Χημική ουσία

Χημική ουσία ονομάζεται, στη χημεία, μια μορφή της ύλης που έχει σταθερή χημική σύνθεση και χαρακτηριστικές ιδιότητες, δηλαδή μια χημική ουσία έχει μια ορισμένη «χημική ταυτότητα». Δεν μπορεί να διαχωριστεί σε συστατικά με φυσικές μεθόδους διαχωρισμού, δηλαδή δεν μπορεί να διαχωριστεί χωρίς την καταστροφή (ενδομοριακών) χημικών δεσμών. Μια χημική ουσία μπορεί να είναι στερεή, υγρή, αέρια ή και σε κατάσταση πλάσματος.

Ο ατμός και το υγρό νερό είναι δυο διαφορετικές μορφές της ίδιας χημικής ουσίας, δηλαδή της χημικής ένωσης «νερό».

Οι χημικές ουσίες συχνά αποκαλούνται «καθαρές ουσίες» για να διακριθούν από τα μείγματα. Ένα συνηθισμένο παράδειγμα μιας χημικής ουσίας είναι το καθαρό νερό. Έχει τις ίδιες ιδιότητες και την ίδια (ατομική) αναλογία υδρογόνου και οξυγόνου, ανεξάρτητα από το αν απομονώθηκε από ένα ποτάμι ή παράχθηκε με τεχνητό τρόπο μέσα σε ένα χημικό εργαστήριο. Μερικά άλλα παραδείγματα χημικών ουσιών που συναντάμε σε καθαρή μορφή είναι το διαμάντι (αλλομορφή του άνθρακα, ο χρυσός, το μαγειρικό αλάτι και η σουκρόζη. Ωστόσο, απλές ή φαινομενικά καθαρές ουσίες που βρίσκονται στη φύση είναι στην πραγματικότητα μίγματα ουσιών. Για παράδειγμα, το νερό της ύδρευσης μπορεί να περιέχει μικρές ποσότητες διαλυμένου αλατιού και διάφορες άλλες χημικές ενώσεις που περιέχουν σίδηρο, ασβέστιο, χλώριο και πολλές άλλες χημικές ουσίες.

Οι χημικές ουσίες υπάρχουν ως στερεά, υγρά, αέρια ή και σε κατάσταση πλάσματος και μπορεί να αλλάζουν μεταξύ αυτών των φάσεων της ύλης, με τις αλλαγές της θερμοκρασίας ή και της πίεσης. Με χημικές αντιδράσεις οι χημικές ουσίες μπορούν να μετατραπούν σε άλλες.

Διάφορες μορφές της ενέργειας, όπως το φως και η θερμότητα, δεν θεωρούνται ότι είναι ύλη, και έτσι καμμιά από αυτές δεν θεωρούνται χημικές ουσίες.

Μια δημοφιλής (στην καθομιλουμένη) έννοια του όρου «χημική ουσία» είναι ως «ένα προϊόν της χημικής βιομηχανίας». Υπό αυτήν τη μορφή όμως ο όρος μπορεί να υποδηλώνει ότι είναι «αφύσικη» και πιθανώς επιβλαβής, ακόμα και όταν στην πραγματικότητα τέτοιοι φόβοι μπορεί να είναι αδικαιολόγητοι.

Ορισμοί

Οι χημικές ουσίες, που ονομάζονται επίσης και «καθαρές ουσίες», είναι καλά ορισμένες με τον ορισμό «...κάθε υλικό με μια ορισμένη χημική σύνθεση», σε ένα εισαγωγικό εγχειρίδιο γενικής χημείας«Hill, J. W.; Petrucci, R. H.; McCreary, T. W.; Perry, S. S. General Chemistry, 4th ed., p5, Pearson Prentice Hall, Upper Saddle River, New Jersey, 2005». Σύμφωνα με αυτόν τον ορισμό μια χημική ουσἰα μπορεί να είναι είτε μια καθαρή αλλομορφή κάποιου χημικού στοιχείου, είτε μια καθαρή χημική ένωση. Υπάρχουν όμως μερικές εξαιρέσεις σε αυτόν τον ορισμό: Μια καθαρή ουσία μπορεί επίσης να οριστεί ως «...μια μορφή ύλης που έχει ορισμένη σύνθεση και διακριτές ιδιότητες.». Ο κατάλογος των χημικών πυσιών δημοσιεύθηκε από την Υπηρεσία χημικών περιλήψεων (Chemical Abstracts Service, CAS), που επίσης περιλαμβάνει αρκετά κράματα με αβέβαιη σύνθεση. Οι μη στοιχειομετρικές χημικές ενώσεις είναι μια ειδική περίπτωση στην ανόργανη χημεία, που παραβιάζει το νόμο της σταθερής σύνθεσης, και γι' αυτές, είναι δύσκολο να τραβήξει κανείς μια διαχωριστική γραμμή μεταξύ ενός μίγματος και μιας χημικής ένωσης. Ένα τέτοιο παράδειγμα αποτελεί το υδρίδιο του παλλαδίου. Ευρύτεροι ορισμοί χημικών ουσιών μπορούν να βρεθούν. Για παράδειγμα ο όρος «χημική ουσία» σημαίνει «...κάθε οργανική ή ανόργανη ουσία με μια ιδιαίτερη μοριακή ταυτότητα, που συμπεριλαμβάνει κάθε συνδυασμό τέτοιων ουσιών που βρίσκονται εξολοκλήρου ή εν μέρει ως ένα αποτέλεσμα μιας χημικής αντίδρασης ή βρίσκονται στη φύση».

