Unidad 1-sistema materiales - Norma Espinoza

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Química General Unidad 1 
Ing. Civil – Ing Eléctrica 
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UNIDAD DIDACTICA 1: SISTEMAS MATERIALES 
Contenidos conceptuales: Materia, concepto. Cuerpo. Propiedades de la materia y de los cuerpos. 
Sistemas materiales. Fases de un sistema material. Clasificación de las sustancias. Estados de la materia. 
Cambios de estado: leyes. Soluciones verdaderas o moleculares. Clasificación de las dispersiones por el 
estado de agregación. Métodos de separación de sus componentes. 
 
MATERIA Y CUERPO 
Algunas de las definiciones de Química que podemos encontrar en la bibliografía son: 
“La química es la ciencia que describe la materia, sus propiedades químicas y 
físicas, los cambios químicos y físicos que sufre y las variaciones de energía que 
acompañan a estos procesos” 
“La química es la ciencia que se ocupa del estudio de la composición, propiedades 
y transformación de la materia”. 
 
La materia es el material físico del universo, es cualquier cosa que tiene masa y ocupa 
espacio. No es suficiente decir tan solo que la materia es aquello que es perceptible, la 
luz también lo es, pero también es algo más, no materia, sino energía. 
La materia se encuentra en la naturaleza en porciones limitadas que se caracterizan por 
tener extensión, forma y volumen y se conocen como cuerpos. 
Los cuerpos, son diferentes e incontables, pero tienen las siguientes características 
comunes: 
a) Poseen masa, es decir que colocados en una balanza la desequilibran. 
b) Son impenetrables, pues dos cuerpos no pueden ocupar el mismo espacio en el 
mismo momento. 
c) Por ocupar un lugar en el espacio, decimos que poseen volumen. 
Podemos decir entonces que cuerpo puede ser un trozo de leña, una silla, el agua 
contenida en una jarra, etc. 
Los distintos tipos o calidades de materia que forman a los cuerpos se denominan 
sustancias. 
Nota: se propone al alumno indagar sobre la diferencia ente masa y peso. 
 
 
 
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PROPIEDADES DE LA MATERIA 
Hay dos tipos de propiedades que presenta la Materia, propiedades extensivas y 
propiedades intensivas: 
 Las propiedades extensivas dependen de la cantidad de materia, por ejemplo, 
el peso, volumen, longitud, energía potencial, calor, etc. 
 Las propiedades intensivas no dependen de la cantidad de materia y son 
uniformes en toda la masa, por ejemplo: Temperatura, Punto de Fusión, Punto 
de Ebullición, Índice de Refracción, Calor Específico, Densidad, Concentración, 
etc. Las propiedades intensivas pueden servir para identificar y caracterizar una 
sustancia pura. 
 
 
SISTEMAS MATERIALES 
Se denomina sistema material a toda porción de materia que se aísla del espacio 
restante para poder estudiarla y controlarla. 
Los sistemas materiales se clasifican de acuerdo a distintos criterios: 
 
Si clasificamos los sistemas materiales según las propiedades intensivas (ver Apéndice 
II), pueden ser: 
 
a) Homogéneos: son aquellos que poseen iguales propiedades intensivas en 
distintos puntos del sistema considerado. Por ejemplo una muestra de alcohol 
etílico. 
Todo sistema homogéneo se caracteriza por no presentar superficie de 
separación, por eso es común decir que: 
 
Sistema homogéneo es aquel que posee una sola fase 
Abiertos: son aquellos en los que hay 
transferencia de materia y energía entre 
el sistema y el medio. 
 
Cerrados: aquellos que no 
intercambian materia pero si pueden 
intercambiar energía con el medio. 
 
Aislados: aquellos que no intercambian 
ni materia ni energía con el medio. 
 
Clasificación según su 
interacción con el medio 
 
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Un sistema puede ser homogéneo a simple vista y no al microscopio, por ejemplo 
la leche. Por lo cual es necesario especificar las condiciones experimentales 
antes de realizar la clasificación. 
 
