La materia es todo lo que existe en el universo,
tiene masa y ocupa un lugar en el espacio. Se clasifica en dos grandes
categorías: materia ordinaria y materia oscura. La materia
oscura, aunque representa una proporción mucho mayor del universo, es
invisible y no interactúa directamente con la luz, lo que la hace no observable
mediante métodos convencionales. Por otro lado, el curso de química se
centra en el estudio de la materia ordinaria, que constituye todo
aquello que podemos observar y manipular en nuestro entorno.
La materia
ordinaria puede presentarse en diferentes estados físicos según su nivel
de energía: sólido, líquido, gaseoso y plasma.
Los sólidos poseen forma y volumen definidos, los líquidos tienen
volumen definido pero adoptan la forma del recipiente, los gases no
tienen forma ni volumen definidos, y el plasma, un estado de alta
energía, consiste en un gas ionizado con partículas cargadas. Además de estos,
existen otros estados exóticos de la materia, menos comunes y que se
manifiestan bajo condiciones extremas, como el condensado de Bose-Einstein,
el líquido cuántico o los cristales de tiempo, los cuales son
objeto de investigación avanzada en física y química. Estos estados nos
permiten explorar las propiedades fundamentales de la materia en contextos más
allá de lo cotidiano.
La materia
ordinaria en sustancias puras y sustancias impuras (que veremos en la
siguiente lección). Las sustancias puras están compuestas por un solo tipo
de entidad o partícula, ya sea átomos o moléculas. Una sustancia
pura es aquella que posee las mismas propiedades químicas y físicas
en cualquier lugar del universo, independientemente de las condiciones
externas. Estas propiedades, consideradas en su conjunto, constituyen lo que
conocemos como su identidad química, que incluye características como su
composición, estructura molecular y reactividad. Cuando varias sustancias
comparten propiedades químicas similares, las agrupamos en familias de
sustancias, lo que permite clasificar y estudiar de manera sistemática los
comportamientos y patrones comunes entre ellas. Ejemplos de familias de
sustancias incluyen los ácidos, los azúcares y los metales
alcalinos. Es importante destacar que una misma sustancia puede pertenecer
a múltiples familias químicas, ya que estas dependen de los criterios de
organización, los cuales pueden variar según el contexto químico o el
enfoque del estudio. Por ejemplo, el ácido acético (CH₃COOH) pertenece
simultáneamente a la familia de los ácidos carboxílicos y a la de los compuestos
orgánicos oxigenados, mientras que la glucosa (C₆H₁₂O₆) se clasifica
tanto como un azúcar (o carbohidrato) como un compuesto
polihidroxilado. Esta flexibilidad en la clasificación refleja la
diversidad de propiedades químicas y la posibilidad de analizar las sustancias
desde diferentes perspectivas, como su funcionalidad, estructura molecular o
comportamiento en reacciones químicas.
Figura
1. La figura representa la clasificación clásica de la materia ordinaria,
dividiéndola en sustancias puras e impuras. Las sustancias puras se subdividen
en elementos, que son aquellos compuestos por un solo tipo de átomo, y
compuestos, que están formados por dos o más elementos químicos combinados en
proporciones fijas. Las sustancias impuras o mezclas, por otro lado, se dividen
en homogéneas, aquellas que tienen una composición uniforme en toda su
extensión, como las soluciones, y heterogéneas, que presentan una composición
no uniforme, como las mezclas de arena y agua o los materiales que contienen fases
distintas a simple vista. Esta clasificación proporciona un marco básico para
entender la estructura y composición de la materia en el ámbito de la química.
Dentro de las
sustancias puras se encuentran los elementos, que están formados por
átomos o moléculas de la misma identidad química. Estos elementos pueden ser monoatómicos
“átomos libres”, como el helio (He), diatómicos, como el
dioxígeno (O₂), o poliatómicos, como el octazufre (S₈),
siendo los diatómicos o poliatómicos moleculares ya que sus partículas
son conjuntos de átomos enlazados. También existen los compuestos,
que están formados por moléculas con átomos de distinta identidad química, como
el agua (H₂O) o el metano (CH₄). Estas sustancias poseen
propiedades específicas, entre las que destacan la masa estándar o masa
molar, que puede ser atómica (un átomo aislado), molecular (una molécula
aislada) o molar (una mol de entidades). Además, presentan polaridad,
que está relacionada con la forma de las moléculas y la manifestación de cargas
atractivas o repulsivas.
Desde 2019, el Sistema
Internacional de Unidades (SI) define al mol como un sistema que
contiene exactamente 6.02214076 × 10²³ entidades elementales (ya sean
átomos, moléculas, iones, electrones u otras partículas como esferas, hojas,
personas, u otras entidades contables). En lenguaje coloquial, esto equivale
aproximadamente a 602 214 trillones largos de entidades.
Los átomos
son las partículas más pequeñas que conservan la identidad química de un
elemento. Se representan mediante diversos modelos atómicos
desarrollados a lo largo de la historia, como el modelo de esferas
(Dalton y Thomson), el modelo planetario (Rutherford y Bohr) y el modelo
de probabilidades (actual). Este último, basado en principios
matemáticos, no ofrece una imagen mental precisa del átomo, sino una
interpretación probabilística de su estructura, representada como nubes de
densidad electrónica. Cuando los átomos se unen mediante un enlace
químico fuerte, forman moléculas. Por otro lado, al ganar o perder
electrones, los átomos dan lugar a iones monoatómicos, mientras que las
moléculas pueden formar iones poliatómicos.
Referencias
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