DIAGRAMA DE FASES

Lic. Carlos Jara Benites

Contiene : Diagrama de fases.

Diagrama de fases genérico para una sustancia pura.

Punto triple. Punto de ebullición y punto de

fusión. Punto de ebullición y punto de

fusión normales.. Punto crítico. Punto crítico e isoterma crítica. Fluido supercrítico. Diagrama de fases del agua. Diagrama de fases del dióxido de

carbono Diagrama de fases del yodo.

Las sustancias se presentan en estado sólido, líquido o gaseoso; estos se conocen como estados de agregación. Cada uno corresponde a una fase las que graficaremos en adelante y mostraremos sus posibles cambios.

En termodinámica y ciencia de los materiales se denomina diagrama de fase o diagrama de estados de la materia, a la representación entre diferentes estados de la materia, en función de variables elegidas para facilitar el estudio del mismo. Cuando en una de estas representaciones todas las fases corresponden a estados de agregación diferentes se suele denominar diagrama de cambio de estado.Los diagramas de equilibrio pueden tener diferentes concentraciones de materiales que forma una aleación a distintas temperaturas. Dichas temperaturas van desde la temperatura por encima de la cual un material está en fase líquida hasta la temperatura ambiente y en que generalmente los materiales están en estado sólido.

DIAGRAMA DE FASES

DIAGRAMA DE FASES GENÉRICO PARA UNA SUSTANCIA PURA

En el diagrama de fase que se muestra en la figura, las líneas OB, OC y OD corresponden a valores de presión y temperatura en las que coexisten dos fases: En OB, coexisten en equilibrio sólido y gas, se conoce como curva de vapor del sólido; en OC coexisten en equilibrio líquido y gas y en OD coexisten en equilibrio sólido y líquido.

O : punto triple C : punto críticoT : temperatura en el punto triple P : presión en el punto tripleTf: punto de fusión normal Teb : punto de ebullición normalTc : temperatura crítica Pc : presión crítica

OD tiene una

pendiente positiva; entonces la fase s

´lida tiene mayor

densidad que la fase

líquida.

O : punto triple C : punto críticoT : temperatura en el punto triple P : presión en el punto tripleTf: punto de fusión normal Teb : punto de ebullición normalTc : temperatura crítica Pc : presión crítica

OD tiene una pendiente negativa; entonces la fase líquida tiene mayor densidad que la fase sólida.

DIAGRAMA DE FASES

PUNTO TRIPLE

En este punto del diagrama coexisten los estados sólido, líquido y gaseoso. Estos puntos tienen cierto interés, ya que representan un invariante y por lo tanto se pueden utilizar para calibrar termómetros.La sustancia coexiste en equilibrio en los tres estados, está parcialmente solida, parcialmente líquida y parcialmente gaseosa.  Además, para valores de presión o temperatura mas bajas que el punto triple la sustancia en cuestión no puede existir en estado líquido y solo puede pasar desde sólido a gaseoso en un proceso conocido como sublimación.

En el diagrama de fase que se muestra en la figura, «O» es el punto triple

OB : curva de sublimaciónOD : curva de fusiónOC : curva de vaporización (de presión de

vapor)

PUNTO DE EBULLICIÓN

El punto de ebullición de una sustancia, es aquel valor de temperatura para el cual coexisten en equilibrio, los estados líquido y gaseoso a determinada presión. Los diferentes puntos de ebullición para las diferentes presiones corresponderían a la curva OC.

PUNTO DE FUSIÓNEl punto de fusión de una sustancia, es aquel valor de temperatura para el cual coexisten en equilibrio, los estados líquido y sólido a determinada presión. Los diferentes puntos de fusión para las diferentes presiones corresponderían a la curva OD.

PUNTO DE EBULLICIÓN Y PUNTO DE FUSIÓN NORMALES

El punto de ebullición normal y el punto de fusaión normal se mide a una presión normal de 1 atmósfera (760 mmHg).

