Sustancias químicas: fenómenos físicos y químicos, elementos, compuestos y mezclas
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La química estudia la materia: de qué está hecha, cómo se transforma y qué energía interviene en esos cambios. Antes de hablar de átomos y reacciones, conviene saber clasificar lo que nos rodea: ¿es una sustancia pura o una mezcla? ¿El cambio que observamos es físico o químico?
Fenómenos físicos y químicos
| Fenómeno físico | Fenómeno químico | |
|---|---|---|
| Qué cambia | La forma, el tamaño o el estado de agregación | La composición: se forman sustancias nuevas |
| ¿Se conserva la sustancia? | Sí, sigue siendo la misma | No, se transforma en otra |
| ¿Es reversible? | Casi siempre, con facilidad | Por lo general no, o es difícil |
| Ejemplos | Hervir agua, derretir hielo, romper un vidrio, disolver azúcar, estirar una liga | Quemar papel, oxidar un clavo, cocinar un huevo, fermentar uva, digerir alimentos |
Algunas señales de que ocurrió un cambio químico son: desprendimiento de gas (burbujas), cambio de color, formación de un sólido (precipitado) y liberación o absorción de luz y calor.
Ejemplo: cuando el agua hierve, sus moléculas siguen siendo ; solo pasan de líquido a gas (fenómeno físico). Cuando la madera se quema, se forman dióxido de carbono, agua y cenizas, sustancias que antes no existían (fenómeno químico).
Sustancias puras: elementos y compuestos
Una sustancia pura tiene una composición fija y propiedades definidas (punto de fusión, densidad, etc.) en cualquier muestra. Hay dos tipos:
- Elemento: sustancia formada por un solo tipo de átomo. No se puede descomponer en otras más simples por métodos químicos. Se representa con un símbolo: , , , . Algunos elementos existen como moléculas de dos o más átomos iguales, como el oxígeno () o el ozono ().
- Compuesto: sustancia formada por dos o más elementos unidos químicamente en una proporción fija. Sus propiedades son distintas de las de sus elementos y solo se separan por métodos químicos. Se representa con una fórmula: , , , .
Ejemplo: el sodio es un metal que reacciona violentamente con el agua y el cloro es un gas tóxico, pero unidos forman el cloruro de sodio (), la sal de mesa.
La molécula es la partícula más pequeña de una sustancia que conserva sus propiedades químicas, por ejemplo una molécula de agua o de amoniaco ().
Mezclas
Una mezcla es la combinación de dos o más sustancias que no se unen químicamente: cada una conserva sus propiedades, la proporción puede variar y los componentes se separan por métodos físicos.
| Tipo | Cómo se ve | Ejemplos |
|---|---|---|
| Homogénea (disolución) | Una sola fase: no se distinguen sus componentes | Agua de mar, aire, vinagre, refresco, latón |
| Heterogénea | Dos o más fases visibles | Agua con aceite, arena con grava, ensalada, granito |
Disoluciones según su estado
Las mezclas homogéneas se llaman disoluciones o soluciones. Tienen un soluto (el que se disuelve, en menor cantidad) y un disolvente (el que disuelve, en mayor cantidad).
| Estado de la disolución | Soluto | Disolvente | Ejemplo |
|---|---|---|---|
| Sólida | Sólido | Sólido | Aleaciones como el latón (cobre y zinc) |
| Líquida | Sólido, líquido o gas | Líquido | Agua de mar, vino, refresco |
| Gaseosa | Gas | Gas | Aire |
Disoluciones según la cantidad de soluto
- No saturada (insaturada): contiene menos soluto del que podría disolver a esa temperatura.
- Saturada: contiene la máxima cantidad de soluto que se puede disolver a esa temperatura y presión.
- Sobresaturada: contiene más soluto que una saturada. Es inestable: con un golpe o un cristal pequeño, el exceso se separa.
Este tema se estudia a fondo en la clase de soluciones y concentración.
Coloides y suspensiones
Entre las disoluciones y las mezclas heterogéneas hay casos intermedios. En los coloides (leche, mayonesa, gelatina, niebla) las partículas son más grandes que en una disolución pero no se asientan. En las suspensiones (agua con tierra, jarabes que dicen «agítese antes de usarse») las partículas se asientan con el tiempo.
Métodos de separación de mezclas
| Método | En qué se basa | Ejemplo |
|---|---|---|
| Filtración | Tamaño de partícula | Separar arena del agua |
| Decantación | Diferencia de densidad | Separar agua y aceite |
| Evaporación | Un componente se evapora | Obtener sal del agua de mar |
| Destilación | Diferentes puntos de ebullición | Separar alcohol y agua |
| Imantación | Propiedades magnéticas | Separar limaduras de hierro de la arena |
| Cromatografía | Distinta afinidad por un soporte | Separar los pigmentos de una tinta |
| Centrifugación | Densidad, acelerada por giro | Separar el plasma de la sangre |
Resumen: clasificación de la materia
Materia
├── Sustancias puras (composición fija)
│ ├── Elementos: Fe, O₂, Na
│ └── Compuestos: H₂O, NaCl, CO₂
└── Mezclas (composición variable)
├── Homogéneas o disoluciones: aire, agua de mar
└── Heterogéneas: agua con aceite, granito
Comprueba lo aprendido
1. La sublimación del hielo seco, ¿es un fenómeno físico o químico?
Físico: el pasa de sólido a gas, pero sigue siendo la misma sustancia.
2. ¿El agua de mar es una sustancia pura o una mezcla?
Es una mezcla homogénea (disolución) de agua, sales y gases disueltos. Su composición varía de un mar a otro y la sal se puede separar por evaporación.
3. ¿En qué se diferencia un compuesto de una mezcla?
En el compuesto los elementos están unidos químicamente en proporción fija y pierden sus propiedades; en la mezcla, los componentes conservan sus propiedades, la proporción varía y se separan por métodos físicos.
Practica con los ejercicios resueltos de esta unidad:
Ejercicios resueltos de temas básicos
Referencias
- Chang, R. y Goldsby, K. A. (2017). Química (12.ª ed.). McGraw-Hill.
- Garritz, A. y Chamizo, J. A. (2001). Tú y la química. Pearson Educación.
- Colegio Nacional de Matemáticas. Guía práctica para el examen de ingreso a la universidad. Pearson Educación (temario de referencia).
