Este documento describe los conceptos básicos de sistemas materiales, sustancias puras, mezclas, soluciones y concentración de soluciones. Explica que un sistema material puede ser homogéneo, heterogéneo o inhomogéneo, y que una mezcla puede ser homogénea o heterogénea. También define sustancias puras, soluciones y las diferentes unidades para expresar la concentración de una solución.

1. Sistemas Materiales y Soluciones
Taller de Química para el Ingreso 2024 - TUTA - CURA

2. Sistemas materiales
●Se define a un “sistema material” como una porción
del Universo que se aísla para su estudio.
●Sus límites pueden ser reales o imaginarios.
●Pueden clasificarse en: homogéneos, heterogéneos e
inhomogéneos.

3. ●Sistema homogéneo es aquel que en todos los puntos de su masa posee
iguales valores de cada una de sus propiedades intensivas.
●Sistema heterogéneo es aquel que en distintos puntos de su masa posee
diferentes valores de sus propiedades intensivas, debido a que está
formado por dos o más porciones homogéneas, cada una de las cuales
se denomina fase.
●Sistema inhomogéneo es aquel en que los valores de las propiedades
intensivas varían en forma gradual.

4. Sustancias puras y mezclas
● Al usar el término “sustancia” haremos referencia a un único material
puro.
● Una sustancia puede ser simple o compuesta.
● Si se presente sola, sin ninguna otra que la acompañe, dicha sustancia
es pura.
● Mezcla es un sistema material formado por dos o más sustancias
distintas, distribuidas al azar una en el seno de la otra.

6. Diferencias entre sustancias y Mezclas
Sustancias puras Mezclas
Formada por una sustancia Formada por dos o más sustancias
Composición fija Composición variable
No pueden separarse por métodos
físicos
Pueden separarse por métodos físicos
Temperatura constante durante los
cambios de estado
Temperatura variable durante los cambios
de estado
Ejemplos: agua, aluminio, oxígeno,
mercurio
Ejemplo: agua y arena, aire

7. Representación gráfica

8. ●La diferencia más importante es que una mezcla, por lo general, presenta
un comportamiento intermedio entre las propiedades físicas de sus
componentes.
●Las propiedades de un compuesto son por lo común muy distintas de las
de sus elementos componentes.
●Las mezclas a su vez, se clasifican según su grado de división en
mezclas homogéneas y heterogéneas.

9. ●Las mezclas homogéneas se denominan también soluciones o disoluciones.
●Se pueden presentar en los distintos estados de agregación: gaseosas,
líquidas, o sólidas.
●Las mezclas heterogéneas se caracterizan por la distinción que puede
hacerse a simple vista de sus componentes, o bien con ayuda de un
microscopio.
●Los componentes de una mezcla heterogénea pueden separarse en general
por medio de filtración, tamizado, centrifugación, decantación, etc.

10. Tipo de mezcla Ejemplo
Homogéneas
Sustancia simple +
Sustancia simple
Ar disuelto en N2
y H2
disuelto en Pd
Sustancia compuesta +
Sustancia compuesta
Alcohol disuelto en H2
O
CO2
disuelto en H2
O
Sustancia simple +
Sustancia compuesta
I2
disuelto en alcohol
H2
disuelto en CO2

11. Tipo de mezcla Ejemplo
Heterogéneas Sustancia simple +
Sustancia simple
H2
(burbujas) en Hg
Sustancia compuesta +
Sustancia compuesta
CO2
(burbujas) en H2
O
Sustancia simple +
Sustancia compuesta
N2
(burbujas) en H2
O
Sustancia simple + Solución N2
(burbujas) en solución
de NaCl en H2
O
Sustancia compuesta +
Solución
C6
H6
(benceno, en
pequeñas gotitas) en
solución de NaCl en H2
O

12. Tipo de mezcla
Inhomogéneas Atmósfera: mezcla de varios
componentes
Océano: mezcla de varios
componentes

13. Sustancias
Mezclas
Sustancias
Puras
Sustancias
Simples
Sustancias
Compuestas
Mezclas
homogéneas
Mezclas
heterogéneas
N2
, He, O2
,
S8
, Fe, etc.
Mezclas
inhomogéneas
N2
O, HCl,
SO3
, KMnO4
,
CaH2
, etc.
Alcohol y
agua,
nitrógeno y
helio, etc.
Limaduras
de hierro y
arena. Atmósfera,
océano.

14. Una solución o disolución es una mezcla homogénea, y por ser una mezcla es de
composición variable.
Tipo de solución Ejemplo
sólido - líquido sal o azúcar en agua
líquido - líquido anticongelante
gas – líquido soda (sin burbujas)
gas – gas aire (filtrado)
sólido - sólido (aleación) bronce
gas - sólido H2 en Pt

15. ●La mayoría de las reacciones químicas, en particular las de
importancia biológica, ocurren en soluciones líquidas
●El estudio de las reacciones en soluciones gaseosas es
importante, pues muchas reacciones ocurren en la
atmósfera y se vinculan con los problemas ambientales
●En la industria, las aleaciones (soluciones sólidas)
constituyen todo un campo de investigación en
el área de nuevos materiales.

