La materia está formada por unas unidades diminutas denominadas átomos. Actualmente sabemos que existen 119 tipos diferentes de átomos, los cuales son la base de los 119 elementos de la tabla periódica (incluyendo el “unnunennio” que está siendo sintetizado actualmente en Japón).
Los elementos químicos pueden formar sustancias puras y mezclas. Una sustancia pura es aquella que tiene una composición y unas propiedades características que no cambian, sean cuales sean las condiciones físicas en las que se encuentre; es decir, las transformaciones físicas (fusión, ebullición…) no le afectan. Es el ejemplo del agua, cuya composición es la misma esté presente en estado sólido, líquido como gaseoso.
Síguelo paso a paso en este vídeo:
Las sustancias puras pueden clasificarse en:
- Sustancia simple: sustancia pura formada por un solo tipo de elemento químico. Los elementos conocidos comprenden desde sustancias comunes como el carbono, el hierro o la plata, hasta sustancias poco frecuentes como el lutecio o el tulio.
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En la naturaleza podemos encontrar aproximadamente 90 de estos elementos. El resto no aparecen de forma natural y solamente podemos obtenerlos artificialmente.
- Compuestos: son sustancias en las que se combinan entre sí los átomos de diferentes elementos. Los científicos han identificado millones de compuestos químicos diferentes. En algunos casos podemos aislar una molécula de un compuesto. Una molécula es la entidad más pequeña posible en la que se mantienen las mismas proporciones de los átomos constituyentes que en el compuesto químico.
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Una molécula de agua está formada por tres átomos: dos átomos de hidrógeno unidos a un solo átomo de oxígeno. Una molécula de peróxido de hidrógeno tiene dos átomos de hidrógeno y dos átomos de oxígeno; los átomos de oxígeno están unidos entre sí y hay un átomo de hidrógeno unido a cada átomo de oxígeno. En cambio, una molécula de la proteína de la sangre llamada “gamma globulina”, está formada por 19996 átomos de sólo cuatro tipos: carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno.
La composición y las propiedades de un elemento o compuesto son uniformes en cualquier parte de una muestra determinada, o en muestras distintas del mismo elemento o compuesto.
Cuando una sustancia está formada por dos o más sustancias simples, se conoce como mezcla, cuyas propiedades se mantienen constantes pero su composición es variable. Mediante procesos físicos podemos aislar y obtener los componentes que forman las mezclas.
Las mezclas pueden clasificarse en:
- Mezcla homogénea: cuyas composición y propiedades son uniformes en cualquier parte de una muestra determinada, pero pueden variar de una muestra a otra. Una determinada disolución acuosa de sacarosa tiene un dulzor uniforme en cualquier parte de la disolución, pero el dulzor de otra disolución de sacarosa puede ser muy distinto si las proporciones de azúcar y agua son diferentes. El aire ordinario es una mezcla homogénea de varios gases, principalmente los elementos nitrógeno y oxígeno.
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El agua del mar es otro ejemplo de mezcla homogénea ya que es una disolución de los compuestos agua, cloruro de sodio (sal) y muchos otros. La gasolina también es una mezcla homogénea o disolución de docenas de compuestos.
- Mezcla heterogénea: son aquellas en las que a simple vista es sencillo identificar los distintos componentes que las conforman. Es el caso de la formada por arena y agua, los componentes se separan en zonas diferenciadas. Por tanto, la composición y las propiedades físicas varían de una parte a otra de la mezcla.
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Son muchas las mezclas heterogéneas que conocemos como las formadas por agua y alcohol, aceite y vinagre, cera y agua, etc.
Un tipo concreto de mezclas heterogéneas son los “coloides” ó “sistemas coloidales”, los cuales son fácilmente de confundir con las mezclas homogéneas. Un coloide es una mezcla donde el soluto, o uno de ellos, son partículas muy pequeñas dispersas en el disolvente las cuales no son visibles directamente, sólo lo son a nivel microscópico.
Los coloides se clasifican en función de la atracción presente entre la fase dispersa y la fase continua. Los sistemas coloidales más conocidos son, entre otros, las emulsiones, los geles, los aerosoles o las espumas.