Στη Γεωλογία, οι ουσίες μιας οντότητας ονομάζονται ορυκτά, ενώ φυσικά μίγματα (συσσωματώματα) αρκετών ορυκτών (διαφορετικών ουσιών) ορίζονται ως πετρώματα. Πολλά ορυκτά, ωστόσο, αμοιβαία διαλύονται σε στερεά διαλύματα, όπως αυτά ενός απλού πετρώματος, που είναι περισσότερο μια ενοποιημένη ουσία, παρά ένα μίγμα. Οι άστριοι είναι ένα κοινό παράδειγμα: Το ανορθόκλαστο είναι ένα αργιλιοπυριτικό αλκαλιμέταλλο, όπου το αλκαλιμέταλλο μπορεί να είναι εναλλακτικά νάτριο ή κάλιο.

Είδη χημικών ουσιών

Χρώματα μιας απλής χημικής ουσίας, του κόκκινου του Νείλου, σε διαφορετικούς διαλύτες, κάτω από ορατό και υπεριώδες φως.

• Ένα χημικό στοιχείο είναι μια ουσία που δεν μπορεί να αλλάξει ή να διαιρεθεί σε διαφορετικές ουσίες με συνηθισμένες χημικές μεθόδους . Το μικρότερο σωματίδιο ενός τέτοιου στοιχείου είναι ένα άτομο, το οποίο αποτελείται από τα ηλεκτρόνια που κεντροθετούνται γύρω από ένα πυρήνα πρωτονίων και νετρονίων.
• Μια χημική ένωση είναι μια ουσία που αποτελείται από δύο ή περισσότερα χημικά στοιχεία που συνδυάζονται χημικά σε σταθερές αναλογίες.
• Ένα ιόν είναι ένα άτομο ή μια ομάδα ατόμων με καθαρό ηλεκτρικό φορτίο, που έχει χάσει (κατιόν) ή κερδίσει (ανιόν) ένα ηλεκτρόνιο.
• Ένα μίγμα με σχετικά τυποποιημένη σύνθεση θεωρείται συχνά ουσία στο εμπόριο και τη βιομηχανία, αλλά όχι επισήμως από τη Χημεία. Δεν αποτελεί επίσης χημικό είδος.
• Διαφορετικό χημικό είδος αποτελεί κάθε αλλοτροπική μορφή χημικού στοιχείου. Π.χ. Ο₂ και Ο₃ αποτελούν διαφορετικά χημικά είδη και διαφορετικές χημικές ουσίες με διαφορετικές χημικές ιδιότητες.
• Διαφορετικό χημικό είδος αποτελεί και κάθε χημικό στοιχείο, ή χημική ένωση όταν περιέχουν διαφορετικά ισότοπα. Π.χ. H₂O, DHO και D₂Ο αποτελούν διαφορετικά χημικά είδη. Δεν θεωρούνται πάντα διαφορετικές ουσίες. Γενικά έχουν τις ίδιες χημικές ιδιότητες, αλλά διαφέρουν στις φυσικές ιδιότητες και στη χημική κινητική. Επίσης είναι διαχωρίσιμα και διαφέεουν και στις πυρηνικές ιδιότητες (Π.χ. το ¹⁴CO₂ είναι ραδιενεργό, ενώ το συνηθισμένο CO₂ δεν είναι. Επίσης είναι μεγαλύτερη η επιβραδυντική δράση του D₂Ο από του H₂Ο σε πυρηνικούς αντιδραστήρες).

Σημαντικότερες ουσίες

Οι πλέον συνηθισμένες αλλά και ταυτόχρονα οι σπουδαιότερες ουσίες στη φύση, στον πλανήτη Γη είναι ο ατμοσφαιρικός αέρας και το νερό.

Χωρίς αέρα και νερό κάθε έμβια γήινη ζωή θα ήταν καταδικασμένη. Το ανθρώπινο σώμα κατά ένα πολύ μεγάλο ποσοστό αποτελείται από νερό, ενώ χιλιάδες λίτρα αέρα εισπνέει και εκπνέει καθημερινά.

Ο αέρας και το νερό είναι αυτά που χρησιμοποιούνται και κατά μέγα μέρος σε πολλές διεργασίες της Χημείας και ιδιαίτερα της Βιομηχανίας.