Sustancias simples y compuestas.

 

Al hacer la clasificación de los sistemas materiales, se define sustancia pura cómo aquel sistema que no puede ser fraccionado, recordemos que los métodos de fraccionamiento son aquellos que, por procesos físicos que involucran cambios de estado, permiten obtener sistemas de distintas propiedades intensivas.

 Desde el punto de vista de la constitución de la materia se define a la sustancia pura diciendo que es aquel sistema que está constituido por una sola clase molécula.

 Dichas moléculas pueden ser tales que:

 a) todos los átomos que la constituyen son idénticos entre sí, en este caso se trata de un sustancia pura simple.

b) hay átomos distintos entre sí que se han combinado. En este caso se trata de una sustancia pura compuesta. Una determinada sustancia compuesta puede desdoblarse por métodos químicos en dos o más sustancias diferentes. Por ejemplo a partir del carbono de calcio puedo tenerte óxido de calcio y dióxido de carbono, a partir del agua, puede obtenerse hidrógeno y oxígeno.

CO3Ca ------>  CO2 + CaO

2 H2O ------> 2 H2 + O2

 Una reacción entre dos o más sustancias simples pueden dar origen a una sustancia compuesta por ejemplo al quemar el carbono, éste reacciona con el oxígeno produciendo dióxido de carbono.

C + O2 ------> CO2

 Una sustancia simple puede originar otra sustancia simple, al ser a ciertas condiciones de reacción. Por ejemplo, el ozono puede transformar transformarse en oxígeno.

2 O3 ------> 3 O2

 

Concepto de elemento símbolo.

 

Si tenemos en cuenta una determinada sustancia simple, como es el oxígeno y otras sustancias simples y compuestas como son el ozono, el óxido de mercurio, el agua, diremos que todas ellas tienen un componente en común.  Es decir, en la molécula de todas las sustancias mencionadas, existen átomos de oxígeno.

 

                                                   O2         oxigeno                     sustancia simple

                                                   O3         ozono                        sustancia simple

                                                   HgO      oxido de mercurio      sustancia compuesta

                                                   H2O      agua                          sustancia compuesta

 

 

 A partir de ozono, óxido de mercurio y agua, es posible obtener oxígeno aplicando en cada caso las condiciones de reacción adecuada.

Definimos elemento diciendo qué, es el componente común entre una determinada sustancia simple y cualquier otra sustancia simple o compuesta, que por algún método pueden producir esa misma sustancia simple.

La noción del elemento y de sustancia simple no son equivalentes, una sustancia simple está formada por átomos de un mismo elemento pero puede haber varias sustancias simples formadas por átomos de ese elemento.

Los ejemplos más comunes son el  son el del elemento oxígeno qué puede formar sustancia simple oxígeno y sustancia simple ozono y el del elemento fósforo que puede formar sustancia simple fósforo rojo y sustancia simple fósforo blanco.

El elemento se representa con un símbolo, la sustancia simple se representa con una fórmula molecular.

 

Elemento                                                         Sustancia simple

 

oxigeno :         O                                      oxigeno                                :      O2

                                                                ozono                                  :      O3

 

fosforo  :          P                                      fosforo blanco                      :       P4

                                                                fosforo rojo                          :      P8

 

En la actualidad se conocen 103 elementos cada uno de los cuales se representa por un símbolo, el símbolo del elemento está formado por una letra mayúscula de imprenta que coincide con la inicial de su nombre en latín, en algunos casos esta inicial coincide para varios elementos, se agrega a la letra mayúscula de imprenta una letra minúscula cursiva tomada del resto del nombre, citamos algunos ejemplos:

 

Elemento                                                                  Símbolo

 

Argon                                                                            Ar

 

Aluminio                                                                       Al

 

Arsenico                                                                        As

 

Nitrogeno                                                                       N

 

Sodio, natrium                                                                Na

 

Niquel                                                                            Ni

 

Hidrogeno                                                                      H

 

Mercurio,  hidrargirium                                                   Hg

 

Cobalto                                                                           Co

 

Cobre                                                                              Cu

 

Calcio                                                                              Ca

 

Magnesio                                                                         Mg                                                               

 

Manganeso                                                                       Mn

 

 

 Cada vez que se escribe el símbolo de un elemento, se representa un átomo del mismo. Pero el símbolo representa además, una masa de elemento igual al átomo gramo. Es decir que el símbolo de un elemento tiene también un significado estequiométrico o sea , representa una masa.

 

 Fórmulas.

 

 Una sustancia se representa por símbolos asociados entre sí y asociados a su vez con subíndices, que indican el número de átomos de cada elemento que forman la molécula. Esa asociación de símbolos y números recibe el nombre de fórmula química.

 Cuando se quiere representar una reacción entre sustancias, se escribe una ecuación química. Así, símbolos, fórmulas y ecuaciones, constituyen el lenguaje químico sin el cual no es posible adelantar en el estudio de esta ciencia.

 Al escribir la fórmula del ácido nítrico: NO3H, estamos representando que la molécula de este compuesto está formada por un átomo de nitrógeno, tres  de oxígeno y uno de hidrógeno.  Nunca repetiremos lo suficiente que los subindices no representen otra cosa que número de átomos.

 Así como el símbolo de un elemento tiene un significado estequiométrico, la fórmula también lo tiene, representa una molécula gramo del compuesto en cuestión.

 En muchos casos, la molécula existe realmente como partícula individual. Es el caso de moléculas de oxígeno, de cloro, cuyas fórmulas representativa son: O2; Cl2.

 En otros casos no puede precisarse cuál es el límite de la molécula de la sustancia, porque no existe como partícula individual.

Es el caso por ejemplo del cloruro de sodio. Por la forma que se ha producido la unión química, existen en un cristal de cloruro de sodio sólido, partículas llamadas iones cloruros y iones sodio. Estos iones se encontraran ordenados en las tres dimensiones del espacio constituyendo un cristal.

 Se puede apreciar en el esquema adjunto,

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 que el número de iones cloruro es igual al número de iones sodio, que constituyen el cristal. Cada uno de esos iones, se encuentra relacionado con los iones que lo rodean, en este caso no existe la molécula como partícula. Lo único que podemos decir es que toda vez que el cloruro se combina con el sodio para formar el cloruro de sodio, los átomos de dichos elementos se combinan en la proporción de uno a uno.

Surge así el concepto de fórmula mínima.

 En química inorgánica existen muchos compuestos que se representan con su fórmula química como si esta fuera su fórmula molecular. Podemos decir que la fórmula mínima de un compuesto, es un conjunto de símbolos afectados de subíndices primos entre sí, que representa la mínima proporción en que los átomos existen en la sustancia. La fórmula molecular será siempre un múltiplo entero de la fórmula mínima y representa, para los casos en que la fórmula molecular tiene sentido, la constitución de la molécula de la sustancia.

 

Eduardo Ghershman, 1.3.2014

 

Referencias.

 

Galileo.

Temas de química.

 

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