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.

Figura. 1. La materia se clasifica en sustancias puras y mezclas. Las sustancias puras pueden ser elementos (como el cobre) o compuestos (como el azúcar), y presentan una composición constante. Las mezclas pueden ser heterogéneas, con componentes visibles (como aceite y agua), o homogéneas o soluciones, con composición uniforme (como una bebida gaseosa). A nivel microscópico, la materia puede estar formada por átomos, moléculas covalentes, iones o estructuras metálicas, dependiendo de su naturaleza química.

Sustancias puras

Una sustancia pura es un tipo de materia con una composición uniforme e invariable, lo que significa que no puede separarse en componentes más simples mediante métodos físicos como filtración, decantación o destilación. Cada muestra de una sustancia pura contiene exclusivamente ese tipo de sustancia, sin importar su origen o estado físico. Por ejemplo, el agua destilada contiene únicamente moléculas de H₂O, mientras que la sacarosa pura está formada solo por moléculas de C₁₂H₂₂O₁₁. No hay impurezas ni mezclas presentes, lo que permite que sus propiedades se mantengan constantes en todas las muestras.

La composición constante de una sustancia pura determina sus propiedades físicas y químicas. Estas incluyen su punto de fusión, punto de ebullición, densidad, solubilidad, reactividad y otras características observables o medibles. Bajo condiciones controladas, estos valores no cambian, lo que permite utilizar estas propiedades para identificar y clasificar sustancias con precisión. Así, las sustancias puras desempeñan un papel esencial en la ciencia, ya que sirven como referencia para estudiar mezclas, reacciones químicas o procesos de purificación.

Compuestos

Los compuestos son un tipo de sustancia pura formada por la combinación química de dos o más elementos diferentes en proporciones fijas. Esta unión da lugar a moléculas o estructuras cristalinas con propiedades nuevas y distintas de las de los elementos que los conforman. Por ejemplo, el agua (H₂O) es un compuesto resultante de la combinación de hidrógeno y oxígeno, dos elementos gaseosos que al unirse producen un líquido esencial para la vida. Esta transformación muestra cómo los átomos, al reorganizarse mediante enlaces químicos, generan sustancias completamente distintas en su comportamiento físico y químico.

Cada compuesto tiene una composición definida y una fórmula química específica, lo que significa que siempre contiene los mismos elementos en la misma proporción. Esta regularidad permite predecir sus propiedades químicas y físicas, como su punto de ebullición, su solubilidad en distintos disolventes o su reactividad ante otras sustancias. A diferencia de las mezclas, los compuestos no pueden separarse en sus elementos constituyentes mediante procesos físicos, sino únicamente a través de reacciones químicas. Este carácter indivisible por métodos físicos confirma que, a pesar de estar formados por varios elementos, los compuestos siguen considerándose sustancias puras.

Elementos

Los elementos son sustancias fundamentales formadas por un solo tipo de átomos, y constituyen la base de toda la materia. Cada elemento se distingue por el número de protones (cargas positivas) en el núcleo de sus átomos, lo que se denomina número atómico. Esta característica determina sus propiedades químicas y explica por qué los átomos de un mismo elemento reaccionan de manera similar. Por ejemplo, todos los átomos de oxígeno tienen ocho protones en su núcleo, lo que les da sus propiedades oxidantes típicas. Los elementos no pueden descomponerse en sustancias más simples mediante ningún proceso químico ordinario.

Aunque una muestra de un elemento puro presenta uniformidad en sus propiedades químicas y en muchas de sus propiedades físicas, puede contener isótopos, es decir, átomos del mismo elemento con igual número de protones pero diferente número de neutrones. Esta variación en la masa atómica puede influir en ciertas propiedades físicas, como la densidad o la radioactividad, sin alterar la reactividad química del elemento. Por ejemplo, el carbono-12 y el carbono-14 tienen propiedades químicas idénticas, pero el segundo es radioactivo. Una muestra purificada de un solo isótopo representa el grado más alto de pureza elemental, ya que elimina incluso estas pequeñas diferencias en la masa atómica.

Figura. 2. El óxido férrico rojo y el hierro ferroso negro son sustancias puras, pero el primero es un compuesto y el segundo un elemento. Ambos contienen átomos de hierro, pero su proporción y tipo de enlace cambian su estructura y propiedades. Esto muestra cómo la forma en que los átomos se combinan determina si una sustancia es compuesta o elemental.

