Uno de los problemas que se presentan al químico es el reconocimiento de sustancias y para ello se apoya en las propiedades físicas (masa, volumen, densidad y con la temperatura, etc.) y en las propiedades químicas (peso atómico, capacidad oxidante o reductora, etc.).

A continuación se describen brevemente algunas propiedades físicas; las químicas se verán en temas posteriores.

Masa, peso y volumen

Toda porción de materia tiene una masa y ocupa un volumen. Para medir ambos de compararse con unidades adecuadas; por ejemplo:

- la masa en gramos (g);

- el volumen en centímetros cúbicos ( o cc).

No han de confundirse los conceptos de masa y peso. Mientras, para una porción de materia, la primera es constante, la segunda depende del lugar en el que se halla situada, como muestra la formula:

en la que p = peso, m =masa y g = aceleración de la gravedad. Resumiendo, puede afirmarse que la cantidad de materia de un cuerpo constituye la masa, en tanto que peso puede entenderse como la fuerza que sobre un cuerpo ejerce la gravedad terrestre.

Densidad y peso específico

La densidad (d) se define como el cociente entre masa (m) y volumen (v):

Se medirá habitualmente en cuando se refiere a líquidos o a sólidos y en (gramos por litro) si se trata de gases. Análogamente, el peso específico se define como el cociente entre el peso y el volumen :

Se acostumbra medir en gramos de peso por ().

Temperatura

Aquí se explicará únicamente la influencia que esta magnitud ejerce sobre el volumen, la densidad y el peso específico de los cuerpos. El aumento de calor eleva la temperatura de los objetos y en general los dilata (es decir, les provoca un incremento de volumen). Si se reduce la temperatura, entonces el volumen disminuye. Pero en ningún caso se modifica la masa. En consecuencia ha de hablarse de densidad (o de peso específico) citando la temperatura a la que ha sido hallada; en efecto, si en las fórmulas

el numerador, la masa, permanece constante y el denominador, el volumen, varía, también lo harán la densidad y el peso específico. Es decir,

Ante todo es necesario establecer la distinción entre fenómeno físico y fenómeno químico.

Fenómeno físico es aquel proceso que incide  sobre un sistema de modo que de lugar a la formación de nuevas sustancias’. El fenómeno se dice que es químico cuando sí se producen nuevas sustancias.

Es decir, si (A) y (B) son las sustancias integrantes del sistema.

donde (C), (D), (E) representan las nuevas sustancias formadas. Ejemplos de fenómenos físicos son los siguientes:

Adviértase que agua líquida, vapor de agua y hielo son una misma sustancia  aunque en estados diferentes (líquido, gaseoso y sólido, respectivamente).

Como ejemplos de fenómenos químicos se tiene

Existen ramas de la química como resultado del propio desarrollo de esta ciencia y también como consecuencia de las relaciones que posee con otras ciencias, Así, tenemos la fisicoquímica y la química física, derivadas de la química y la física; la geoquímica y la cristaloquímica, que han surgido como fruto de las conexiones de la química con la geología, la primera, y con la cristalografía, la segunda; la bioquímica, que surge del estudio de los fenómenos vitales; etc. (Todas estas disciplinas son a la vez ramas de la química y de la ciencia a la cual ésta se aplica.)

Como ciencia autónoma, la química admite diversas especializaciones. La de mayor tradición, pero que hoy tiene casi únicamente valor histórico —si bien se conserva por razones de simplificación pedagógica— es la consideración de una química inorgánica y una química orgánica o de los compuestos orgánicos.

Los conocimientos que ha proporcionado el análisis químico sirven de base a la llamada química analítica, la cual admite una subdivisión en química analítica cualitativa, que establece los elementos que constituyen un compuesto, y en química analítica cuantitativa, que se utiliza para la determinación de la cantidad o proporciones en que los elementos figuran en un compuesto.

Las relaciones de la química con la energía eléctrica se contemplan en la electroquímica; con la energía calorífica en la termoquímica, y con la energía nuclear en la química nuclear.

Existen muchas otras especializaciones, de las que se citarán únicamente la química industrial como una  de las mas indispensables para el desarrollo actual de la sociedad, pues de ella nacen la química de los plásticos, la química enológica (de los vinos), la química textil, la química de los colorantes, la química del petróleo, etcétera.

Aquí se estudiaran los conceptos fundamentales de la química inorgánica y de la orgánica y se proporcionará una visión general de otras ramas.

Hacia la Ciencia Química

El irlandés Robert Boyle (1627-1691) es considerado el primer químico que rompió con la tradición alquimista, favorecido por el progreso desarrollado en los campos de la matemática y de la física. El formuló el moderno concepto de elemento químico, que definió como «aquellos cuerpos primitivos y simples que no están formados por otros cuerpos, ni unos de otros, y que son los ingredientes de que se componen inmediatamente y en que se resuelven en último termino todos los cuerpos perfectamente mixtos».