Los sistemas homogéneos pueden ser: 
 sustancias puras, que pueden ser elementos o compuestos. Un elemento 
es una sustancia pura que no puede descomponerse en otras más sencillas 
por métodos químicos ordinarios, (p. ej.: oxígeno, oro, hierro, etc.). Poseen 
propiedades intensivas constantes. Una sustancia pura compuesta está 
constituidas por dos o más elementos, (p.ej.: agua, alcohol etílico, dióxido de 
carbono, etc.) según que admitan o no descomposición 
 soluciones: que son aquellos sistemas que se pueden fraccionar en sus 
componentes (sustancias puras) utilizando el proceso adecuado. Toda 
solución está formada por un soluto (componente que se disuelve) y solvente 
(componente que disuelve). Por ejemplo: agua salada. 
 
b) Heterogéneos: son aquellos que presentan diferentes propiedades intensivas 
en distintos puntos del sistema considerado. Por ejemplo: sistema agua- aceite, 
 
En estos sistemas se pueden observar dos o más fases por lo que es común 
decir: 
Sistema heterogéneo es aquel que posee más de una fase 
 
Una fase es un sistema homogéneo que forma parte de uno heterogéneo. En un 
sistema heterogéneo las fases se hallan separadas por superficies definidas 
llamadas interfases. 
En un sistema heterogéneo de dos fases se denomina fase dispersa a la fase 
que se encuentra en menor proporción y fase dispersante a la que se encuentra 
en mayor proporción. 
 
Según el tamaño de las partículas las dispersiones se clasifican en: 
 dispersiones groseras: aquellas en las cuales las partículas dispersas 
se perciben a simple vista. Ejemplo sistema agua-arena. 
 
 dispersiones finas: son sistemas heterogéneos cuya fase dispersa es 
visible al microscopio. Toman distintos nombres según el estado físico de 
los medios disperso y dispersante. Se denominan emulsiones, cuando 
ambos son líquidos Ejemplo sistema leche constituida por suero y crema 
y suspensiones cuando el medio dispersante es líquido y el medio 
disperso sólido, ejemplo humos. 
 
 dispersiones coloidales: en estas dispersiones el medio disperso sólo 
es visible con el ultramicroscopio. El tamaño de las partículas es superior 
al de las que forman las soluciones verdaderas e inferior al de las 
dispersiones finas. Tienen forma consistente poseyendo alguna de las 
propiedades elásticas o plásticas de los cuerpos sólidos; aunque el 
medio dispersante sea líquido se dice que constituyen un gel. Ejemplo: 
albúmina de huevo, aleaciones. 
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c) Inhomogéneo: son aquellos sistemas cuyas propiedades intensivas varían 
en forma gradual pero poseen una sola fase. Por ejemplo la atmósfera 
 
ESTADOS DE LA MATERIA 
 
La materia se presenta en distintos estados de agregación. El estado de 
agregación es cada una de las formas límite en que se encuentra la materia. Esos 
estados son: sólido, líquido y gaseoso. Algunas de las características que distinguen a 
los diferentes estados son: 
 
 
CARACTERÍSTICAS 
 
SÓLIDO 
 
LIQUIDO 
 
GASEOSO 
 
FORMA 
 
Propia, definida 
Del recipiente que lo 
contiene, superficie 
plana 
Del recipiente que lo 
contiene 
 
VOLUMEN 
 
 
Propio 
 
Propio 
Del recipiente que lo 
contiene, depende de la 
presión y temperatura. 
 
ACCIÖN DE LA 
PRESION 
 
FUERZAS 
INTERMOLECULARES 
 
 
Prácticamente 
incompresible 
 
Fuerza de 
atracción mayor 
que repulsión 
Prácticamente 
incompresible 
 
La magnitud de 
ambas fuerza son 
similares 
Compresible 
 
 
Fuerza de repulsión 
mayor que de atracción 
PROPIEDADES 
SUBMICROSCÓPICAS 
 
Partículas en 
contacto, 
estrechamente 
empaquetadas 
formando una red 
cristalina. 
Partículas más 
separadas y 
desordenadas con 
respecto al estado 
sólido. 
Partículas muy separadas 
e independientes unas de 
otras. 
MOVIMIENTO DE LAS 
PARTÍCULAS 
 
Movimiento vibratorio, 
oscilando alrededor 
de posiciones fijas, 
Cambian de lugar con 
las vecinas 
En todas direcciones 
ENERGIA CINETICA 
 
Poca. Estado de 
menor entropía 
( desorden) 
Mayor energía 
cinética que el estadosólido 
Mayor energía cinética. 
Mayor entropía. 
 