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De manera general y más visual podemos comprender si una sustancia es pura, mezcla homogénea, heterogénea… gracias al siguiente esquema:
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Separación de mezclas
Los componentes de una mezcla pueden separarse mediante transformaciones físicas adecuadas. En el caso de una mezcla heterogénea, cada uno de sus componentes, conserva sus propiedades características los cuales pueden aprovecharse para su separación.
Los procedimientos físicos más empleados son:
- Filtración: mediante este proceso, podemos separar un sólido de un líquido en el que se encuentra en suspensión.
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- Decantación: procedimiento para separar dos líquidos inmiscibles debido a que uno de ellos es más denso que el otro.
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Dicho proceso es posible gracias al embudo de decantación donde tras verter la mezcla y esperar un tiempo, podemos obtener la fase inferior con solo abrir la válvula del mismo.
- Separación magnética: se utiliza para separar sustancias sólidas magnéticas como hierro, níquel, cobalto, etc. Mediante la aproximación de un imán a la mezcla se genera un campo magnético quedando atraído al mismo el compuesto ferroso mientras que el material no ferroso se queda inamovible.
- Tamizado: consiste en hacer pasar una mezcla formada por partículas sólidas de diferentes tamaños por un tamiz o conjunto de tamices. Las partículas de menor tamaño pasan por los poros del tamiz atravesándolo y las grandes quedan retenidas por el mismo. El conjunto de tamices, aparato conocido como “tamizadora” puede estar formado por barras fijas o en movimiento, por placas perforadas, o por tejidos de hilos metálicos.
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El material que pasó a través de un tamiz y ha sido retenido por otro, porque sus orificios son de menor tamaño que el anterior, suele considerarse como de tamaño igual a la medida aritmética de las aberturas de ambos tamices; este valor representa el tamaño medio o diámetro medio, y se representa por el símbolo Dm.
En el caso de las mezclas homogéneas, los procedimientos más usados son:
- Cristalización: mediante la adicción del disolvente adecuado, obtenemos la cristalización de alguno de los solutos permaneciendo los otros, así como las impurezas, en la disolución.
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- Destilación: consiste en hacer hervir una mezcla y condensar después, por enfriamiento los vapores que se han producido. La separación mediante el proceso de destilación depende del hecho de que los componentes de la disolución suelen diferir en su volatilidad, es decir, en la facilidad con que se evaporan, de tal forma que, al hervir la disolución, el vapor que se produce es más rico en el componente más volátil.
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- Cromatografía: se basa en la distinta capacidad de los compuestos para adherirse a las superficies de varias sustancias sólidas, como el papel o el almidón.
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La cromatografía se logra por medio de la utilización de dos fases: una fase móvil, la cual es una solución que está compuesta por distintos elementos; y una fase estacionaria que se caracteriza por ser un material sólido que permanece sin cambios tras la realización de la técnica.
En función de la naturaleza de la fase móvil y la fase estacionaria se pueden distinguir distintos tipos de cromatografía: sólido-líquido; líquido-líquido; líquido-gas; etc.
Descomposición de compuestos
Un compuesto químico mantiene su identidad durante las transformaciones físicas pero puede descomponerse en sus elementos constituyentes por medio de transformaciones químicas. Es más difícil llevar a cabo la descomposición de un compuesto en sus elementos constituyentes que la mera separación física de las mezclas.
Por ejemplo, la extracción del hierro de los minerales de óxido de hierro requiere un alto horno o la obtención de magnesio a partir de cloruro de magnesio a escala industrial requiere electricidad. Generalmente es más fácil convertir un compuesto en otros compuestos mediante reacción química, que separar un compuesto en sus elementos constituyentes. Por ejemplo, cuando se calienta el dicromato de amonio se descompone, formándose las sustancias óxido de cromo (III) nitrógeno y agua.
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Por lo tanto los métodos más usados para descomponer compuestos son:
- Por calor: aumentando la temperatura del compuesto.
- Por electrólisis: aplicando corriente eléctrica a la mezcla para que se descomponga en sus distintos elementos.