Substância

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

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É a ciência que estuda a natureza, as propriedades e as transformações da matéria.

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: $\,\!Au$
• Ferro: $\,\!Fe$
• 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 iónicos, em que a unidade estrutural é um conjunto de íões positivos e negativos mais simples.

Duas ou mais substâncias agrupadas constituem uma mistura. O leite e o soro caseiro são exemplos de misturas.

Sistema

Sistema é uma porção limitada do universo, considerada como um todo para efeito de estudo.

Sistema homogêneo, material homogêneo ou matéria homogênea é aquele que apresenta as mesmas propriedades em qualquer parte de sua extensão em que seja examinado.

Sistema heterogêneo, material heterogêneo ou matéria heterogênea é aquele que não apresenta as mesmas propriedades em qualquer parte de sua extensão em que seja examinado.

Fases são as diferentes porções homogêneas, limitadas por superfícies de separação, que constituem um sistema heterogêneo.

Os sistemas homogêneos são monofásicos ou unifásicos. Os sistemas heterogêneos são polifásicos, podendo ser bifásicos, trifásicos, etc.

Sistemas com n componentes não gasosos, como regra têm n fases. Sistemas com n gases sempre têm uma única fase. Não existe sistema heterogêneo de dois ou mais gases.

Um sistema heterogêneo ou é uma mistura (heterogênea) ou é uma substância pura em mudança de estado físico.

Um sistema homogêneo ou é uma mistura (homogênea) ou é uma substância pura num único estado físico.

Mistura e Substância Pura

Mistura é qualquer sistema formado de duas ou mais substâncias puras, denominadas componentes. Pode ser homogênea 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.

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 misturas não apresentam nenhuma das características acima. Essas são as diferenças entre as misturas e as combinações químicas (substâncias puras compostas).. Essas são as conclusões
• As substancias puras apresentam faixa de PE(ponto de ebulição) e PF(ponto de fusão) constantes.
• Densidade característica

Mistura eutética e mistura azeotrópica

Existem misturas que, como exceção, se comportam como se fossem substâncias puras no processo de fusão, isto é, a temperatura mantém-se inalterada do início ao fim da fusão. Essas são chamadas misturas eutéticas.

Outras se comportam como se fossem substâncias puras em relação à ebulição, isto é, a temperatura mantém-se inalterada do início ao fim da ebulição. Essas são chamadas misturas azeotrópicas.

Não é conhecida nenhuma mistura que seja eutética e azeotrópica simultaneamente.

Substância simples e alotropia

Substância simples é toda substância pura formada de um único elemento químico.

Alotropia é o fenômeno em que um mesmo elemento químico (átomos de mesmo Z) forma duas ou mais substâncias simples diferentes.

Elemento: Variedades alotrópicas

• Carbono (C): Diamante (Cn) Grafite (Cn)
• Oxigênio (O): Oxigênio ($O_{2}$) Ozônio ($O_{3}$)
• Fósforo (P): Fósforo branco ($P_{4}$) Fósforo vermelho (Pn)
• Enxofre (S): Enxofre rômbico ($S_{8}$) Enxofre monoclínico ($S_{8}$)

Grandeza molecular: Substância simples

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

Substância simples e substância composta

A molécula de água é formada por dois elementos químicos: o hidrogênio e o oxigênio. Já o gás nitrogênio é composto por um elemento químico . O mesmo vale para o gás oxigênio. Dizemos então que o gás nitrogênio é uma substância simples, já que é formado por um único elemento químico. A água é uma substância composta, pois é formada pela união de elementos químicos diferentes, e por isso é um composto binário(bi,do latim dois). Algumas substâncias compostas são formadas por íons de elementos químicos diferentes, como é o caso do cloreto de sódio, que tem íons de sódio e de cloro. Portanto, uma substância pura pode ser simples, quando é formada por apenas um elemento químico, ou composta, quando em sua fórmula há mais de um elemento químico.