Los estados líquido y gaseoso de la materia suelen considerarse como fluidos, por 
la facilidad de desplazarse de las moléculas una sobre otras. 
Actualmente se conocen otros estados, son los llamados plasmas o fluidos 
supercríticos. Generalmente son gaseosos. Están constituidos por una mezcla de 
partículas neutras, iones positivos (átomos o moléculas que han perdido uno o más 
electrones) y electrones. Un plasma es, en general, conductor de la electricidad. 
Los electrones libres de un metal también pueden ser considerados como un 
plasma. La mayor parte del Universo está formado por materia en estado de plasma. La 
ionización está causada por las elevadas temperaturas, como ocurre en el Sol y las 
demás estrellas, o por la radiación, como sucede en los gases interestelares o en las 
capas superiores de la atmósfera. El estado plasmático puede crearse aplicando un 
campo eléctrico a un gas a baja presión, como en los tubos fluorescentes. 
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La estructura interna de la materia es un factor determinante para que la misma se 
presente en los diferentes estados: 
 En el estado sólido las fuerzas de atracción o cohesión entre las partículas son 
muy superiores a las de repulsión por lo que la libertad de movimiento de las 
mismas es muy restringida, manteniendo un movimiento vibratorio. Es por ello 
que se ordenan formando modelos geométricos. 
 En el estado líquido, la magnitud de ambas fuerzas es similar de tal manera que 
las partículas tienen cierta libertad de movimiento y se agrupan con relativa 
regularidad sin ocupar posiciones fijas. 
 En el estado gaseoso, las fuerzas de atracción entre las partículas son 
prácticamente despreciables lo que permite que puedan ocupar libremente la 
totalidad del volumen disponible. 
 
CAMBIOS DE ESTADO 
 
Modificando las variables presión y temperatura se puede producir un cambio de 
estado, ver esquema en la página siguiente. 
En todo cambio de estado hay un intercambio de energía con el medio. 
Los nombres asignados a cada cambio de estado pueden variar. Por ejemplo el 
término solidificación es más general que el de congelación que figura en el gráfico, 
así como el de licuefacción es preferible al de condensación, el cual generalmente se 
emplea para aquellas sustancias que son líquidas a temperatura ambiente. 
 
 
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Con respecto al cambio de líquido a gaseoso debemos aclarar que se diferencian 
dos modos de realizarlo: 
 Evaporación: sólo las moléculas de líquido que se hallan en la superficie 
pasan al estado gaseoso. 
 Ebullición: el pasaje de líquido a gaseoso se produce en toda la masa del 
líquido. 
 
 
MÉTODOS DE SEPARACIÓN DE FASES 
 
Los sistemas homogéneos que forman parte de un sistema heterogéneo se 
pueden separar del mismo por diferentes métodos. Algunos de ellos son: 
 
1) Tamización: se emplea para sistemas heterogéneos sólidos cuyas partículas son de 
diferente tamaño. Por ejemplo: arena- canto rodado. Los tamices más comunes son 
los denominados para “áridos”, entendiéndose por áridos a partículas secas, aunque 
en algunos casos pueden utilizarse para separación de sólidos en suspensiones 
líquidas. 
Se necesitan dos parámetros para definir una malla; uno es la luz de malla y otro es 
la superficie abierta, que se mide como la proporción de la superficie total de la malla 
que queda libre, o sea que no forma parte 
de la estructura de hilos o alambres. Se 
define como „número de malla‟, que en 
estos tamices normalizados se denomina 
„número de mesh‟ utilizando la palabra 
mesh que dignifica malla en inglés, a la 
cantidad de hilos por pulgada lineal que 
tiene la malla, pero manteniendo 
constante la superficie abierta, que en 
ASTM es del 60%. Es decir que cuanto 
más grande es el mesh más finos 
deberán ser los hilos. 
 
ASTM son las siglas de American Society 
of Testing Methods, (lo de „American‟ es 
Tamiz de bronce Juego de tamices 
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en realidad una usurpación que hacen los estadounidenses del gentilicio de todo un 
continente). 
 
El número de mesh según la normativa ASTM varía desde 400 (400 hilos por 
pulgada) hasta 10 (10 hilos por pulgada). 
 
 
En la industria se utilizan tamices vibratorios 
como el de la figura. 
 
 
 
 
 
 
 
2) Filtración: permite separar las fases de un sistema heterogéneo cuando una fase es 
sólida y la otra líquida, utilizando como material filtrante papel de filtro, arena, etc. 
La mayoría de los filtros industriales son filtros de presión o de vacío, y según la 
forma de operar se pueden clasificar en: 
 
 Discontinuos: aquellos en los cuales durante buena parte del ciclo de operación 
el flujo del fluido a través del mismo es continuo, interrumpiéndose 
periódicamente para permitir la descarga de los sólidos acumulados. 
 
