Tutti gli oggetti e i fenomeni che ci circondano, che esistono e si verificano indipendentemente dalla nostra volontà, sono chiamati materia. Ogni forma rilevabile sperimentalmente ne fa parte. Gli oggetti esistenti costituiscono corpi fisici, che a loro volta sono chiamati sostanze. È un tipo di materia con una composizione chimica costante di cui è costituito un dato corpo. Ad esempio, quando parliamo di una collana d'argento, intendiamo il corpo fisico sotto forma di collana e la sostanza di cui è composta: l'argento. Altre sostanze sono, ad esempio, acqua, legno, polietilene, zucchero e aria.
Sostanze distintive
Le sostanze possono differire l’una dall’altra e il loro insieme di caratteristiche rigorosamente definite ne consente il riconoscimento e l’uso appropriato. Queste proprietà sono anche chiamate proprietà di una particolare sostanza. Ad esempio, puoi prendere in considerazione l’utilizzo di un coltello composto da diverse sostanze: plastica, legno e metallo, per tagliare una mela. È facile vedere che ciascuna delle sostanze elencate ha proprietà diverse e caratteristiche. Per il taglio, la scelta migliore sarà un coltello realizzato con una lega metallica di buona qualità che consenta una corretta affilatura. Tuttavia, anche altre sostanze hanno i loro usi nella produzione di coltelli: la plastica economica viene utilizzata per le posate usa e getta e il legno è adatto per i coltelli destinati a spalmare qualcosa su una fetta di pane.
Caratteristiche della sostanza
Descriviamo le proprietà di una sostanza, tenendo conto di due relazioni principali: considerare i fenomeni fisici e le reazioni chimiche. Le proprietà che possono essere esaminate dai sensi (con l’uso dell’olfatto o della vista), nonché con opportuni strumenti (come un densimetro), sono chiamate proprietà fisiche. Questi sono, tra gli altri, lo stato di aggregazione, il colore, la durezza, la densità e i cambiamenti di forma sotto l’influenza di forze appropriate (fragilità, elasticità, malleabilità). Può essere un po’ più complicato determinare le proprietà chimiche delle sostanze di nostro interesse. Queste sono tutte proprietà che possono essere descritte solo sulla base della loro reazione ad altre, cioè, ad esempio, tossicità, infiammabilità e reattività. Li definiamo sulla base dei cambiamenti chimici che avvengono tra una data sostanza e altri fattori, spesso con un cambiamento di struttura.
Reattività
Reattività è un termine ampio che in pratica descrive il numero di reazioni che una data sostanza subisce e l’efficienza che riceve in condizioni normali. Ciò significa che se la reazione considerata procede con alta efficienza e richiede solo un leggero cambiamento delle condizioni di temperatura e pressione, è una proprietà chimica della sostanza. Tuttavia, tutte le reazioni che si verificano solo sotto l’influenza di diverse centinaia di gradi o atmosfere e con basse rese vengono respinte. Questa proprietà ci viene suggerita dalla tavola periodica degli elementi , perché all’aumentare del numero atomico , nel caso dei metalli, la reattività aumenta all’interno del gruppo e diminuisce all’interno del periodo, mentre nel caso dei non metalli diminuisce all’interno gruppo e incrementi nel periodo. Le sostanze meno reattive nella tavola periodica sono i gas nobili , perché avendo gli stati elettronici più stabili (doppietto e ottetto), reagiscono con riluttanza con altre sostanze.
