Substância

 Nota: Se procura o conceito filosófico, veja substância (filosofia).

Água e vapor de água são duas fases do mesmo produto químico ("substância"): diferem em seu estado de agregação (líquido e gás, respectivamente).

Substância ou substância pura, em química, é uma forma constante de matéria caracterizada por suas entidades específicas, como átomos de elementos tais em proporções próprias e moléculas. Outra definição para substância química ou simplesmente substância é um material puro que apresenta composição constante em transições de fase e propriedades físicas com valores característicos sob condições especificadas, cuja representação é feita por sua fórmula química.

As substâncias podem ser formadas de várias maneiras, como formadas por átomos, por moléculas ou por aglomerados iônicos. A água é um exemplo de substância formada por molécula, de fórmula H₂O, e o Óxido de Cálcio, a cal, é uma substância formada por aglomerado iônico, de formula unitária CaO.

Obs: Dizer “substância pura” é uma expressão redundante, visto que todas as substâncias são puras, por definição. Caso a substância possua mais de um constituinte, ela não será pura, mas uma mistura. Logo, pode-se utilizar apenas o termo “substância”.

Até o século XIX tinha-se a visão de que substância simples era sinônima de elemento químico: caso a substância não pudesse ser decomposta em outras ela era entendida como elemento químico, e se a substância permitisse sua decomposição em outras novas substâncias ela era conceituada como substância composta, demonstrando uma visão macroscópica da matéria.

No final do século XIX, com o advento da descoberta do átomo e suas partículas subatômicas, o entendimento de substâncias simples e composta se modificou: substância simples passou a ser compreendida como a matéria formada por apenas um tipo de elemento químico e a substância composta como a matéria formada por átomos de elementos químicos diferentes, compreendendo uma visão microscópica da matéria.

Estabelece-se, então, que substância química seja qualquer matéria formada por uma composição de elementos químicos com propriedades físicas e químicas específicas e particulares.

Todas as substâncias químicas possuem a unidade de sua estrutura (moléculas) iguais entre si e possuem composição e características fixas, não há alteração da temperatura durante os processos de mudanças de estados físicos da matéria (como fusão e ebulição). Sua composição fixa garante que podem ser representados com fórmulas.

Classificação

A substância que é formada por átomos de um único elemento químico (denomina-se elemento químico todos os átomos que possuem o mesmo número atômico (Z), ou seja, o mesmo número de prótons) é denominada substância simples. Exemplos:

• Ouro: $\,\!Au$
• Cobre: $\,\!Cu$
• Gás Hidrogênio: $\,\!H_{2}$
• Argón: $\,\!Ar$

Uma substância composta por mais de um elemento químico, numa proporção determinada de átomos, é denominada substância composta. Exemplos:

• Cloreto de Sódio: $\,\!NaCl$
• Água: $\,\!H_{2}O$
• Metano: $\,\!CH_{4}$
• Glicose: $\,\!C_{6}H_{12}O_{6}$

As fórmulas químicas heteronucleares destas substâncias podem apresentar como unidades estruturais compostos moleculares, no qual a unidade estrutural é a molécula, e compostos iônicos, em que a unidade estrutural é um conjunto de íons positivos e negativos mais simples.

Duas ou mais substâncias agrupadas constituem uma mistura, sendo divididas em heterogêneas e homogêneas. O leite e o soro caseiro são exemplos de misturas.

Mistura e Substância Pura

Mistura é qualquer sistema formado de duas ou mais substâncias puras, denominadas componentes. Pode ser homogênea, a olho nu e em um microscópio, ou heterogênea, conforme apresente ou não as mesmas propriedades em qualquer parte de sua extensão em que seja examinada.

Toda mistura homogênea é uma solução, por definição. Todas as misturas gasosas são homogêneas.

Substância pura é todo material com as seguintes características:

• Unidades estruturais (moléculas, conjuntos iônicos) quimicamente iguais entre si;
• Composição fixa, do que decorrem propriedades fixas, como densidade, ponto de fusão e de ebulição, etc.;
• A temperatura se mantém inalterada desde o início até o fim de todas as suas mudanças de estado físico (fusão, ebulição, solidificação, etc.);
• Pode ser representada por uma fórmula porque tem composição fixa;
• Não conserva as propriedades de seus elementos constituintes, no caso de ser substância pura composta;
• As substancias puras apresentam faixa de PE (ponto de ebulição) e PF (ponto de fusão) constantes;
• Densidade característica.

Substância simples, composta e alotropia

Substância simples é toda substância pura formada de um único elemento químico. Já as substâncias compostas são formadas por átomos de mais de um elemento químico, como é o caso da água destilada, composta por hidrogênio e oxigênio.

Alotropia é uma definição cuja necessidade surgiu do fato de que, para um mesmo elemento químico (átomos de mesmo Z), muitas vezes existem duas ou mais substâncias simples diferentes. Segundo o GoldenBook da IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry ou União Internacional de Química Pura e Aplicada, em português), alotropia é definida como modificações estruturais de um elemento.

Elemento: Variedades alotrópicas

• Carbono (C): Diamante (C_n) Grafite (C_n)
• Oxigênio (O): Oxigênio ($O_{2}$) Ozônio ($O_{3}$)
• Fósforo (P): Fósforo branco ($P_{4}$) Fósforo vermelho (P_n)
• Enxofre (S): Ciclo-hexaenxofre (S₆), ciclo-octaenxofre (S₈) e ciclododecaenxofre (S₁₂).

Obs.: Enxofre rômbico ($S_{8}$) e Enxofre monoclínico ($S_{8}$) não são considerados alótropos mas sim formas cristalinas diferentes (polimorfos) de uma mesma substância cujo constituinte é idêntico: a molécula de ciclo-octaenxofre (S8). Pelo fato de ser o mesmo constituinte (S8), não existindo mudança estrutural das moléculas, as duas formas não podem ser consideradas alotrópicas. Ver definição de Estruturas polimórficas segundo a IUPAC. Ler cap. 16 p. 327, Química Inorgânica Descritiva, 5ª Edição de Geoff Rayner-Canham e Tina Overton.

Grandeza molecular: Substância simples

• moléculas monoatômicas: gases nobres
• moléculas diatômicas: $H_{2},N_{2},O_{2},F_{2},Cl_{2},Br_{2},I_{2}$
• moléculas triatômicas: $O_{3}$
• moléculas tetratômicas: $P_{4}$
• moléculas octatômicas: $S_{8}$
• moléculas gigantes (macromoléculas): $P_{n},C_{n}$, todos os metais ($Na_{n},Ca_{n},Ag_{n}$)

Ver também

• Mistura