 Continuos: en los que la descarga de los sólidos y del fluido se realiza en forma 
ininterrumpida mientras el equipo se encuentra en operación. 
 
 
Filtro de placas semicontinuo Filtro de rotatorio continuo 
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3) Decantación: se puede emplear para separar líquidos de diferente densidad, no 
miscibles, para lo cual se utiliza, en el laboratorio, la ampolla o embudo de 
decantación. El líquido menos denso, después de un tiempo denominado “tiempo de 
decantación”, se separa formando una fase por encima de la fase del líquido más 
denso. 
En la industria se utilizan decantadores gravitatorios continuos o decantadores 
centrífugos. 
 
 
4) Sedimentación: se emplea para separar un fase sólida dispersa en una fase líquida. 
Por ejemplo arena- agua, el sólido sedimenta y el líquido sobrenadante se separa 
por decantación. Para acelerar este proceso se puede aplicar la centrifugación. 
 
 
Ampolla de decantación 
Decantador gravitatorio continuo 
Sedimentador de aguas servidas 
Corte de un 
sedimentador 
industrial 
 
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5) Levigación: se utiliza para separar las fases sólidas de un sistema heterogéneo 
cuando poseen distinta densidad, se hace pasar una corriente de agua que arrastra 
la fase más liviana y deja el más pesado. Por ejemplo para separar el oro de las 
arena auríferas. 
 
6) Flotación: Es un proceso fisicoquímico, ampliamente usado para la recuperación de 
minerales y su concentración o separación de especies de diferente mineralización, 
aprovechando las propiedades de hidrofobicidad natural o inducidas, mediante 
reactivos químicos (colectores, espumantes, modificadores). La flotación es un 
proceso de beneficio de minerales que permite la concentración de éstos, 
llevándolos a nivel comercial interesante. Es muy utilizado en la recuperación de los 
minerales de cobre. Se caracteriza por ser un proceso que involucra tres fases, la 
sólida (el mineral), la acuosa (agua) y la gaseosa (gas disperso en burbujas, aire o 
nitrógeno), esta última responsable físicamente del término “flotación” al levantar las 
partículas adheridas a las burbujas de la espuma. 
 
MÉTODOS DE FRACCIONAMIENTO 
Estos métodos se utilizan para determinar si un sistema homogéneo está formado 
por más de un componente. 
Los métodos de fraccionamiento más comunes son: 
1) Destilación: Este método consiste en separar los componentes de las mezclas 
basándose en lo volátiles que sean las sustancias que forman la mezcla. Se utilizan 
los destiladores. Una sustancia de punto de ebullición bajo se considera “volátil” en 
Entrada del agua
de refrigeración
Salida del agua
de refrigeración
Detalle de la ubicación
 del termómetro
Sistema de laboratorio para destilación simple 
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relación con las otras sustancias de puntos de ebullición mayor. Hay variostipos de 
destilación, la más sencilla es la destilación simple en la que el proceso se lleva a 
cabo por medio de una sola etapa, es decir, que se evapora el líquido de punto de 
ebullición más bajo (calentando la mezcla) y se condensa por medio de un 
refrigerante. Destilación fraccionada: se emplea para separar los componentes de un 
sistema homogéneo que consta de dos o más líquidos volátiles de diferente punto de 
ebullición. El proceso de destilación fraccionada consta de varias etapas en cada 
una de las cuales se separa dos fracciones: una es más rica en los componentes 
más livianos y la otra fracción es más rica en los componentes más pesados. Por 
ejemplo se utiliza destilación fraccionada para separar los componentes de los 
hidrocarburos presentes en el petróleo. 
2) Cristalización simple se utiliza para separar un sólido disuelto en un líquido 
siempre que el sólido tenga la propiedad de cristalizar. La cristalización es el 
depósito del sólido disuelto en el líquido por alguno de los siguientes motivos: 
 Por enfriamiento de soluciones concentradas. Habitualmente a mayor 
temperatura mayor es la concentración de sólido que la misma puede contener. 
Si enfriamos una solución concentrada, al disminuir la temperatura será menor la 
cantidad de sólido que la misma puede contener y por lo tanto el sólido que 
“sobra” acabará depositándose en el fondo del recipiente (cristalización). 
 Por evaporación, al disminuir la cantidad de disolvente deberá tener menos sólido 
disuelto, el que vaya sobrando a medida que se evapore el líquido se depositará 
en el fondo del recipiente (cristalización). 
3) Cristalización fraccionada: el método es igual al anterior, siendo empleado para 
soluciones que contienen más de un soluto y cuyas solubilidades difieren de tal 
forma que cuando comienza a cristalizar el segundo componente ya no queda 
prácticamente soluto del primero en la solución. 
4) Extracción: Consiste en separar varios solutos 
disueltos en un disolvente. Se utiliza la 
diferencia de solubilidad de cada soluto en 
diferentes disolventes. Se añade un disolvente 
inmiscible (que no se disuelve) con el disolvente 
de la mezcla, los solutos se distribuyen entre los 
dos disolventes: alguno de los solutos será más 
soluble en el primer disolvente y otro de los 
solutos en el segundo disolvente. 
Posteriormente las dos fases se separan como 
mezclas heterogéneas, por decantación en este 
caso. 
 
