Clasificación de la materia

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Además de su clasificación por estado físico, la materia también puede clasificarse en términos de su composición química como sustancia pura o como mezcla.

Fig. 1. Clasificación de la materia. Clasificación de la materia dependiendo de la posibilidad de separar sus componentes. Tenga en cuenta que los elementos pueden encontrarse como moléculas como en el caso del oxígeno $\ce{\color{#006cda}O2}$ o como átomos libres en el caso de los gases nobles como $\ce{\color{#006cda}He}$, y que el concepto de molécula en el diagrama agrupa no solo a las moléculas covalentes, sino también a agrupaciones iónicas como $\ce{\color{#006cda}NaCl}$ y a metales puros como el hierro.

Sustancias puras

Una sustancia pura es un tipo único de materia que no puede separarse en otros tipos de materia por ningún medio físico. Todas las muestras de una sustancia pura contienen solo esa sustancia y nada más. El agua pura es agua y nada más. La sacarosa pura (azúcar de mesa) contiene solo esa sustancia y nada más. Una sustancia pura siempre tiene una definición y composición constante. Esta composición invariante dicta que las propiedades de una sustancia pura son siempre las mismas bajo un conjunto dado de condiciones. Colectivamente, estas propiedades físicas y químicas definidas y constantes constituyen el medio por el cual identificamos la sustancia pura.

Compuestos

Los compuestos son sustancias puras generadas por moléculas de diferentes tipos de elementos como por ejemplo el agua que está formada por la unión de hidrógeno y oxígeno.

Elementos

Los elementos son tipos de átomos que generan a los compuestos, en general se los define con base a la cantidad de cargas positivas que tienen los núcleos de sus átomos, lo cual provoca que posean propiedades químicas semejantes. Aunque por lo general una muestra de un elemento puro es consistente en sus propiedades químicas y la mayoría de sus propiedades físicas, existen algunas propiedades físicas que difieren y permiten dividirlos en isótopos, estas propiedades son la masa del átomo y en ocasiones la capacidad de ser radioactivos. Tener una muestra de un elemento purificado a nivel isotópico es el tipo de materia más pura que se puede tener.

Fig. 2. Las sustancias mostradas anteriormente son puras, pero la izquierda es compuesta (óxido férrico $\ce{\color{#006cda}Fe2O3}$) y la de la derecha es elemental (carbono amorfo puro $\ce{\color{#006cda}C}$).

Mezclas

Una mezcla es una combinación física de dos o más sustancias puras en la que cada sustancia conserva su propia identidad química, aun cuando, la mezcla como un todo pueda poseer propiedades emergentes provenientes de la interacción de los componentes de la mezcla. Los componentes de una mezcla conservan su identidad porque se mezclan físicamente en lugar de combinarse químicamente. Considere la posibilidad de una mezcla de pequeños cristales de sal de roca y arena ordinaria. Mezclar estas dos sustancias no cambia la sal ni la arena de ninguna manera. Las partículas de sal más grandes e incoloras se distinguen fácilmente de los gránulos de arena más pequeños, de color gris claro. Una característica de cualquier mezcla es que sus componentes se pueden separar utilizando métodos físicos. En nuestra mezcla de sal y arena, los cristales de sal más grandes podrían ser, aunque muy tediosamente, "manualmente" de la arena. Un método de separación algo más fácil sería disolver la sal en agua, lo que dejaría atrás la arena no disuelta. La sal podría recuperarse por evaporación del agua. Una mezcla de azufre sólido (polvo amarillo) y ferrita de hierro. Se puede usar un imán para separar los componentes de esta mezcla. Otra característica de una mezcla es la composición variable. Se pueden hacer numerosas mezclas diferentes de sal y arena, con composiciones que varían desde una mezcla de arena ligeramente salada hasta una mezcla de sal ligeramente arenosa, variando las cantidades de los dos componentes.

Mezclas heterogéneas

Las mezclas se subclasifican como heterogéneas u homogéneas. Esta subclasificación se basa en el reconocimiento visual de los componentes de la mezcla. Una mezcla heterogénea es una mezcla que contiene fases (partes) visiblemente diferentes, cada una de las cuales tiene propiedades diferentes. Una apariencia no uniforme es una característica de todas las mezclas heterogéneas. Los ejemplos incluyen galletas con chispas de chocolate y muffins de arándanos. Las mezclas heterogéneas que ocurren naturalmente incluyen rocas, suelos y madera.

Fig. 3. Aunque el agua potable parece una sustancia pura compuesta ($\ce{\color{#006cda}H2O}$), en realidad es una mezcla homogénea que contiene iones de cloro, sodio, potasio y otros minerales. Las mezclas heterogéneas si permiten identificar claramente las sustancias combinadas.

Mezclas homogéneas

Una mezcla homogénea es una mezcla que contiene solo una fase (parte) visiblemente distinta, que tiene propiedades uniformes en todo. Los componentes presentes en una mezcla homogénea no se pueden distinguir visualmente. Una mezcla de agua y azúcar en la que se ha disuelto todo el azúcar tiene una apariencia similar a la del agua pura. El aire es una mezcla homogénea de gases; el aceite de motor y la gasolina son mezclas multicomponentes homogéneas de líquidos; y las aleaciones de metales tales como el oro de 14 quilates (una mezcla de cobre y oro) son ejemplos de mezclas homogéneas de sólidos. La homogeneidad presente en las aleaciones metálicas de estado sólido se logra mezclando los metales mientras están en estado fundido.

Referencias

Brown, T. L., LeMay, H. E., Bursten, B. E., & Lancaster, M. (2022). Chemistry: The central science (15th ed.). Pearson.

Chang, R. (2021). Chemistry: The central science (14th ed.). Pearson.

Seager, S. (2022). Chemistry for today: General, organic, and biochemistry (10th ed.). Cengage Learning.