PUNTO CRÍTICO

El punto C indica el valor máximo de temperatura en el que pueden coexistir en equilibrio dos fases, y se denomina punto crítico. Representa la temperatura máxima a la cual se puede licuar el gas simplemente aumentando la presión.Gases a temperaturas por encima de la temperatura del punto crítico no pueden ser licuados por mucho que se aumente la presión. En otras palabras, por encima del punto crítico, la sustancia solo puede existir como gas.

PUNTO CRÍTICO E ISOTERMA CRÍTICA

El aumento de presión de un gas a temperatura por debajo de la isoterma crítica, Tc produce un líquido con la aparición de un menisco, un cambio de fase discontinuo. Al aumentar la presión por encima de la isoterma crítica simplemente aumenta la densidad del fluido supercrítico. En el recorrido marcado por las flechas pequeñas, el gas cambia a líquido sin mostrar la discontinuidad del cambio de fase.

FLUIDO SUPERCRÍTICOUn gas en el punto crítico

está a una presión tan elevada y sus moléculas están tan juntas que se vuelve indistinguible de un líquido. Un líquido en el punto crítico se encuentra a una temperatura tan elevada y sus moléculas están tan separadas que no se distingue de un gas. Entonces, las dos fases se hacen una y forma un fluido supercrítico, que no es ni un líquido verdadero ni un gas verdadero.

Al ir más allá del punto crítico, no ocurre ningún cambio de fase distinto. En vez de ello, aparece momentáneamente un lustre blanquecino aperlado, y la frontera visible entre el líquido y el gas desaparece de forma súbita.

DIAGRAMA DE FASES DEL

AGUA

El agua (hielo) no se puede sublimar a presión normal (1 atm) ya que su punto triple está por debajo de dicho valor (0,00603 atm).

El punto O es el punto triple donde se tienen los únicos valores de presión y temperatura a los que coexisten las tres fases, sólido, líquido y gas en equilibrio. Para el punto triple: T=0,01°C y P=0,00603 atm. El punto de fusión normal es 0°C y el punto de ebullición normal es 100°C.Para el punto crítico C, la temperatura crítica es Tc=374°C y Pc=218 atm.

DIAGRAMA DE FASES DEL CO2

El CO2 sólido (hielo seco) si se puede sublimar a presión normal (1 atm) ya que su punto triple está por encima de dicho valor (5,2 atm).

El punto O es el punto triple donde se tienen los valores de presión y temperatura únicos a los que coexisten las tres fases, sólido, líquido y gas en equilibrio. Para el punto triple: T=-56,4°C y P=5,2 atm. El punto de sublimación normal es -78°C.En el punto crítico C, la temperatura crítica es Tc=31,1°C y Pc=73 atm.

DIAGRAMA DE FASES PARA EL

YODOEn este caso las temperaturas del punto de fusión y del punto triple son prácticamente iguales.La curva OC es la curva de presión de vapor del yodo líquido y C es el punto crítico.

OB es la curva de sublimación del yodo sólido. La línea casi vertical OD representa el efecto de la presión sobre el punto de fusión del yodo y se denomina curva de fusión. El punto O es el punto triple corresponde a los únicos valores de presión y temperatura a los que coexisten las tres fases, sólido, líquido y gas en equilibrio. Para el punto triple: T=113,6°C y P=0,121 atm. El punto de fusión normal es 113,6°C y el punto de ebullición normal es 184,4°C.

BIBLIOGRAFÍA1. CHANG, RAYMOND, 4ta. Ed., Editorial Mc. Graw Hill,Méxixo 1995.2. SEESE W.. DAUB G. ,5TA ED. , Prentice Hall Hispanoamericana.3. MORTINER, C. , Grupo Editorial Iberoamericana, 1983.4. WHITHEN, Mc. Graw-Hill, 1980.5. CRUZ D. Chamizo, J. GARRITZ A. Addison-Wesley Iberoamericana,

1991.6. JARA BENITES CARLOS Y CUEVA GARCÍA RUBEN, Problemas de química y como resolverlos. Colección RACSO. Lima-Perú, 2001.7. BURNS R. , 2da. Ed. , Prentice-Hall Hispanamericana S. A. México, 1996.8. PETRUCCI R., 1ra. Ed. , Fondo Educativo Interamericano, México, 1977.

Lic. Carlos Jara Benites

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