REPRESENTACIÓN GRÁFICA DE EQUILIBRIO DE LA FASE EN A SISTEMA DE UN COMPONENTE

En un equilibrio entre un líquido y un vapor el punto de ebullición normal del líquido se define como esa temperatura a la cual la presión del vapor saturada ejercida por el líquido es 1 atm. El conocimiento de las capacidades de calor de la muela del líquido y fases del vapor, el calor de la muela de la evaporación a cualquier temperatura, Hevap_{, T}, y la temperatura de la ebullición normal permite que la temperatura de la presión del vapor saturada se determine para cualquier material. Por ejemplo, para H2O

en la variedad de temperatura 298-2500 K y

en la variedad de temperatura 273-373 K. Así, para el cambio de estado

Equilibrio de la fase en un sistema de un componente 189

A la temperatura de la ebullición normal de 373 K, Hevap=41,090 J, y así

Ahora

En el punto de ebullición de 373 K, p=1 atm, y así la integración constante se evalúa como 51.10. En términos de logaritmos para basar 10, esto da

(7.9)

que es así la variación de la presión del vapor saturada del agua con la temperatura en la variedad de

temperatura 273-373 K. Prueba de la curva de presión del vapor experimentalmente mesurada de agua líquida a una expresión del formulario

190 Introducción a la Termodinámica de Materiales

da

(7.10)

Eqs. (7.9) y (7.10) se muestran en Fig. 7.9 como complots del registro p (atm) contra la temperatura inversa. El acuerdo entre las dos líneas aumenta con el aumento de la temperatura. En Fig. 7.9 la cuesta de la línea a cualquier temperatura iguala Hevap_{, T/4.575}. Las presiones del vapor saturadas de varios de los elementos más comunes se presentan en Fig. 7.10, otra vez como las variaciones de registro p con la temperatura inversa.

La figura 7.9 La presión del vapor saturada del agua como una función de temperatura.

Fig. 7.11 es un diagrama de la fase de un componente que usa T y P como coordenadas. La línea AOA es una representación gráfica de la integral de Eq. (7.5), que es la variación de la presión con la temperatura requerida para el equilibrio de la fase entre las fases sólidas y líquidas. Si _Hm es independiente de temperatura, integración de Eq. (7.5) da una expresión del formulario

Equilibrio de la fase en un sistema de un componente 191

(7.11)

Por definición la temperatura de fundición normal del material es la temperatura que se derrite en una presión de 1 atm, y en Fig. 7.11 el punto de fusión normal se designa como el punto m. La línea BOB es la línea para el equilibrio entre el vapor y el líquido dado por Eq. (7.7) o (7.9) en que _HT es Hevap_{, T}. En caso del agua la línea BOB representa la variación, con la temperatura, de la presión del vapor saturada del líquido, u o bien, la variación, con la presión, del punto de rocío del vapor acuático. La línea BOB pasa por el punto de

ebullición normal (representado por el punto b en la cifra) y cruza la línea AOA al punto triple, O. El punto triple es el estado representado por los valores invariantes de P y T en el cual el sólido, el líquido y las fases del vapor están en el equilibrio el uno con el otro. Conocimiento del punto triple, juntos con el valor de

Hsublim_{, T}, permite que la variación de la presión del vapor saturada del sólido con la temperatura se determine. Esta línea de equilibrio se dibuja como COC Fig. 7.11.

La figura 7.10 Las presiones del vapor de varios elementos como funciones de temperatura.

La figura 7.11 la representación Esquemática de la parte de la fase hace el diagrama para H2O.

En la superficie de G-T-P para los estados de la existencia del vapor la fase se incluyó en Fig. 7.8, se cruzaría con la superficie transistorizada a lo largo de una línea y se cruzaría con la superficie líquida y estatal a lo largo de una línea. La proyección de estas líneas, juntos con la línea de intersección del sólido - y superficies líquidas y estatales, en el avión básico P-T de dos dimensiones de Fig. 7.8 produciría Fig. 7.11. Tres

superficies estatales en Fig. 7.8 vuelta a dibujar se cruzarían a un punto, la proyección de que en el avión básico P-T da el punto invariante O. Las líneas rotas OA, OB y OC en Fig. 7.11 representan,

respectivamente, metastable el líquido sólido, metastable líquido del vapor y equilibrio sólido por el vapor metastable. El equilibrio es metastable porque, en caso de la línea OB, la intersección del líquido - y superficies estatales por el vapor en Fig. 7.8 vuelta a dibujar están en valores más altos de G que hace la superficie transistorizada para los mismos valores de P y T. Del mismo modo, el equilibrio sólido y líquido OA es metastable con respecto a la fase del vapor y el equilibrio del vapor sólido OC metastable con respecto a la fase líquida.

Fig. 7.12a muestra tres secciones isobaric de Fig. 7.8 vuelta a dibujar en P1> _punto de Ptriple.

El punto de P2=Ptriple y P3

<

punto de Ptriple y Fig. 7.12b muestran tres secciones isotérmicas del

Fig. 7.8 vuelta a dibujar en T1 <_punto de Ttriple, _{punto de T2=Ttriple}, T3> _punto de Ttriple. En Fig. 7.12a, las

cuestas

de las líneas en cualquier isobaric sección aumentan negativamente en el pedido sólido, líquido, vapor, de acuerdo con el hecho que S _(s) <S _(l) <S _(v). Del mismo modo, en Fig. 7.12b las cuestas de las líneas en cualquier sección isotérmica aumentan en el pedido líquido, sólido, vapor de acuerdo con el

hecho que, para H2O, V _(l) <V _(s) <V _(v).

La figura 7.12 (a) representación esquemática de la presión constante

variaciones de la muela Gibbs energías libres de sólido, líquido y vapor H2O en presiones encima, en, y debajo del triple -

presión del punto.

La figura 7.12 (b) representación Esquemática de la temperatura constante

variaciones de la muela Gibbs energías libres de sólido, líquido y vapor H2O a temperaturas encima, a, y debajo del triple -

temperatura del punto.

Equilibrio de la fase en un sistema de un componente 195

OA de líneas, OB y OC dividen Fig. 7.11 en tres áreas dentro de cada una de las cuales sólo una fase es estable.

Dentro de estas áreas la presión ejercida en la fase y la temperatura de la fase se puede independientemente variar sin trastornar el equilibrio de una fase. El equilibrio así tiene dos niveles de la libertad, donde el número de niveles de la libertad que un equilibrio tiene es el número máximo de variables que se pueden

independientemente variar sin trastornar el equilibrio. Las áreas de la fase sola encuentran en las líneas OA, OB y OC a lo largo del cual dos fases coexisten en el equilibrio, y para el mantenimiento continuado de cualquier de este equilibrio sólo una variable (P o T) se puede independientemente variar. El equilibrio de dos fases en un sistema de un componente así tiene sólo un nivel de la libertad. El tres dos - las líneas de equilibrio de la fase se encuentran al punto triple, que es el estado invariante en el cual sólido, el líquido y el vapor coexisten en el equilibrio. El equilibrio de tres fases en un sistema de un componente así no tiene niveles de la libertad, y tres es por lo tanto el número máximo de fases que pueden coexistir en el equilibrio en un sistema de un componente. Dan por el número de niveles de la libertad, F, que un sistema que contiene C componentes puede tener cuando las fases P están en el equilibrio