Sustancia pura
Es aquella que tiene una composición química fija en cualquier parte. El agua, el nitrógeno, el helio y el dióxido de carbono, son sustancias puras.
Una mezcla de dos o más fases de una sustancia pura se sigue considerando una sustancia pura siempre que la composición química de las fases sea la misma.
Relaciones Termodinámicas Fase
La fase de una sustancia se relaciona con su arreglo molecular, que es homogéneo. Para una sustancia pura se consideran tres fases: sólido, líquido y gas.
FASES DE UNA SUSTANCIA PURA
Sólida líquida gaseosa
Se tienen varias fases dentro de una fase principal Carbón
Grafito Diamante
Helio
• Dos fases líquidas
El hielo presenta siete fases diferentes a presiones elevadas Estructura molecular diferente
PROCESO DE CAMBIO DE FASE Líquido comprimido
En estas condiciones el agua existe en fase líquida y se denomina líquido subenfriado, lo que significa que no está a punto de evaporarse.
Líquido saturado
Es un líquido que está a punto de evaporarse.
Es un vapor a punto de condensarse. Vapor saturado
Mezcla saturada de líquido-vapor
Las fases líquida y vapor coexisten en equilibrio en estos estados.
Vapor sobrecalentado
Un vapor que no está a punto de condensarse. No ocurrirá condensación mientras la temperatura permanezca sobre 100 °C en P = 1 atm.
La temperatura a la cual una sustancia pura empieza a hervir si la presión es fija, es la temperatura de saturación Tsat. Del mismo modo, a una temperatura determinada, la presión a la cual una sustancia pura empieza a hervir se denomina de presión de saturación. A una presión de 101.35 kPa, 0 °C. En sentido inverso, a una temperatura de 100 °C, Psat es 101.35
Diagrama de fase
Es una herramienta gráfica que permite observar en que fase se encuentra una
sustancia pura a determina presión y temperatura.
Procesos de cambio de fase en sustancias
En estas condiciones el agua existe en fase líquida y se denomina líquido
comprimido o líquido subenfriado, lo cual significa que no está a punto de
evaporarse.
Relaciones de estado Presión
Volumen específico Diagrama de fases Temperatura
Diagrama termodinámico P-V-T de tres ejes
• Resume las propiedades P-V-T de una sustancia pura.
• Define una superficie en un sistema de ejes coordenados presión-volumen-temperatura.
• La superficie tiene zonas en las que solo existe una fase, y zonas de coexistencia de dos fases.
Diagramas termodinámicos P-V-T de dos ejes
En los diagramas en tres dimensiones se encuentran dos puntos muy importantes: El punto triple:
Representa la intersección de la línea triple con el plano P-T. La línea triple representa la coexistencia de las fases sólido, líquido y vapor.
El punto crítico:
Representa el mayor punto al que todavía se puede encontrar la coexistencia de las fases líquido y vapor. Por el punto crítico pasa una isoterma (curva de temperatura constante) denominada crítica, a la que corresponde la temperatura crítica Tc. El punto crítico es un punto de gran inestabilidad, porque cualquier modificación infinitesimal de alguna de las tres propiedades P-V-T produce un cambio brusco de fase (vaporización o condensación súbita)
Diagrama P – T
Las curvas en el diagrama se forman de los puntos que representan la coexistencia de dos fases.
Curva de fusión: contiene los puntos de coexistencia de las fases sólido y líquido.
Curva de vaporización: contiene los puntos en los que coexisten las fases líquido y vapor.
Curva de sublimación: contiene los puntos en los que coexisten las fases sólido y vapor.
Punto triple: representa el único punto en el que coexisten las tres fases.
Consideraciones:
Las pendientes de las curvas de sublimación y vaporización son siempre positivas. La pendiente de la curva de fusión puede ser positiva o negativa.
Negativa:
Al aumentar la temperatura en una sustancia sólida que se encuentra en condiciones tales que el punto que describe el estado del sistema está justo sobre la curva de fusión.
∆T > 0 se funde siempre y cuando ∆P < 0.
Para el caso de los líquidos (son prácticamente incompresibles)
Al disminuir la presión disminuye el volumen (la misma masa ahora ocupa un volumen menor) por lo tanto la sustancia se contrae al fundirse, lo que significa que el sólido tiene menor densidad que el líquido. ( El hielo flota)
Positiva
La mayor parte de las sustancias puras se contraen al solidificarse. Es decir, el sólido tiene mayor densidad que el líquido (No flotan).r supuesto no flota. La gran mayoría de las sustancias orgánicas tienen este comportamiento.
Diagrama
Presión - volumen
Curva de puntos burbuja Curva de puntos de rocío
Cualquier estado en el que comienza un cambio de fase se
dice que está
saturado. Vapor húmedo Vapor recalentado, sobrecalentado o seco Vapor saturado seco
Punto crítico
Condiciones críticas de: T
C, P
Cy V
CTemperatura Crítica
una isoterma se representa con una curva aproximadamente hiperbólica cuya pendiente en el
plano P-V es siempre negativa. La isoterma crítica tiene un punto de inflexión en el punto
crítico, donde su pendiente se hace cero. Por lo tanto se deduce:
T
Sistema de dos fases y un solo componente
Puede estar en equilibrio a diferentes temperaturas (o presiones).
Cuando se fija la temperatura, el sistema permanece inmóvil en un estado de equilibrio y
todas las propiedades intensivas de cada fase (a excepción de sus cantidades relativas)
poseen un valor fijo.
Tiene una propiedad independiente, TEMPERATURA o bien la PRESIÓN.
Regla de fases de Gibbs
un sistema de dos fases y un solo componente puede tener sólo una variable
independiente.
Determina el número de variables independientes asociadas con un sistema multifase y
multicomponente.
IV = C – PH + 2
IV = Variables independientes
C = Número de componentes
PH = Número de fases presentes en equilibrio
En el punto triple:
PH = 3 por lo tanto, IV = 0 ninguna de las propiedades de una sustancia pura puede
variar en el punto triple.
Una sustancia pura que exista en una sola fase (PH = 1) tendrá dos variables
independientes.
BIBLIOGRAFÍA
Castellan, Gilbert. (1987). Fisicoquímica(2ª ed.). México: Addison-Wesley Iberoamericana.
Chang, R. (2005). Fisicoquímica (3 ed.). McGraw Hill Interamericana.