Reazioni con l’ossigeno
La combustione, o meglio la capacità di reagire con l’ossigeno, ci permette di determinare un’altra proprietà chimica di una sostanza: l’infiammabilità. Se un materiale subisce questa reazione esotermica con il rilascio di calore e luce, può essere combustibile o infiammabile. La determinazione sperimentale dell’infiammabilità si basa sulla determinazione del fattore OI, ovvero l’ indice di ossigeno , che esprime la percentuale di ossigeno nella miscela con l’azoto necessaria a sostenere la combustione del materiale, la cui temperatura al momento dell’accensione è 20 o C. Se il fattore è inferiore a 21, la sostanza è considerata infiammabile, nell’intervallo da 21 a 28 i materiali sono considerati ignifughi e superiore a 28, la sostanza è considerata non combustibile. Gli infiammabili includono benzina e gas naturale, i ritardanti di fiamma includono poliestere e i non infiammabili includono anidride carbonica, cemento, freon e lana di roccia. 
Effetto dannoso sugli organismi
La tossicità descrive la capacità di una sostanza di causare danni a un corpo se ingerita o assorbita attraverso la pelle o per inalazione. Può portare a una disfunzione di cellule e organi e, di conseguenza, all’avvelenamento del corpo. Tali effetti sono studiati principalmente in esperimenti di tossicologia in vitro utilizzando cellule o biomarcatori e in vivo su animali da laboratorio. Ad esempio l’arsenico, cioè il triossido di diarsenico, è una sostanza molto tossica.
Esempio: proprietà chimiche dell’acqua
Quando si considera la chimica dell’acqua, vengono esaminati parametri come il pH, le condizioni di ossido-riduzione, l’acidità e l’alcalinità, la mineralizzazione, il residuo secco e la durezza. Si tratta di caratteristiche basate principalmente sulla reattività della sostanza e strettamente correlate ad una specifica tipologia di acqua. L’acqua distillata, che è una sostanza pura, avrà parametri diversi e l’acqua piovana con una composizione leggermente diversa avrà parametri diversi. Tuttavia, ci sono anche proprietà chimiche come non infiammabilità, combustione non sostenibile, non tossicità e buona capacità di dissolvere altre sostanze.
Esempio: proprietà chimiche dei metalli
Nel caso dei metalli, è più facile trovare le relazioni dividendole in blocchi s, pe d, secondo la tavola periodica. A causa della configurazione elettronica dei metalli del blocco s, la transizione degli elettroni di valenza non richiede molta energia. Questo li rende i più chimicamente attivi. Reagendo con l’acqua formano idrossidi alcalini, subiscono trasformazioni chimiche anche a contatto con acidi. Hanno proprietà riducenti, visibili nelle reazioni con acqua, ossigeno, idrogeno o acidi anaerobici, che aumentano con l’aumento del numero atomico nel gruppo. Bruciando in una fiamma, danno un colore caratteristico, ad esempio il bario lo tinge di giallo-verde. I metalli del blocco p hanno elettroni di valenza situati solo nell’ultimo guscio e sono anche reattivi. L’elemento chimicamente più importante di questo gruppo è l’alluminio che, nonostante la sua reattività, quando utilizzato nelle leghe, annulla l’effetto corrosivo degli acidi ossidanti, creando uno strato passivo. È un agente riducente anfotero e reagisce sia con gli acidi che con le basi. I metalli del blocco D, d’altra parte, hanno elettroni di valenza nell’ultimo e penultimo guscio esterno, motivo per cui si trovano principalmente in vari stati di ossidazione e donano volentieri elettroni dal guscio S. Un atomo di ferro può donare due o tre elettroni per formare ioni Fe 2+ o Fe 3+ . È una sostanza moderatamente reattiva, che reagisce con non metalli come zolfo o cloro , con vapore acqueo e ossigeno in condizioni di vapore acqueo. Reagisce anche con gli acidi dell’ossigeno per formare uno strato passivo. I metalli di zinco del gruppo 12 di solito formano cationi bipositivi. La loro reattività diminuisce con l’aumentare della massa atomica. Tra i metalli, i metalli di rame hanno la più bassa capacità di reagire chimicamente. Sono agenti riducenti deboli e le loro reazioni più tipiche sono con gli acidi ossidanti. Non sono in grado di spostare l’idrogeno dagli acidi anaerobici .
