Un elemento químico es la unidad básica de materia en el contexto de la química. Viene determinado por el número de protones (por ejemplo, el helio es el elemento 2 debido a que contiene dos protones en su núcleo).
El número de neutrones del elemento es variable, depende de qué isótopo de determinado elemento se trate. Por ejemplo, el deuterio es un isótopo de hidrógeno que posee un neutrón en su núcleo y el protio, isótopo también del hidrógeno no posee ningún neutrón en su núcleo.
El número de electrones de un átomo tiende a coincidir con el número de protones, aunque existen los iones, que son átomos cargados positivamente (ha perdido electrones) o negativamente (ha ganado electrones) del elemento en cuestión.
Los compuestos químicos son sustancias químicas que en lugar de estar formadas por un solo elemento, están formadas por más de un elemento. Ejemplo: dióxido de carbono (CO2, posee un átomo de carbono y dos de oxígeno).
Los elementos y los compuestos químicos son esenciales a la hora de estudiar y entender el universo, ya que de por sí la química consiste en analizar el comportamiento de los átomos tras sufrir diversas interacciones (y estos átomos a su vez, forman el universo).
Hasta la actualidad se han sintetizado/descubierto alrededor de 50 millones de compuestos químicos. Y el número va en un aumento.
Aunque el comportamiento de las sustancias químicas contengan un patrón (por ejemplo, las sustancias polares tienden a disolverse mejor en otras polares) cada sustancia (ya sea elemento o compuesto) tiene unas propiedades y estructura única que las diferencia del resto.
Los átomos poseen capas de valencia (que vienen a ser estados energéticos en donde se sitúan los electrones de un átomo) y según estén distribuidos los electrones en dichas capas, el átomo tendrá unas propiedades u otras. El estado de oxidación mide el grado en el que un átomo ha perdido o ganado electrones, los estados de oxidación positivos son los átomos que perdieron electrones y los negativos, los que ganaron. Por ejemplo, el estado de oxidación Cl+7 del cloro señala que dicho átomo de cloro ha perdido siete electrones (los que poseía en su última capa de valencia). La última capa de valencia de los átomos solo pueden tener un máximo de ocho electrones (exceptuando la del hidrógeno y helio, que solo puede poseer dos electrones). La electronegatividad mide la capacidad de un átomo de atraer electrones hacia él, los elementos con baja electronegatividad tienden más a poseer estados de oxidación positivos y los de alta negatividad al revés, estados de oxidación negativos.
Los elementos se distinguen entre: metales, semimetales y no metales.
El patrón general de caracteristicas de cada grupo son:
Metales, conducen la electricidad y el calor. Son sólidos a condición ambiente exceptuando el mercurio y el francio. Rara vez forman compuestos entre sí, generalmente forman aleaciones (que son disoluciones entre metales) pero sí reaccionan fácilmente con no metales, y más difícilmente, los semimetales. Poseen una baja electronegatividad y sus estados de oxidación son casi siempre positivos.
No metales. No conducen la electricidad y el calor (en general). Tienden más a ser gaseosos y líquidos a condición ambiente que los grupos de los metales. Estos tienden a reaccionar fácilmente entre sí y también con los metales y los semimetales. Poseen una electronegatividad mayor y pueden tener estados de oxidación positivos y negativos.
Semimetales. Punto medio entre los metales y los no metales. Son sólidos a condición ambiente y reaccionan fácilmente con no metales y más difícilmente con metales (aunque forma aleaciones con estos). Poseen estados de oxidación en su mayoría positivos y tienen una electronegatividad media entre los metales y los no metales. Conducen también el calor y la electricidad aunque con menor eficacia que los metales a condición ambiente.
Los compuestos químicos se generan a partir de enlaces formado por varios elementos. Los enlaces intramoleculares (que unen a varios elementos o a uno mismo en la misma molécula) pueden ser covalentes (formados generalmente por no metales), iónicos (formado por elementos con diferencias significativas de electronegatividad), metálicos (formados por redes cristalinas pertenecientes a un elemento metálico, como por ejemplo, el hierro) entre diversos tipos que existen.
Los enlaces intermoleculares (encargados de mantener a todas las moléculas de la misma sustancia en interacción) son los que definen en gran parte características físicas como el punto de fusión, ebullición, tensión superficial, viscosidad, etc. Las sustancias con enlaces intermoleculares más fuertes, tienen por lo general mayor punto de fusión, ebullición, viscosidad, etc. Generalmente, la fuerza de un enlace intermolecular viene determinado por el radio atómico de los elementos participantes y el tamaño total de la molécula (estructuras moleculares de una misma sustancia más grandes conllevan a una mayor interacción entre los electrones de dichas moléculas) entre diversas causas y tipos de enlaces que pueden ser exclusivos de determinadas sustancias.
Cabe destacar que todo lo mencionado son tan solo patrones generales, ya que como se mencionó anteriormente, cada sustancia es única y posee propiedades y un funcionamiento que lo diferencia totalmente del resto.