Diagrama De Fases De Una Sustancia Pura j5h6g

Diagrama de fases de una sustancia pura. Una fase es un estado en una secuencia de posibles estados generalmente periódicos (e.g. fases de la luna). Las fases en termodinámica son los distintos estados homogéneos en los que se presenta una sustancia al ir cambiando su estado termodinámico (temperatura, presión o concentración). Los tres estados fásicos de la materia son: sólido, líquido y gaseoso. Para una sustancia pura de poca masa molar, como el CO2, el diagrama de fases esquemático se muestra en la Fig. 5.1, donde se ha incluido la nomenclatura usual para los cambios de fase.

Fig. 5.1. Diagrama de fases (p-T), y diagrama p-v-T de los estados de equilibrio de una sustancia pura como el dióxido de carbono, con la nomenclatura para los cambios de fase. Al paso de vapor a líquido también se le llama licuación (o licuefacción, que ambas formas vienen en el diccionario). A veces, se restringe la región supercrítica al cuadrante T>TCR, p>pCR, y también otras veces se restringe el nombre de vapor al estado gaseoso en equilibrio bifásico (así se dice, e.g., vapor de butano a la parte gaseosa dentro de la botella a presión, pero gas butano una vez que sale de la botella). El diagrama de fases se construye a partir de ensayos termomecánicos; el análisis térmico típico consiste en suministrar energía a la muestra de sustancia a ensayar, a un ritmo conocido (e.g. mediante una resistencia eléctrica), y ver cómo varía su temperatura y otras propiedades térmicas, en general a presión constante (si se trata de gases, en un baño hidrostático). El análisis térmico tiene una gran importancia en la determinación de la composición de un sistema (se miden los puntos de cambio de fase, la energía involucrada en el cambio y la capacidad térmica) y se utiliza corrientemente para la caracterización de sustancias en toda la industria fisicoquímica (metalurgia, farmacia, alimentación). Pero, ¿por qué aparecen los cambios de fase, cómo, y cuándo? ¿Son los cambios de fase nuevos datos que necesita la termodinámica, o consecuencias que se deducen de los datos vistos en el capítulo anterior, e.g. v=v(T,p) y =(T,p0)? Pues sí, conocida la ecuación de estado en toda la región fluida y la capacidad térmica a presiones bajas (o un potencial termodinámico), puede calcularse las

curvas de presión de vapor sobre líquido o sobre sólido, el punto triple, el punto crítico, etc., aunque, como en la práctica la ecuación v=v(T,p) se obtiene por ajuste de datos experimentales correspondientes a una región de valores de p y T bastante limitada, y aún así con cierta incertidumbre, sólo se podrán calcular con ella las características de los cambios de fase que allí se encuentren y con la incertidumbre correspondiente. Los cambios de fase aparecen cuando el sistema homogéneo pierde la condición de estabilidad (que era d2S>0 para un sistema aislado, o d2G<0 para un sistema en o con un ambiente a p0 y T0), porque su separación en fases maximiza la entropía del conjunto. La manera de forzar un cambio de fase es sobrepasar ese límite de estabilidad (sobresaturación), formar gérmenes viables (nucleación), e ir añadiendo materia para el crecimiento de la nueva fase (burbuja, gota, o cristal).