Toda a matéria que conhecemos no universo, de acordo com sua constituição, pode ser classificada em duas categorias (ainda que existam outras classificações também): substâncias puras e misturas.
As substâncias puras são aquelas que possuem uma composição química constante, ou seja, uma composição que não se altera, independentemente das condições físicas às quais essas substâncias são submetidas.
Esse tipo de substância pode se diferenciar em:
- Substâncias simples. São formadas por átomos do mesmo elemento químico. Por exemplo: o hélio (He) e o dinitrogênio (N2).
- Substâncias compostas ou compostos químicos. São formadas por átomos de diferentes elementos químicos. Por exemplo: a água (H2O).
- Veja também: Substâncias simples e compostas
Também é possível distingui-los segundo o número de átomos que compõem sua estrutura:
- Substâncias monoatômicas. São formadas por um único átomo. Por exemplo: o hélio (He) e neônio (Ne).
- Substâncias poliatômicas. São compostas por vários átomos: Por exemplo: o gás cloro (Cl2) e amônia (NH3).
Uma substância pura sempre mantém as mesmas propriedades físicas e químicas e, portanto, sempre responde da mesma forma a um determinado estímulo ou reação. Ou seja, à mesma pressão e temperatura, as propriedades físicas, tais como ponto de ebulição, ponto de fusão e densidade de uma substância pura, não se alteram. Em contrapartida, as substâncias puras não podem ser separadas em seus elementos constituintes por métodos de separação física; elas só podem ser decompostas ou transformadas em outras substâncias por meio de reações químicas.
Além disso, uma substância pura sempre será desprovida de qualquer aditivo adicional ou qualquer tipo de contaminante que altere sua estrutura fundamental. Também é preciso esclarecer que não existe pureza absoluta; todas as substâncias têm, pelo menos, uma quantidade muito pequena de alguma impureza, apesar de o progresso tecnológico ter possibilitado a purificação de substâncias em alto grau.
- Veja também: Materiais naturais e artificiais
Exemplos de substâncias puras
- O hélio puro. É utilizado em seu estado gasoso no enchimento de balões de festa ou entre os elementos produzidos em reações nucleares do hidrogênio. É um gás nobre, ou seja, um gás com reatividade muito baixa e, portanto, não costuma se combinar com outras substâncias para formar novas estruturas químicas.
- A água pura. Muitas vezes chamada de água destilada, é obtida por meio de processos de purificação e destilação em laboratórios químicos, onde impurezas como sais minerais, microrganismos, entre outros, são eliminadas, restando apenas as moléculas de água (H2O).
- O ouro puro. O ouro puro, de 24 quilates, é um bloco elementar único, composto única e exclusivamente por átomos de ouro (Au).
- Os diamantes. Mesmo que não pareça, os diamantes (uma das matérias mais duras conhecidas) são compostos apenas de átomos de carbono (C), dispostos de forma tão particular que suas ligações são quase inquebráveis.
- O enxofre. Esse elemento da tabela periódica está presente em muitas substâncias simples ou compostas, pois é um elemento muito reativo. Com uma pureza de 99,9%, é utilizado como matéria-prima em muitos processos industriais.
- O ozônio. É um composto cuja ocorrência é rara em nosso ambiente cotidiano, mas é abundante nas pressões e temperaturas da atmosfera superior. É constituído por uma molécula semelhante à do oxigênio (O2), mas com três átomos de oxigênio (O3) e geralmente é usado para purificar a água.
- O benzeno (C6H6). É um hidrocarboneto aromático, isto é, composto de átomos de carbono e hidrogênio, com ligações químicas simples e duplas alternadas entre os átomos de carbono. É incolor, tem um aroma adocicado, é inflamável e tóxico, mas pode ser obtido em um estado bastante puro, mantendo suas propriedades e reações.
- O cloreto de sódio (NaCl). O sal comum que temos em casa é uma substância composta que é possível obter em um estado bastante puro. Sua composição compreende dois elementos: cloro e sódio. No entanto, ao adicioná-lo à sopa, fará parte de uma mistura bastante complexa.
- O dióxido de carbono (CO2). É o gás que exalamos após respirar e que as plantas necessitam para seu processo de fotossíntese. Compõe-se de carbono e oxigênio e geralmente está disperso (misturado) na atmosfera com outros gases, mas quando é absorvido pelas plantas ou obtido em laboratório, é encontrado em alto grau de pureza.
- O grafite. É outra das ocorrências puras de carbono, semelhante ao diamante do ponto de vista químico, embora não tanto do ponto de vista físico. Compõe-se exclusivamente de átomos de carbono, em um alinhamento molecular muito mais fraco e maleável do que o diamante.
