Una substància pura (o simplement substància) és aquella matèria que té unes propietats característiques i una composició que no canvien entre una mostra i una altra. L’aigua i la sal comuna (clorur sòdic), els components de l’aigua de la mar, són exemples de substàncies pures. Moltes formes de la matèria que coneixem, per exemple l’aire que respirem (un gas), l’aigua que bevem (un líquid) i el pa que mengem (un sòlid) no són químicament pures. Podem separar aquestes formes de la matèria en diferents substàncies pures.

Totes les substàncies són o bé elements, o bé compostos. Els elements no es poden descompondre en substàncies més senzilles. A nivell molecular, cada element es compon d’un únic tipus d’àtom. Els compostos són substàncies formades per dos o més elements, és a dir, contenen dues o més classes d’àtoms diferents. L’aigua, per exemple, és un compost format per dos elements: hidrogen i oxigen. Finalment, les mescles són combinacions de dues o més substàncies en què cada substància conserva la seva identitat química pròpia.

Actualment es coneixen 117 elements amb una abundància molt variada; així, el 90% de l’escorça terrestre (incloent-hi els oceans i l’atmosfera) està constituït per només cinc elements: oxigen, silici, alumini, ferro i calci. De la mateixa manera, només tres elements -oxígeno, carboni i hidrogen- formen més del 90% de la massa del cos humà.0004. Substàncies Pures. Elements i compostos. Mescles. Taula 1A la Taula anterior es mostren alguns dels elements més comuns juntament amb els seus símbols o “abreviatures” usades per representar-los. El símbol de cada element consisteix en una o dues lletres (la primera sempre majúscula). Els símbols es deriven dels seus noms ja sigui en català o en llatí. És molt convenient conèixer els símbols dels elements químics.

Molts elements poden interaccionar amb altres elements per formar compostos. Quan l’hidrogen crema en presència d’oxigen, els elements hidrogen i oxigen es combinen formant el compost aigua. Per contra, l’aigua es descompon en els elements que la componen en passar a través d’ella un corrent elèctric. L’aigua pura, independentment del seu origen, conté un 11% d’hidrogen i un 89% d’oxigen en pes. Aquesta composició macroscòpica correspon a la composició molecular que consisteix en dos àtoms d’hidrogen combinats amb un d’oxigen.

Com s’observa en la següent taula, les propietats de l’aigua no tenen cap semblança amb les dels elements que la componen. L’hidrogen, l’oxigen i l’aigua són, cadascuna d’elles, substàncies úniques com a conseqüència de la singularitat de les seves respectives molècules.0004. Substàncies Pures. Elements i compostos. Mescles. Taula 2L’observació de que la composició elemental d’un compost pur és sempre la mateixa es coneix com a llei de la composició constant (o llei de les proporcions definides). El químic francès Joseph Louis Proust (1754-1826) va establir aquesta llei cap a 1800. Un compost pur té la mateixa composició i propietats independentment del seu origen. Els químics i la naturalesa utilitzen els mateixos elements i treballen sota les mateixes lleis naturals. Quan dos materials difereixen en composició i propietats, o bé estan formats de diferents compostos o tenen diferents pureses.

La major part de la matèria que ens trobem consisteix en mescles de diferents substàncies. En una barreja, cada substància conserva la seva identitat química i les seves propietats. En contrast amb una substància pura, que té una composició fixa, la composició d’una barreja pot variar. Per exemple una tassa de cafè ensucrat pot tenir una mica o molt sucre. Les substàncies que formen una mescla (com el sucre i l’aigua) es denominen components de la mescla. Algunes barreges no tenen la mateixa composició, propietats i aparença íntegrament. Tant les roques com la fusta, per exemple, varien en textura i aparença en qualsevol mostra típica. Aquestes mescles es denominen heterogènies. Les mescles que són uniformes en conjunt, es diuen homogènies. L’aire és una mescla homogènia de les substàncies gasoses nitrogen, oxigen i quantitats petites d’altres substàncies. El nitrogen de l’aire té les mateixes propietats que el nitrogen pur perquè tant la substància pura com la barreja contenen les mateixes molècules de nitrogen. La sal, el sucre i moltes altres substàncies es dissolen en aigua formant mescles homogènies. Les mescles homogènies també s’anomenen dissolucions. Encara que el terme dissolució normalment ens recorda un líquid en un got de precipitats o matràs, les dissolucions poden ser sòlids, líquids o gasos.

Com cada component d’una mescla conserva les seves propietats, podem separa una barreja en els seus components aprofitant les diferències en les seves propietats. Per exemple, una barreja heterogènia de llimadures de ferro i or pot separés per la diferència de color dels dos components. Una forma més simple seria utilitzant un imant per atreure les llimadures de ferro separant de les d’or. També es podria utilitzant una propietat química; molts àcids dissolen el ferro però no l’or. Així, si posem la barreja en un àcid adequat, l’àcid dissoldrà el ferro deixant l’or inalterat. Una filtració separarà l’or del ferro dissolt que, com veurem més endavant, transformarem de nou en ferro metall mitjançant una reacció química.