Todavía en el siglo XVII los químicos buscaban un principio común a todos los cuerpos, al que denominaron flogisto, sustancia desprendida de toda combustión, según la fórmula siguiente:

Químicos destacados de aquella época y del siglo xvm fueron René Antoine Reaumur (1683-1757), científico francés que investigó la fusión del hierro; M. W. Lomonossoff (1711-1765), químico ruso que estudió las combustiones; Karl Wilhelm Scheele (1742- 1786), químico sueco descubridor del oxígeno y del cloro; Joseph Priestley (1733-1804), investigador británico que estudió los gases, y Henry Cavendish (1731-1810), químico británico que estudió la acción de los ácidos sobre los metales y descubrió el hidrógeno, consiguiendo la síntesis del agua en 1781.

La Revolución Química

Quizá el investigador más decisivo en la conformación de la química fuera el francés Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794). Él estableció el principio de que «la materia y la energía ni se crean ni se destruyen; solamente se transforman». Realizó el análisis del aire y estableció la noción de cuerpo puro.

A lo largo del siglo XIX los descubrimientos físicos y químicos se fueron superponiendo entre sí, hasta tal punto de que es difícil establecer la diferencia entre físicos y químicos. Un momento importante fue cuando John Dalton (1766-1844) fijó la teoría atómica de los cuerpos. Así mismo, fue importante la actividad de Jons Jakob Berzelius (1779-1848), químico sueco que fundó la nomenclatura química y obtuvo el peso atómico de numerosos elementos. Por otra parte, Marcelin Pierre Eugène Berthelot (1827-1907) obtuvo la síntesis de numerosos compuestos orgánicos, mientras Claude Louis Berthollet (1748-1822) investigó acerca del equilibrio químico, concepto básico para el estudio de las reacciones.

Finalmente, cabe destacar que la química tuvo un nuevo hito cuando el investigador ruso Dimitri Ivánovich Mendeleiev (1834-1907) organizó su célebre tabla periódica de los elementos químicos, que agrupó en función de diversas características.

Antoine Laurent Lavoisier, el investigador crucial para la moderna historia de la química, que estableció el principio de que «la materia ni se crea ni se destruye; solamente se transforma» y estableció la noción de cuerpo puro.

Durante la Edad Media, especialmente entre los siglos V y XI, la ciencia fue oscurecida por las inquietudes religiosas. Sin embargo, en el siglo VII la ciencia reapareció con los árabes, quienes acumularon los antiguos conocimientos de los egipcios y de la filosofía antigua a través de la escuela alejandrina, fundando una práctica: la alquimia, el precedente de la química. Los alquimistas consideraron los metales como cuerpos compuestos, resultantes de dos propiedades comunes: el mercurio, que era lo «metálico», y el azufre, que era lo «combustible». Posteriormente consideraron un tercer principio, la sal, identificada con la «solidez» y la «solubilidad». Estos principios alquimistas sustituyeron durante la Edad Media a los elementos de la filosofía helénica. Una idea inmediata fue la posibilidad de conseguir la transmutación de los metales mediante la combinación de aquellos tres principios, pero esta transmutación solamente podía ser factible en presencia de una especie de catalizador al que se llamó piedra filosofal. La historia de la alquimia es fundamentalmente la historia de la búsqueda de la piedra filosofal. Por otra parte, los alquimistas, confundidos con magos y brujos, sufrieron persecución por parte de las autoridades religiosas.

Los trabajos de los alquimistas, aunque infructuosos en el descubrimiento de la piedra filosofal y del elixir de la larga vida, y por tanto estériles, produjeron indudables progresos a la química del laboratorio, puesto que prepararon nuevas sustancias, inventaron aparatos útiles y desarrollaron técnicas empleadas después por los químicos.

Entre los alquimistas árabes más destacados cabe citar a Avicena (siglo XI) y Averroes (1126-1198). Los árabes proporcionaron el descubrimiento de las sales de amoníaco, del ácido sulfúrico, del agua fuerte o ácido nítrico, del agua regia, de preparados alcohólicos y de compuestos del mercurio y del arsénico. Entre los alquimistas de Occidente destacan san Alberto Magno (1193-1280) y especialmente Roger Bacon (1214-1294). En un segundo plano fueron importantes Arnau de Vilanova (1245-1314) y Nicolás Flamel (1330-1418). Pero los dos más famosos son Felipe Aureolo Teofrasto Bombast de Hohenheim, llamado Paracelso (1493-1542), y Georg Agrícola (1496-1555). Paracelso fue profesor en Basilea y pretendió haber creado el «homúnculo» (un pequeño ser de carne y hueso) mediante prácticas alquimistas. Agrícola es autor de la recopilación De Re Metallica, compendio de las prácticas conocidas para el tratamiento de los minerales.

