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Diagramas de fase

La figura [*] muestra un ejemplo de un diagrama de fase, que resume el efecto de la temperatura y de la presión en una sustancia en un recipiente cerrado. Cada punto en este diagrama representa una combinación posible de la temperatura y de la presión para el sistema. El diagrama se divide en tres áreas, que representan los estados sólidos, líquidos, y gaseosos de la sustancia.

Figure: Diagrama de fase.
Image Figura13

La mejor manera de recordar qué área corresponde a cada uno de estos estados es recordar las condiciones de temperatura y de presión que son más probables de ser asociados a un sólido, a un líquido, y a un gas. Las bajas temperaturas y las altas presiones favorecen la formación de un sólido. Los gases, por otra parte, son más probable de ser encontrados a altas temperaturas y presiones bajas. Los líquidos se mienten entre estos extremos.

Podemos por lo tanto probar si se ha etiquetado correctamente un diagrama de fase dibujando una línea de izquierda a derecha a través de la parte más alta del diagrama, que corresponde a un aumento en la temperatura del sistema a presión constante. Cuando un sólido se calienta a presión constante, se derrite para formar un líquido, que hierve eventualmente para formar un gas.

Los diagramas de fase se pueden utilizar en varias maneras. Podemos centrarnos en las regiones separadas por las líneas en estos diagramas, y conseguimos una cierta idea de las condiciones de temperatura y de presión que son más probables para producir un gas, un líquido, o un sólido. Podemos también centrarnos en las líneas que dividen el diagrama en los estados, que representan las combinaciones de la temperatura y de la presión en las culaes se tienen estados en equilibrio.

Los puntos a lo largo de la línea que conecta A y B en el diagrama de fase en la figura [*] representan todas las combinaciones de temperatura y de presión a las culaes el sólido está en equilibrio con el gas. A estas temperaturas y presiones, la tasa a la cual el sólido sublima para formar un gas es igual a la tasa a la cual el gas condensa para formar un sólido.

La línea entre los puntos B y C es idéntica con el diagrama de la dependencia de la temperatura a la presión del vapor del líquido. Contiene todas las combinaciones de temperatura y de presión a las culaes el líquido hierve. En cada punto a lo largo de esta línea, el líquido hierve para formar un gas y el gas condensa para formar un líquido.

La línea entre los puntos B y D contiene las combinaciones de temperatura y de presión a las culaes el sólido y el líquido están en equilibrio. En cada punto a lo largo de esta línea, el sólido se derrite en la misma razón con la cual el líquido se congela.

La línea de BD es casi vertical porque el punto de fusión de un sólido no es muy sensible a los cambios en la presión. Para la mayoría de los compuestos, esta línea presenta una pendiente positiva pequeña, según lo muestra la figura [*]. Debe tenerse en mente que la pendiente de esta línea es levemente negativa para el caso particular del agua. Consecuentemente, el agua se puede derretir a temperaturas cercanas a su punto de congelación cuando está sujetada a presión. La facilidad con la cual los patinadores del hielo se deslizan a través de una lago congelado se puede explicar por el hecho de que la presión ejercida por sus patines derrite una porción pequeña del hielo y se forma una superficie líquida entre el hielo y sus patines.

El punto B en este diagrama de fase representa la única combinación de temperatura y de presión a la cual una sustancia pura puede existir simultáneamente como un sólido, un líquido, y gas. Por lo tanto se llama el punto triple de la sustancia, y se representa por un único punto en el diagrama de fase en el cual los tres estados están en equilibrio. El punto C es el punto crítico de la sustancia, que es la temperatura y la presión más altas a la cual un gas y un líquido pueden coexistir en el equilibrio.

La figura [*] muestra que sucede cuando dibujamos una línea horizontal a través de un diagrama de fase a una presión de exactamente de 1 atmósfera. Esta línea cruza la línea entre los puntos B y D en el punto de fusión de la sustancia porque los sólidos derriten normalmente a la temperatura a la cual el sólido y el líquido están en equilibrio a la presión de una atmósfera. La línea cruza la línea entre los puntos B y C en el punto de ebullición de la sustancia porque en este punto el líquido y el gas están en equilibrio.

Figure: Diagrama de fase a una atmosfera de presión.
Image Figura14


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Oscar Jaramillo 2007-04-25