Mezclas

Una mezcla es una combinación física de dos o más sustancias puras, en la que cada componente conserva su identidad química, incluso cuando el conjunto puede presentar propiedades emergentes debido a la interacción entre los constituyentes. A diferencia de los compuestos, en una mezcla los componentes no se unen químicamente. Por ejemplo, en una mezcla de cristales de sal y arena, ambos conservan sus propiedades originales; la sal permanece incolora y granular, mientras que la arena sigue siendo de grano fino y gris claro. Esta distinción visual refleja la separación de identidades químicas.

Una característica fundamental de las mezclas es que sus componentes pueden separarse mediante métodos físicos, como la disolución, filtración, evaporación o uso de imanes, dependiendo de las propiedades de las sustancias involucradas. En la mezcla de sal y arena, es posible disolver la sal en agua, dejando la arena atrás, y luego recuperar la sal mediante evaporación. En otra mezcla, como la de azufre (amarillo) y ferrita de hierro, se puede emplear un imán para extraer las partículas metálicas. Además, las mezclas tienen composición variable, lo que permite modificar las proporciones de los componentes, generando desde mezclas mayoritariamente arenosas hasta otras predominantemente salinas. Esta flexibilidad es una propiedad distintiva respecto a las sustancias puras, cuya composición es constante

Mezclas heterogéneas

Las mezclas pueden clasificarse en heterogéneas u homogéneas, dependiendo de si sus componentes son distinguibles a simple vista o no. Esta clasificación se basa en la apariencia y distribución visual de sus componentes. Una mezcla heterogénea presenta fases o partes visiblemente distintas, cada una con propiedades propias. En otras palabras, sus componentes no están distribuidos de manera uniforme y pueden observarse separadamente. Por ejemplo, una galleta con chispas de chocolate muestra claramente la masa y las chispas como entidades diferenciadas. Del mismo modo, los muffins con arándanos permiten distinguir fácilmente los frutos del resto del alimento.

En la naturaleza, muchas sustancias que encontramos son mezclas heterogéneas. Ejemplos notables son las rocas, formadas por varios minerales visibles; los suelos, que contienen fragmentos de materia orgánica, arcilla y arena en distintas proporciones; y la madera, cuyas vetas y fibras marcan estructuras diferenciadas. Esta no uniformidad en la apariencia es una característica fundamental de las mezclas heterogéneas. Cada fase puede presentar propiedades físicas y químicas distintas y, en muchos casos, se pueden separar fácilmente por medios físicos, como el tamizado, la decantación o la sedimentación. Este tipo de clasificación es esencial para comprender la estructura de la materia en contextos cotidianos, industriales y científicos.

Figura. 3. Aunque el agua potable parece una sustancia pura (H₂O), es en realidad una mezcla homogénea que contiene iones disueltos como Cl⁻, Na⁺ y K⁺, responsables de su sabor mineral. En contraste, las mezclas heterogéneas como agua y aceite permiten distinguir sus componentes, al presentar fases visibles debido a diferencias en propiedades físicas y químicas.

Mezclas homogéneas

Una mezcla homogénea es aquella en la que los componentes se combinan de forma tan uniforme que no es posible distinguirlos visualmente. Esta mezcla contiene una sola fase visible y posee propiedades uniformes en toda su extensión. Al disolverse completamente el soluto en el solvente, como ocurre con el azúcar en el agua, la solución resultante luce igual que el agua pura, aunque su composición química haya cambiado. Este tipo de mezclas también se conocen como soluciones verdaderas, debido a su nivel de homogeneidad.

Existen numerosos ejemplos de mezclas homogéneas en distintos estados de la materia. El aire es una mezcla homogénea de gases, donde no se pueden diferenciar el oxígeno, el nitrógeno u otros componentes. Los combustibles como el aceite de motor o la gasolina son mezclas líquidas homogéneas con múltiples compuestos combinados en proporciones precisas. En estado sólido, las aleaciones metálicas como el oro de 14 quilates —una mezcla uniforme de oro y cobre— representan un caso especial: su homogeneidad se consigue al fundir los metales y mezclarlos mientras están líquidos, permitiendo una distribución uniforme antes de que solidifiquen. Esta característica hace que las mezclas homogéneas sean fundamentales en industrias como la farmacéutica, la alimentaria o la metalúrgica.

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.