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En química, una sustancia química es una forma de materia que tiene una composición química constante y propiedades características. No se puede separar en componentes por métodos de separación física, es decir, sin romper los enlaces químicos. Puede ser sólido, líquido, gas o plasma.

Las sustancias químicas son a menudo llamados "puros" para diferenciarse de las mezclas. Un ejemplo común de una sustancia química es agua pura, sino que tiene las mismas propiedades y la misma proporción de hidrógeno a oxígeno si se aísla de un río o fabricados en un laboratorio. Otras sustancias químicas que se encuentran comúnmente en forma pura son el diamante, oro, sal y azúcar refinada. Sin embargo, las sustancias simples o aparentemente puros que se encuentran en la naturaleza, de hecho, pueden ser mezclas de sustancias químicas. Por ejemplo, el agua del grifo puede contener pequeñas cantidades de cloruro de sodio disuelto y compuestos que contienen hierro, calcio y muchas otras sustancias químicas.

Existen sustancias químicas en forma de sólidos, líquidos, gases o plasma y pueden cambiar entre estas fases de la materia con los cambios de temperatura o de presión. Las reacciones químicas convierten una sustancia química en otra.

Las formas de energía, como la luz y el calor, no son considerados como la materia, y por lo tanto no son "sustancias" en este sentido.

Definición

Las sustancias químicas pueden también definirse como "cualquier material con una composición química definida" en un libro de texto de química general introductoria. De acuerdo con esta definición, una sustancia química o bien puede ser un elemento químico puro o un compuesto químico puro. Sin embargo, hay excepciones a esta definición; una sustancia pura también se puede definir como una forma de materia que tiene tanto la composición definida y propiedades distintas. El índice de sustancia química publicado por CAS también incluye varias aleaciones de composición incierta. Compuestos no estequiométricos son un caso especial que viola la ley de la composición constante, y para ellos, a veces es difícil trazar la línea divisoria entre una mezcla y un compuesto, como en el caso de hidruro de paladio. Definiciones más amplias de productos químicos o sustancias químicas se pueden encontrar, por ejemplo: "el término" sustancia química ": cualquier sustancia orgánica o inorgánica de una identidad molecular particular, incluyendo - cualquier combinación de estas sustancias, en su totalidad o en parte, como resultado de una reacción química o que ocurre en la naturaleza "

En geología, sustancias de composición uniforme, se les llama minerales, mientras que las mezclas físicas de varios minerales se definen como rocas. Muchos minerales, sin embargo, se disuelven mutuamente en soluciones sólidas, de tal manera que una sola roca es una sustancia uniforme a pesar de ser una 'mezcla'. Los feldespatos son un ejemplo común: anortoclasa es un silicato de aluminio alcalino, donde el metal alcalino es intercambiable ya sea de sodio o de potasio.

Historia

El concepto de una "sustancia química" se estableció firmemente a finales del siglo XVIII después de trabajar por el químico Joseph Proust sobre la composición de algunos compuestos químicos puros tales como el carbonato básico de cobre. Se deduce que, "Todas las muestras de un compuesto tienen la misma composición; es que, todas las muestras tienen las mismas proporciones, en masa, de los elementos presentes en el compuesto." Esto ahora se conoce como la ley de la composición constante. Más tarde, con el avance de los métodos de síntesis química en particular en el ámbito de la química orgánica, el descubrimiento de muchos más elementos químicos y las nuevas técnicas en el campo de la química analítica utilizada para el aislamiento y purificación de los elementos y compuestos de productos químicos que llevó a la creación de la química moderna, el concepto se define como se encuentra en la mayoría de los libros de texto de química. Sin embargo, existen algunas controversias en cuanto a esta definición, principalmente debido a que el gran número de sustancias químicas reportados en la literatura química necesita ser indexado.

Isomería causado mucha consternación a los primeros investigadores, desde isómeros tienen exactamente la misma composición, pero se diferencian en la configuración de los átomos. Por ejemplo, hubo mucha especulación para la identidad química de benceno, hasta que la estructura correcta fue descrito por Friedrich agosto Kekul. Del mismo modo, la idea de estereoisomerismo - que los átomos tienen una estructura tridimensional rígida y por lo tanto pueden formar isómeros que difieren sólo en su disposición tridimensional - fue un paso crucial en la comprensión del concepto de sustancias químicas distintas. Por ejemplo, el ácido tartárico tiene tres isómeros diferentes, un par de diastereómeros con la formación de dos enantiómeros de un diastereómero.