 
BIBLIOGRAFÍA 
 
 www.cenunez.com.ar 
 MaCabe, W.L., Smith, J.C., Harriott, P. “Operaciones Unitarias en Ingeniería 
Química”, 4ª Ed. Española. 1998 
 
Torres de destilación fraccionada 
javascript:ventanaSecundaria('b2_3_fases.htm')
http://www.cenunez.com.ar/
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APÉNDICE I 
 
SISTEMAS MATERIALES: RED CONCEPTUAL 
Cerrados 
Según intercambio con el medio 
SISTEMAS 
MATERIALES 
Aislados Abiertos 
Homogéneos 
Según las propiedades intensivas 
Heterogéneos 
Sustancias 
puras 
Soluciones 
Simples 
 
Compuestas 
Dispersiones 
groseras 
 
Dispersiones 
finas 
Dispersiones 
coloidales 
 
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APÉNDICE II 
Clasificación 
según las 
propiedades 
intensivas 
Homogéneos: son aquellos que 
poseen iguales propiedades intensivas 
en distintos puntos del sistema 
considerado. Por ejemplo una muestra de 
alcohol etílico. 
Todo sistema homogéneo se caracteriza 
por no presentar superficie de 
separación, por eso es común decir que: 
Sistema homogéneo es aquel que 
posee una sola fase 
 
 
Sustancias 
puras 
Simples: son sustancias puras que no pueden 
descomponerse en otras más sencillas por métodos químicos 
ordinarios, (p. ej.: oxígeno, oro, hierro, etc.). Son comúnmente 
denominadas elementos 
Compuestas: están constituidas por dos o más elementos, 
(p.ej.: agua, alcohol etílico, dióxido de carbono, etc.) 
Soluciones: son aquellos sistemas que se pueden fraccionar en sus 
componentes (sustancias puras) utilizando el proceso adecuado. Toda 
solución está formada por un soluto (componente que se disuelve) y 
solvente (componente que disuelve). Por ejemplo: agua salada. 
 
Heterogéneos: son aquellos que 
presentan diferentes propiedades 
intensivas en distintos puntos del sistema 
considerado. Por ejemplo: sistema agua- 
aceite. En estos sistemas se pueden 
observar dos o más por lo que es común 
decir: 
Sistema heterogéneo es aquel que posee 
más de una fase 
 
 
Dispersiones groseras: aquellas en las cuales las partículas 
dispersas se perciben a simple vista. Ejemplo sistema agua-arena. 
 
Dispersiones finas: son sistemas heterogéneos cuya fase dispersa 
es visible al microscopio. Toman distintos nombres según el estado físico 
de los medios disperso y dispersante. Se denominan emulsiones, cuando 
ambos son líquidos. Ejemplo: sistema leche constituida por suero y crema 
y suspensiones cuando el medio dispersante es líquido y el medio 
disperso sólido, ejemplo humos. 
 
Dispersiones coloidales: en estas dispersiones el medio disperso 
sólo es visible con el ultramicroscopio. El tamaño de las partículas es 
superior al de las que forman las soluciones verdaderas e inferior al de las 
dispersiones finas. Tienen forma consistente poseyendo alguna de las 
propiedades elásticas o plásticas de los cuerpos sólidos; aunque el medio 
dispersante sea líquido se dice que constituyen un gel. Ejemplo: albúmina 
de huevo, aleaciones. 
 
Inhomogéneo: son aquellos 
sistemas cuyas propiedades intensivas 
varían en forma gradual pero poseen 
una sola fase. Por ejemplo la atmósfera