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.

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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

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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

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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 temperaturapermanezca 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 temperaturade saturación Tsat. Del mismo modo, a una temperatura determinada, la presión a la cual unasustancia pura empieza a hervir se denomina de presión de saturación. A una presión de 101.35kPa, 0 °C. En sentido inverso, a una temperatura de 100 °C, Psat es 101.35

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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.

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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

Son proyecciones de la superficie tridimensional sobre uno de los planos.

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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)

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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.

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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)LJMM AD18

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Superficie P – V – T de una sustancia que se dilata al solidificarse

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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.

El sólido se contrae al solidificarse.

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Superficie P – V – T de una sustancia que se contrae al solidificarse

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Diagrama

Presión - volumen

Curva de puntos burbujaCurva 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

Curva de Andrews o envolvente de fases

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Punto crítico

Condiciones críticas de: TC, PC y VC

Temperatura 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

= 0Compresibilidad isotérmica es infinita, presentándose

variaciones instantáneas de volumen

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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.

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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.

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BIBLIOGRAFÍA

Castellan, Gilbert. (1987). Fisicoquímica(2ª ed.). México: Addison-Wesley

Iberoamericana.

Chang, R. (2005). Fisicoquímica (3 ed.). McGraw Hill Interamericana.

Cengel, Boles Termodinámica, (7ª. Ed).