Misturas
As misturas são a combinação de duas ou mais substâncias, em proporções variadas e mantendo muitas de suas propriedades individuais. A partir dessa combinação, obtém-se uma substância mista cujos componentes podem ser separados por meio de métodos físicos e/ou químicos. Contudo, algumas propriedades, tais como a densidade, os pontos de ebulição e de fusão de uma mistura, geralmente são diferentes daquelas de seus componentes por separado.
Segundo a natureza desses componentes, as misturas podem ser de dois tipos:
- Misturas heterogêneas. Em tais misturas, é possível observar a presença dos componentes mesclados a olho nu ou com instrumentos de medição, pois eles estão distribuídos de forma irregular ou em fases discerníveis. Essas misturas podem, também, ser suspensões (partículas físicas observáveis no solvente) ou coloides (as partículas físicas são tão minúsculas que não são facilmente observáveis, mas podem ser observadas por meio de um microscópio).
- Misturas homogêneas. Os componentes que constituem essas misturas são distribuídos de maneira muito uniforme e não podem ser discernidos a olho nu. Elas são comumente chamadas de soluções químicas ou simplesmente soluções, pois seus componentes (soluto e solvente) não são facilmente separáveis.
Soluto e solvente
As soluções são misturas homogêneas, isto é, seus componentes (chamados de soluto e solvente) não podem ser diferenciados. Atualmente, essa classificação é um tanto arbitrária: o soluto em geral é o componente que se encontra em menor proporção na mistura, ao passo que o solvente é o que se encontra em maior proporção.
Por exemplo: se adicionarmos em um líquido A alguns gramas do sólido B, é possível que eles se dissolvam e não consigamos vê-los a olho nu, enquanto ainda podemos ver o líquido que os contém. No caso de o sólido B ter uma determinada cor e o líquido A ser transparente, o líquido assumiria a cor de B, mas ainda não conseguiríamos ver B individualmente. Contudo, se evaporarmos ou fervermos o líquido, os gramas do sólido vão permanecer no recipiente. Esses processos são chamados de métodos de separação da matéria.
Exemplos de misturas
- A gelatina. Essa mistura coloidal de colágenos provenientes de matéria cartilaginosa animal é produzida pela mistura de água e um sólido na presença de calor. Após se obter uma mistura uniforme, essa mistura é resfriada até se transformar em um gel, obtendo-se a gelatina.
- O gás de cozinha. O gás que usamos para acender o fogão ou o forno não são discerníveis (são uma mistura homogênea). Normalmente, são uma mistura de propano e butano, e compartilham seu ponto de ignição, mas poderiam perfeitamente ser separados em laboratório aproveitando algumas diferenças químicas ou físicas entre os dois.
- O ar ambiental. O ar é uma mistura indiscernível de gases, que inclui oxigênio (O2), o hidrogênio (H2), o hélio (He), entre outros. Mesmo sendo indistinguíveis a olho nu, é possível separá-los em laboratório e obter cada um com alto grau de pureza.
- A água do mar. A água marinha está longe de ser pura: contém sais, substâncias compostas resultantes de processos químicos, resíduos químicos da vida ou de atividades humanas. É uma mistura mais ou menos uniforme de seus componentes. Porém, se colocarmos a água do mar para secar ao sol, teremos sal no fundo do recipiente à medida que o líquido evapora.
- O sangue. No sangue, há muitas substâncias orgânicas, células, enzimas, proteínas, nutrientes e gases (como o oxigênio) dissolvidas. Entretanto, não podemos discernir qualquer uma delas, a menos que a observemos em um microscópio.
- A maionese. A maionese é um molho emulsionado frio, uma mistura de ovo e óleo vegetal, nenhum destes, por sua vez, é uma substância pura. Trata-se, portanto, de uma mistura muito complexa de substâncias complexas, na qual é impossível diferenciar seus componentes.
- Açúcar em um copo de água. Em princípio, o açúcar é solúvel em água, por isso podemos perder de vista seus cristais à medida que os vertemos no copo e mexemos com uma colher. Contudo, se continuarmos adicionando açúcar (saturando a solução), chegaremos a um limite de concentração tal que o excesso de açúcar permanecerá no fundo, ou seja, não se dissolverá mais.
- Água suja. A água contaminada com terra ou outras substâncias residuais permite que o olho nu veja muitos dos solutos que turvam sua transparência. Esses componentes encontram-se suspensos no líquido e podem ser removidos por um processo de filtragem.
- O bronze. Como todas as ligas, o bronze é uma mistura de dois metais diferentes, tais como cobre e estanho (substâncias bastante puras). Isso permite a construção de peças metálicas maleáveis, dúcteis e resistentes. A invenção do bronze foi uma verdadeira revolução para a humanidade antiga.
- Arroz com feijão. Por mais que sejam remexidos no prato ou na panela, o feijão e o arroz poderão ser distinguidos em um piscar de olhos.
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