El Átomo

Las ciencias estuvieron sometidas a la influencia de los mitos hasta que en el siglo Vi a. de C. surgió un movimiento intelectual cuyos miembros abordaron los problemas fundamentales de la naturaleza y la materia. Cobró forma la idea de la existencia de un principio permanente de carácter material: para Tales de Mileto (624-565 a. de C.) fue el agua; para Anaximenes (585-524 a. de C.) era el aire, y para Heráclito de Efeso (540-475 a. de C.) el fuego. Poco después, Empédocles de Agrigento (500-430 a. de C.) señaló que todos aquellos elementos, más la tierra, constituían los fundamentos del principio único de todo. La teoría de los cuatro elementos fue aceptada por Aristóteles.

Por la misma época, Leucipo (460-370 a. de C.) y Demócrito de Abdera (460-370 a. de C.) señalaron su criterio de la discontinuidad de la materia, que consideraban formada por átomos (el ser) y el vacío (el no-ser). La existencia del vacío entre los átomos era para ellos el factor que explicaba el movimiento. El atomismo fue expuesto por Lucrecio (98-55 a. de C.) en el célebre poema De Rerum Natura. Sin embargo, el átomo desapareció como realidad hasta el siglo XVII.

La historia de esta ciencia es demostrativa de la capacidad de progreso del hombre. En realidad, es la historia de la evolución del pensamiento científico y de los resultados derivados de la aplicación del método científico al estudio de la materia.

La química nació con el descubrimiento del fuego. Su origen está ya en las artes técnicas del hombre primitivo. Ello lo demuestran materiales encontrados entre las ruinas y los restos de civilizaciones desaparecidas. Utensilios de metal, cerámicas, vidrios, telas, pinturas y perfumes fueron elaborados mediante un conjunto de conocimientos químicos.

Los objetos conocidos más antiguos son de oro y datan de una época anterior a los 5000 años a. de C. Junto al oro, se utilizaban la plata y el cobre. Hacia el año 4000 a. de C. se sitúa la Edad del Bronce. En el Egipto de las antiguas dinastías y en los inicios de la civilización griega, el bronce equivalía al hierro de la revolución industrial. Los fenicios adquirieron gran prestigio como artesanos del bronce (aleación de cobre con estaño). Luego vino la Edad del Hierro, cuyos principios se sitúan hacia 1200 a. de C., cuando el hombre aprendió a trabajar este metal al fuego, promoviendo la metalurgia.

De todas las civilizaciones antiguas, la más avanzada en las técnicas químicas fue la egipcia. Los egipcios fabricaron vidrios y esmaltes, emplearon el cuero,la lana, el algodón y el lino, que teñían con índigo y púrpura, y elaboraron perfumes, bálsamos, venenos, jabones y betunes.

La Química es una de las ciencias que se ocupan del estudio de la naturaleza y se halla relacionada con la física, la biología y la geología.

Desde un punto de vista muy general, la Química abarca el estudio de los fenómenos que provocan cambios entre los estados inicial y final de un sistema. Sin embargo, conviene limitar esta definición ya que, según ella, cabe considerar como objeto de estudio de la Química fenómenos tales como la oxidación de una llave de hierro y la congelación del agua.

Por supuesto, esta ciencia se interesa por fenómenos como los mencionados, pero en esencia la Química se ocupa del estudio de los llamados sistemas químicos, es decir, de los sistemas en los que tienen lugar procesos que conllevan la formación de sustancias que no existían inicialmente, como son la oxidación del hierro y la combustión de un papel. Estos procesos se denominan reacciones químicas; las sustancias iniciales son reactivos o reaccionantes, y las finales, productos de la reacción.

Cualquier aspecto del desarrollo material de la humanidad tiene en la Química una contribución fundamental. Así, esta ciencia aplicada proporciona aceros especiales, aleaciones ligeras, derivados del petróleo, lacas, etcétera. Por otra parte, ayuda poderosamente a la fabricación de abonos artificiales,  a la conservación de alimentos y a la industria textil, a través de la elaboración de las modernas fibras artificiales. La Química es la base de la producción de medicamentos, algunos de los cuales son de uso casi cotidiano, para la curación de enfermedades poco importantes, pero vitales en otros casos para la salvación de muchas vidas. Sin la Química no existirían ni la farmacopea, ni la medicina entendidas en el sentido occidental. Así, es inimaginable hoy una cirugía sin productos anestésicos y antisépticos, al igual que no es concebible un avión o un automóvil sin carburantes.

De la misma manera, el metabolismo y la respiración de los seres vivos no son más que procesos químicos.