como punto de fusión, color, punto de ebullición, etc. en toda la materia). Si tomamos dos o más sustancias puras y las mezclamos físicamente, nos referimos a esto como una mezcla. Una mezcla no tiene composición ni propiedades constantes en todo momento.

Figura\(\PageIndex{1}\): La Clasificación de la Materia. La materia se puede clasificar de diversas maneras, dependiendo de sus propiedades.

Elementos y compuestos son ambos ejemplos de sustancias puras. Una sustancia que no se puede descomponer en componentes químicamente más simples es un elemento. Oxígeno, O e hidrógeno, H, son cada uno ejemplos de elementos. Una sustancia pura que se puede descomponer en componentes químicamente más simples (porque está compuesta por más de un elemento) es un compuesto. Por ejemplo, el compuesto agua, H ₂ O, se forma cuando hidrógeno y oxígeno se combinan químicamente en una relación fija de 2 átomos de hidrógeno por cada 1 átomo de oxígeno.

Los compuestos pueden tener diferentes propiedades químicas y físicas de los elementos individuales de los que están compuestos. Las mezclas, por otro lado, son mezclas físicas de dos o más componentes, cada uno de los cuales conserva su propia identidad y propiedades. Las mezclas siempre se pueden separar de nuevo en el componente sustancias puras, debido a que no se produce la unión entre los átomos de las sustancias constituyentes. Por ejemplo, el sodio es un metal suave y brillante y el cloro es un gas verde picante. Estos dos elementos se combinan químicamente para formar el compuesto, el 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 clasifican en dos categorías, con base en la uniformidad de su composición (Figura\(\PageIndex{1}\)). 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 las cantidades de cada componente pueden variar. Por ejemplo, cuando agregas 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 una proporción diferente de azúcar-a-té y un sabor diferente. Si añades tanto azúcar que algunos no se disuelven y permanecen en el fondo, sin embargo, la mezcla ya no es homogénea, es heterogénea; podrías separar fácilmente los dos componentes (Figura\(\PageIndex{1}\)).

Ejemplo\(\PageIndex{1}\)

Identificar cada sustancia como un compuesto, un elemento, una mezcla heterogénea o una mezcla homogénea (solución).

1. té filtrado
2. jugo de naranja recién exprimido
3. un disco compacto
4. óxido de aluminio, un polvo blanco que contiene una proporción 2:3 de átomos de aluminio y oxígeno
5. selenio

Dado: una sustancia química

Preguntado por: su clasificación

Estrategia:

1. Decidir si una sustancia es químicamente pura. Si es pura, la sustancia es un elemento o un compuesto. Si una sustancia se puede separar en sus elementos, es un compuesto.
2. Si una sustancia no es químicamente pura, es o bien una mezcla heterogénea o una mezcla homogénea. Si su composición es uniforme en todo momento, es una mezcla homogénea.

Solución

1. A) El té es una solución de compuestos en agua, por lo que no es químicamente puro. Por lo general, se separa de las hojas de té por filtración.
   B) Debido a que la composición de la solución es uniforme en todo momento, es una mezcla homogénea.
2. A) El jugo de naranja contiene partículas de sólidos (pulpa) así como líquidos; no es químicamente puro.
   B) Debido a que su composición no es uniforme en todo momento, el jugo de naranja es una mezcla heterogénea.
3. A) Un disco compacto es un material sólido que contiene más de un elemento, con regiones de diferentes composiciones visibles a lo largo de su borde. De ahí que un disco compacto no sea químicamente puro.
   B) Las regiones de diferente composición indican que un disco compacto es una mezcla heterogénea.
4. A) El óxido de aluminio es un compuesto único, químicamente puro.
5. A) El selenio es uno de los elementos conocidos.

Ejercicio\(\PageIndex{1}\)

Identificar cada sustancia como un compuesto, un elemento, una mezcla heterogénea o una mezcla homogénea (solución).

1. vino blanco
2. mercurio
3. aderezo para ensaladas estilo rancho
4. azúcar de mesa (sacarosa)

Respuesta a:

mezcla homogénea (solución)

Respuesta b:

elemento

Respuesta c:

mezcla heterogénea

Respuesta d:

compuesto

Ejemplo\(\PageIndex{2}\)

¿Cómo categorizaría un químico cada ejemplo de materia?

1. agua salada
2. suelo
3. agua
4. oxígeno

Solución

1. El agua salada actúa como si se tratara de una sola sustancia a pesar de que contiene dos sustancias: sal y agua. El agua salada es una mezcla homogénea, o una solución.
2. El suelo está compuesto por pequeños trozos de una variedad de diferentes materiales, por lo que es una mezcla heterogénea.
3. El agua es una sustancia; más específicamente, debido a que el agua está compuesta por una relación fija de átomos de hidrógeno y oxígeno, es un compuesto.
4. El oxígeno, una sustancia, es un elemento.

Ejercicio\(\PageIndex{2}\)

¿Cómo categorizaría un químico cada ejemplo de materia?

1. café
2. hidrógeno
3. un huevo

Respuesta a:

El café, asumiendo que se filtra, es una variedad de sustancias disueltas en agua, por lo tanto, es una mezcla homogénea, o una solución.

Respuesta b:

El hidrógeno es un elemento conocido.

Respuesta c:

Un huevo está compuesto por muchas sustancias diferentes con diferentes composiciones entre la yema y la clara, es una mezcla heterogénea.

Resumen

La materia puede clasificarse en dos amplias categorías: sustancias puras y mezclas. Una sustancia pura es una forma de materia que tiene una composición constante y propiedades que son constantes en toda la muestra. Las mezclas son combinaciones físicas de dos o más elementos y/o compuestos. Las mezclas pueden clasificarse como homogéneas o heterogéneas. Elementos y compuestos son ambos ejemplos de sustancias puras. Los compuestos son sustancias que están compuestas por más de un tipo de átomo. Los elementos son las sustancias más simples compuestas por un solo tipo de átomo.

Colaboradores y Atribuciones

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• Marisa Alviar-Agnew (Sacramento City College)

• Henry Agnew (UC Davis)

• Paul R. Young, Professor of Chemistry, University of Illinois at Chicago, Wiki: AskTheNerd; PRYaskthenerd.com - pyounguic.edu; ChemistryOnline.com