Elementos químicos

Un elemento es una sustancia química que se compone de un tipo particular de átomos y por lo tanto no se puede romper o se transforma por una reacción química en un elemento diferente, aunque puede ser transmutado en otro elemento a través de una reacción nuclear. Esto es así, debido a que todos los átomos en una muestra de un elemento tienen el mismo número de protones, aunque pueden ser diferentes isótopos, con diferentes números de neutrones.

A partir de 2012, hay 118 elementos conocidos, acerca de los cuales 80 son estable - es decir, que no cambian por la desintegración radiactiva en otros elementos. Algunos elementos pueden ocurrir como más de una sola sustancia química. Por ejemplo, existe tanto oxígeno como oxígeno diatómico y el ozono. La mayoría de los elementos se clasifican como metales. Estos son los elementos con un brillo característico, tales como el hierro, cobre, y oro. Metales normalmente conducen la electricidad y el calor también, y son maleables y dúctiles. Alrededor de una docena de elementos, como el carbono, el nitrógeno y el oxígeno, se clasifican como no metálicos. Los no metales carecen de las propiedades metálicas descritas anteriormente, sino que también tienen una alta electronegatividad y una tendencia a formar iones negativos. Algunos elementos como el silicio a veces se asemejan a los metales ya veces se asemejan a los no metales, y son conocidos como metaloides.

Los compuestos químicos

Un compuesto químico puro es una sustancia química que se compone de un conjunto particular de moléculas o iones. Dos o más elementos combinados en una sustancia a través de una reacción química que forman un compuesto químico. Todos los compuestos son sustancias, pero no todas las sustancias son compuestos.

Un compuesto químico puede ser o bien átomos unidos juntos en moléculas o cristales en los que los átomos, moléculas o iones forman una red cristalina. Los compuestos basados principalmente en carbono y átomos de hidrógeno se denominan compuestos orgánicos, y todos los otros son llamados compuestos inorgánicos. Los compuestos que contienen enlaces entre el carbono y un metal se llaman compuestos organometálicos.

Los compuestos en los que los componentes comparten electrones se conocen como compuestos covalentes. Los compuestos que consisten de iones de carga opuesta se conocen como compuestos iónicos, o sales.

En química orgánica, no puede haber más de un compuesto químico con la misma composición y peso molecular. Generalmente, éstos se llaman isómeros. Los isómeros generalmente tienen sustancialmente diferentes propiedades químicas, pueden ser aislados y no se convierten espontáneamente entre sí. Un ejemplo común es la glucosa frente a la fructosa. El primero es un aldehído, este último es una cetona. Su interconversión requiere catálisis ya sea enzimática o ácido-base. Sin embargo, también existen tautómeros, donde la isomerización se produce de forma espontánea, de tal manera que una sustancia pura no se puede aislar en sus tautómeros. Un ejemplo común es la glucosa, que tiene de cadena abierta y formas de anillo. No se puede fabricar pura glucosa de cadena abierta porque la glucosa se cicla espontáneamente a la forma hemiacetal.

Sustancias frente mezclas

Toda la materia se compone de varios elementos y compuestos químicos, pero estos son a menudo íntimamente mezclados. Mezclas contener más de una sustancia química, y que no tienen una composición fija. En principio, pueden ser separados en las sustancias que componen por procesos puramente mecánicos. La mantequilla, el suelo y la madera son ejemplos comunes de mezclas.

Gris de metal de hierro y azufre amarillo son ambos elementos químicos, y que pueden mezclarse entre sí en cualquier proporción para formar una mezcla de color amarillo-gris. No hay ningún proceso químico se produce, y el material puede ser identificado como una mezcla por el hecho de que el azufre y el hierro se pueden separar por un proceso mecánico, como el uso de un imán para atraer la plancha lejos de la azufre.

Por el contrario, si el hierro y el azufre se calientan juntos en una cierta proporción, una reacción química se lleva a cabo y se forma una nueva sustancia, el compuesto de sulfuro de hierro, con fórmula química FeS. El compuesto resultante tiene todas las propiedades de una sustancia química y no es una mezcla. El sulfuro de hierro tiene sus propias propiedades distintas, tales como punto de fusión y solubilidad, y los dos elementos no puede ser separada por medio de procesos mecánicos normales; un imán será incapaz de recuperar el hierro, ya que no hay hierro metálico presente en el compuesto.