16. ● En toda solución el componente que se encuentra
en mayor cantidad se denomina solvente,
● Y, el o los que se encuentran en menor cantidad
constituyen el/los soluto/s.
● Según la Ley de Lavoisier se cumple que:
masa de la solución = masa del soluto + masa del solvente
● En las soluciones líquidas el o los solutos se encuentran:
disueltos, disociados en forma de iones, o bien sin disociar, como
moléculas.

17. Procesos de formación de soluciones
● Simple dispersión:
- Una sustancia se dispersa dentro de la otra. La que se dispersa se llama
soluto y la otra, que está en mayor cantidad es el dispersante.
● Solvatación:
- Es un proceso en el cual el soluto y el solvente forman
agregados.
- A partir de ellos no se forma ningún compuesto nuevo,
es decir, no hay reacción química.

18. ● Los iones son rodeados por las moléculas del disolvente en un proceso
llamado solvatación.
● Si el solvente es el agua, se llama hidratación.
● Para que este proceso sea posible es necesario que exista interacción entre
las moléculas del disolvente con las del soluto, con liberación de una cierta
cantidad de energía, la cual es cedida en parte a la red cristalina y permite a
algunas de sus partículas componentes desprenderse e incorporarse a la
disolución.
● La repetición de este proceso produce, al cabo de un cierto tiempo, la
disolución completa del sólido.

20. ● No siempre la energía liberada en el proceso de solvatación es lo
suficientemente elevada como para romper los enlaces en el cristal.
● Para que la energía de solvatación tome un valor considerable es necesario
que las interacciones entre moléculas del soluto y del disolvente sean de la
misma naturaleza.
● Sólo así este fenómeno es lo suficientemente importante como para dar
lugar por sí solo a la disolución del cristal.

21. Reacción química: Es el caso en que el soluto reacciona con el solvente
produciendo un cambio químico y dando por ello lugar a la formación de
nuevas sustancias.
Cuando preparamos una solución lo que hacemos es agregar un soluto a
un solvente, produciéndose así la disolución del soluto por alguno de los
mecanismos citados anteriormente donde el soluto se ubica en los
espacios que quedan entre las moléculas del solvente.

22. Concentración de una solución

23. Unidades de concentración
Forma de expresar
la concentración
Símbolo Unidades Descripción
Porcentaje masa en
masa
% m/m g/100 g
Masa de soluto como porcentaje
de la masa total de la solución
Partes por millón
(másicas)
ppm mg/kg
Masa de soluto en mg por cada
kg de soluciòn
Porcentaje masa en
volumen
% m/V g/100mL
Masa de soluto en g por cada 100
mL de solución.
Gramos/litro g/L g/L
Masa de soluto en gramos por
litro de solución
Molaridad M mol/L
Cantidad de moles de soluto por
litro de solución

24. ● Se denomina solubilidad de una sustancia en un disolvente determinado, a
una temperatura dada, a la concentración de la sustancia en la solución
saturada.
● La solubilidad nos indica la “cantidad máxima de soluto que se puede
disolver en un volumen determinado de solvente”, en condiciones estables, a
una temperatura determinada.
● Su valor está siempre especificado para una determinada temperatura de
trabajo.
Concepto de Solubilidad

25. ● Si a una solución saturada se le agrega más soluto se produce la precipitación o
cristalización de éste pues el solvente no tiene capacidad para retener mayor
cantidad de soluto.
● Generalmente, la solubilidad aumenta al aumentar la temperatura.
● Se expresa, en general, en masa de soluto por litro de solvente o en masa de
soluto por cada 100 g de solvente.
● Depende de varios factores: soluto, solvente, temperatura.
● Para un sistema solvente-soluto dado, la concentración de soluto
correspondiente a una solución saturada depende solo de la temperatura, y para
solutos gaseosos también de la presión.

27. Dilución de una solución
●Es el proceso por el cual una disolución disminuye su concentración por
agregado de solvente, ya sea en forma de solvente puro en el caso más
común, o en forma de disolución menos concentrada que la solución a
diluir.
●En el laboratorio químico se puede preparar inicialmente una solución
concentrada o “madre”, y a partir de ésta obtener por dilución soluciones
más diluidas, o sea de menor concentración, y mayor volumen.
masa de soluto en la solución inicial = masa de soluto en la solución final

30. Ejercitación
1) En un matraz se mezclan 35 gramos de azúcar con 750 g de agua. Se mide
la densidad de la solución resultante y es 1,180 g/mL. Expresar la
concentración en: a) % m/m b) %m/V c) g/L.
2) En un laboratorio se dispone de 45 gramos de sulfato de cobre(II). Para
determinados trabajos se necesitan soluciones de esta sal al 9 % m/V. ¿Qué
volumen de solución, de esa concentración, se podrá preparar con todo el
sólido disponible?

31. Ejercitación
3) ¿Cuántos gramos de agua deberán utilizarse para disolver 150 g de cloruro de
sodio de modo que resulte una solución cuya concentración sea del 20 % m/m?
4) Determinar qué concentración tendrá la solución resultante de la operación
siguiente: En un matraz de 500 mL, se colocan 25 mL de una disolución de nitrato de
amonio en agua de concentración 20 g/L. Se completa con agua destilada hasta el
aforo del matraz.