Fundamentos de las Sustancias Químicas: Definición, Propiedades, Clasificación y Estados

¿Qué es una Sustancia?

Una sustancia es una clase de materia de composición definida que presenta propiedades físicas y químicas características. La composición química de la sustancia hace referencia a la cantidad y relación de los átomos que forman una molécula o una estructura mínima de dicha sustancia. La composición se representa mediante una fórmula que utiliza los símbolos de los elementos químicos intervinientes y un subíndice que indica la cantidad de átomos de cada elemento.

Propiedades de las Sustancias

Las sustancias tienen propiedades físicas (como el color, olor, temperatura de fusión, densidad, etc.) y propiedades químicas (como, por ejemplo, el comportamiento de una sustancia frente a otra bajo el efecto combinado de energía, su reactividad, tendencia a la oxidación, etc.).

Las propiedades características de una sustancia son aquellas que permiten diferenciarla de otras. Muchas de estas propiedades dependen de la presión y la temperatura a la que se encuentre la sustancia.

Clasificación de las Sustancias

Teniendo en cuenta la composición química de las sustancias (a menudo denominadas sustancias puras para distinguirlas de las mezclas), es decir, la cantidad y tipo de átomos y moléculas que las forman, estas se pueden clasificar en sustancias simples y sustancias compuestas. A continuación, se presenta un resumen de esta clasificación y algunos ejemplos:

• Sustancias Simples: Formadas por átomos de un mismo elemento químico.
  • Metales: Ejemplos: hierro (Fe), oro (Au).
  • No metales: Ejemplos: oxígeno (O₂), ozono (O₃).
  • Gases inertes: Ejemplos: helio (He), neón (Ne).
• Sustancias Compuestas: Formadas por átomos de diferentes elementos químicos.
  • Sustancias Orgánicas: Generalmente contienen carbono. Ejemplos: sacarosa, paracetamol.
  • Sustancias Inorgánicas: No suelen tener carbono como elemento principal (con excepciones). Ejemplos: NaCl (cloruro de sodio), CaO (óxido de calcio, cal viva).

Sustancias Simples

Una sustancia es simple cuando los átomos que forman sus moléculas (o su estructura) pertenecen a un mismo elemento químico. Pueden ser metales, no metales o gases inertes.

Características de los Metales

Los metales se caracterizan por encontrarse, en su mayoría, en estado sólido a temperatura ambiente (salvo el mercurio, que es líquido). Son buenos conductores del calor y la electricidad, y son dúctiles y maleables.

Características de los No Metales

Los no metales presentan propiedades generalmente opuestas a los metales. Son malos conductores del calor y la electricidad (con excepciones como el carbono en forma de grafito y el silicio). Los que se encuentran en estado sólido suelen ser quebradizos.

Características de los Gases Inertes

Los gases inertes (o nobles) se caracterizan por ser muy poco reactivos químicamente, es decir, que difícilmente forman sustancias compuestas. Se encuentran todos en estado gaseoso a temperatura ambiente y son malos conductores del calor y la electricidad.

Variedades Alotrópicas

Las diferentes formas en que un mismo elemento químico puede existir en el mismo estado físico, presentando propiedades físicas y, a veces, químicas distintas, se denominan variedades alotrópicas o alótropos. Por ejemplo, el oxígeno (O₂) y el ozono (O₃) son variedades alotrópicas del elemento oxígeno.

Sustancias Compuestas

Una sustancia es compuesta cuando los átomos que forman las moléculas (o unidades formulares) que la componen pertenecen a elementos químicos diferentes. Se clasifican tradicionalmente en orgánicas e inorgánicas, principalmente teniendo en cuenta su composición y origen.

Sustancias Orgánicas

Las sustancias orgánicas son, en su gran mayoría, aquellas que tienen carbono como elemento principal en sus fórmulas, combinado con hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y otros elementos. Característicamente, no resisten altas temperaturas; alrededor de los 300 °C, muchas se carbonizan.

Sustancias Inorgánicas

Las sustancias inorgánicas son todas aquellas formadas por los demás elementos químicos de la tabla periódica, así como algunos compuestos simples del carbono (como CO, CO₂, carbonatos, cianuros). En general, resisten altas temperaturas sin descomponerse, incluso hasta 700 °C o más.

Estados de Agregación de las Sustancias

Una propiedad fundamental de las sustancias es su estado de agregación, el cual depende principalmente de la temperatura y la presión ambiente. Existen tres estados principales de agregación:

• Sólido
• Líquido
• Gaseoso

Estado Sólido

El estado sólido se caracteriza por tener una forma y un volumen definidos. Las fuerzas que mantienen unidas sus partículas (átomos, moléculas o iones) son muy intensas, lo que restringe su movimiento principalmente a vibraciones en torno a posiciones fijas en una estructura ordenada.

Estado Líquido

El estado líquido se caracteriza por tener una forma variable (se adapta al recipiente que lo contiene) y un volumen definido. Las fuerzas que mantienen unidas sus partículas son moderadas, lo que permite que las partículas se muevan y deslicen unas sobre otras, manteniendo un contacto cercano.

Estado Gaseoso

El estado gaseoso se caracteriza por tener una forma y un volumen variables, adaptándose completamente al recipiente que lo contiene y ocupando todo el espacio disponible. Las fuerzas que mantienen unidas sus partículas son extremadamente débiles o prácticamente inexistentes, lo que permite que sus moléculas se muevan libremente a gran velocidad, en todas las direcciones, y choquen entre ellas y contra las paredes del recipiente.