Productos químicos frente a sustancias químicas

Mientras que la sustancia química es un término técnico preciso que es sinónimo de "química" para los químicos profesionales, el significado de la palabra química varía para los no químicos en el mundo de habla Inglés, o los que utilizan Inglés. Por sectores, el gobierno y la sociedad en general, en algunos países, la palabra química incluye una clase más amplia de sustancias que contienen muchas mezclas de estas sustancias químicas, a menudo encontrando aplicación en muchas vocaciones. En los países que requieren de una lista de ingredientes de los productos, los "productos químicos" enumerados se equipara con "sustancias químicas".

Dentro de la industria química, fabricados "productos químicos" son sustancias químicas, que se pueden clasificar por el volumen de producción en productos químicos a granel, productos de química fina y productos químicos que se encuentran en investigación únicamente. Productos químicos a granel se producen en cantidades muy grandes, por lo general con procesos continuos altamente optimizados y a un precio relativamente bajo. Bellas productos químicos se producen a un alto costo en pequeñas cantidades para aplicaciones especiales de bajo volumen, tales como biocidas, productos farmacéuticos y productos químicos especializados para aplicaciones técnicas. Productos químicos de investigación se producen de forma individual para la investigación, como en la búsqueda de rutas sintéticas o sustancias de detección de la actividad farmacéutica. En efecto, su precio por gramo es muy alta, a pesar de que no se venden. La causa de la diferencia en el volumen de producción es la complejidad de la estructura molecular de la sustancia química. Productos químicos a granel suelen ser mucho menos complejo. Mientras que los productos químicos finos pueden ser más complejos, muchos de ellos son lo suficientemente simple como para ser vendido como "bloques de construcción" en la síntesis de moléculas más complejas destinadas a un solo uso, según lo nombrado anteriormente. La producción de un producto químico incluye no sólo su síntesis, sino también su purificación para eliminar los subproductos e impurezas que participan en la síntesis. El último paso en la producción debe ser el análisis de los lotes por lotes de productos químicos con el fin de identificar y cuantificar los porcentajes de impurezas para el comprador de los productos químicos. La pureza y el análisis requerido depende de la aplicación, pero una mayor tolerancia de las impurezas por lo general se espera que en la producción de productos químicos a granel. Por lo tanto, el usuario de la sustancia química en los EE.UU. podría elegir entre el mayor o "grado técnico" con mayores cantidades de impurezas o un mucho más puros "grado farmacéutico".

Nombrar e indexación

Cada sustancia química posee uno o más nombres sistemáticos, por lo general el nombre de acuerdo a las reglas de la IUPAC para nombrar. Un sistema alternativo es utilizado por el Chemical Abstracts Service.

Muchos compuestos también se conocen por sus nombres más comunes, más simples, muchas de las cuales son anteriores al nombre sistemático. Por ejemplo, la glucosa de azúcar a largo conocida ahora se denomina sistemáticamente 6-dioxano-2 ,3,4,5-tetrol. Los productos naturales y productos farmacéuticos también se les da nombres más simples, por ejemplo, el naproxeno leve analgésico es el nombre más común para el compuesto-6-metoxi-a-metil-2-naftalenacético químico ácido.

Los químicos con frecuencia se refieren a compuestos químicos utilizando fórmulas químicas o estructura molecular del compuesto. Ha habido un crecimiento espectacular en el número de compuestos químicos que se está sintetizando y, a continuación, reportado en la literatura científica por los químicos profesionales de todo el mundo. Un enorme número de compuestos químicos son posibles a través de la combinación química de los elementos químicos conocidos. En mayo de 2011, se sabe que alrededor de sesenta millones de compuestos químicos. Los nombres de muchos de estos compuestos son a menudo no trivial y por lo tanto no es muy fácil de recordar o citar con precisión. También es difícil mantener el seguimiento de ellos en la literatura. Varias organizaciones internacionales como la IUPAC y CAS han iniciado pasos para hacer estas tareas más fáciles. CAS proporciona los servicios de resúmenes de la literatura química, y proporciona un identificador numérico, conocido como Número de registro CAS para cada sustancia química que se ha reportado en la literatura química. Esta información se compila como una base de datos y se conoce popularmente como el índice de sustancias químicas. Otros sistemas informáticos amigables que se han desarrollado para obtener información de sustancias, son los siguientes: SMILES y el identificador químico internacional o InChI.

Aislamiento, purificación, caracterización, identificación y

A menudo, una sustancia pura necesita ser aislado a partir de una mezcla, por ejemplo a partir de una fuente natural o después de una reacción química.