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Sustancias puras en fases líquida y de vapor - Coggle Diagram
Sustancias puras en fases líquida y de
vapor
La materia se clasifica básicamente en mezclas y
sustancias puras.
Las primeras pueden ser heterogéneas y
homogéneas.
Por su parte, las sustancias puras se identifican como
compuestos o elementos.
MEZCLA
Una mezcla es la combinación de una o más sustancias en diferentes proporciones, cada una de las cuales conserva sus caracterís7cas. Los componentes de una mezcla pueden separarse físicamente, sin necesidad de romper ningún enlace químico.
Ejemplos de mezclas son
el aire, la sal disuelta en agua, la leche, la madera,
mezclas heterogéneas
las propiedades y la composición no son uniformes en toda la muestra, como la leche, la madera, el concreto
mezcla homogénea
se caracteriza
porque la composición y las propiedades son uniformes en toda la muestra; por ejemplo, el aire, la sal completamente disuelta en agua
Sustancia Pura
Tiene una composición química fija
en todas sus partes. Asimismo, puede formarse de un solo elemento o ser un compuesto. El primero no puede separarse en dos o más sustancias por ningún método químico ordinario.
Los elementos están compuestos únicamente de un tipo de átomo (cobre, oxígeno, hidrógeno)
Un compuesto es una sustancia que
contiene uno o más elementos en proporciones definidas por el peso. La composición de un compuesto
es constante sin importar el método de preparación. Los compuestos están formados por más de un tipo de átomo.
Molécula
El término molécula se emplea con frecuencia para
designar a la unidad más pequeña de un compuesto que aún conserva las propiedades del mismo.
Por ejemplo
el cloruro de sodio, el agua
De manera cotidiana, muchas sustancias usan el adjetivo puro, aunque científicamente son una mezcla de elementos . La “miel pura” y la “seda pura” son
ejemplos de esto.
Estrictamente hablando, el aire no es una sustancia pura, es una
mezcla de gases. Sin embargo, puede considerarse como sustancia pura sólo en el caso en que no exista una mezcla que involucre aire líquido y aire gaseoso.
En el agua no importa; una mezcla de agua líquida y vapor de agua, y una mezcla de agua líquida y hielo es una sustancia pura, ya que la composición química es la misma como se muestra en la figura
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Fase
La fase de una sustancia se relaciona con su arreglo molecular, que es homogéneo en cada parte de la sustancia.
Una sustancia puro puede encontrarse en tres fases: sólida, líquida y gaseosa.
En el caso de un sólido, las moléculas se encuentran distribuidas en arreglo tridimensional en cada parte del mismo y no existe movimiento relativo entre ellas.
En un líquido, el espaciado molecular
es ligeramente mayor que en un sólido y existe movimiento relativo entre las moléculas.
reglo tridimensional en cada parte del mismo y no existe mucho más grande que en los dos casos anteriores, las moléculas se mueven de manera aleatoria dentro del gas y chochan continuamente entre ellas y con la pared del recipiente que las
contiene.
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Curva de calentamiento
Para el estudio de la termodinámica se cuenta
con herramientas gráficas que permiten observar los diferentes cambios de fase que
experimenta una sustancia.
Una de éstas es la
curva de calentamiento, la cual se construye con la temperatura versus el tiempo.
Asimismo, se observa con claridad en qué procesos la temperatura permanece constante y en cuáles varía.
El agua es la sustancia que se ejemplifica en
prácticamente todos los textos de termodinámica cuando se menciona esta curva.
Diagramas de fase
Un diagrama de fase es una herramienta gráfica que permite observar en qué fase se encuentra una sustancia pura a una determinada presión y
temperatura.
Un diagrama típico de una sustancia se observa en la figura .En este diagrama se muestran tres líneas y tres áreas señaladas como sólido, líquido y vapor. Cualquier grupo de condiciones de presión y temperatura que caigan dentro de estas áreas corresponderá a la fase marcada.
Los cambios de fase se dan en las formas siguientes
De sólido a líquido
Esto se logra por medio de un incremento en la temperatura, cuando la presión permanece constante. El valor de la temperatura al cual tiene lugar el cambio de fase se incrementa con- forme el valor de presión aumenta forma, es posible lograr el mismo propósito al mantener la
temperatura constante y disminuir la presión.
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Los cambios de fase se dan en las formas siguientes:
De sólido a vapor (sublimación)
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Diagramas de fase
Vaporización
La vaporización es el cambio de estado de
líquido a gaseoso. Hay dos tipos de vaporización: la ebullición y la evaporación.
La ebullición
Es el cambio de estado que ocurre
cuando una sustancia pasa del estado líquido al estado de vapor. La condición fundamental
para que la ebullición ocurra es que la temperatura de toda la masa del líquido debe
aumentar.
La temperatura a la cual un líquido hierve se le llama punto de ebullición.
La evaporación
Es el proceso mediante el cual las moléculas en un
estado líquido se transforman en gas de manera espontánea
Generalmente, la evaporación puede verse como la desaparición gradual de un líquido cuando se ponen en contacto con un volumen significativo de gas.
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Punto triple
Estado crítico
En el diagrama de fase de la figura se encuentra un punto denominado PC
al cual se le conoce como punto crítico. A los valores de presión y temperatura que se tienen en el mismo se les conoce como presión crítica
y temperatura crítica.
Para entender el significado de este punto hay que
explicar los siguientes cambios de fase: si se incrementa de manera continua la presión en un vapor a una temperatura menor que la
temperatura crítica finalmente se cruzará la línea de frontera entre la fase de vapor y la líquida y el vapor se condensará. Esto será posible sólo en el
caso en el que la temperatura tenga un valor menor al de la temperatura crítica. Si la temperatura fuera superior al valor de la temperatura crítica no existiría ninguna línea frontera entre la fase gaseosa y la fase líquida, por lo que se puede concluir que es prácticamente imposible cambiar de
fase gaseosa a líquida por medio de un incremento del valor de presión cuando el valor de la temperatura de la sustancia es superior a la
temperatura crítica.
Los valores críticos de temperatura varían de acuerdo con la sustancia. En
la tabla 3.2 se muestran algunos ejemplos
Relaciones de estado (P-v-T)
La presión, el volumen específico y la temperatura forma el conjunto más simple de variables con las que se puede construir un diagrama de fase.
Graficando todo el proceso en un diagrama de temperatura T–v , puede
representarse cada punto desde A hasta F y ser conectados por una línea.Para los puntos en los que las dos fases están presentes se divide el volumen total del pistón entre la masa total
del agua (líquido + vapor). El volumen obtenido de esta manera tendrá un valor promedio , ubicado
entre los valores individuales para las fases líquida y vapor
En la parte horizontal de la isobara se representan los estados en donde las dos fases se encuentran presentes. La temperatura permanece constante a 100 °C. La temperatura a la cual las fases líquida y vapor de una sustancia pura coexisten a una presión dada se conoce como temperatura de ebullición para dicha presión.
Diagrama P-v
Los diagramas T-v y P-v pueden ser extendidos para incluir la fase sólida. Para ello
se tienen básicamente dos casos. El primero se muestra en la figura (a) y
corresponde a una sustancia que se expande al congelarse; por otra parte, el caso
en el que una sustancia se contrae al congelarse se tiene en la figura (b).
Se conoce como punto triple de una sustancia. En este punto, las tres líneas coinciden. Esto significa que las tres fases están en equilibrio y pueden coexistir
En el caso del agua es importante evitar que sea confundido el punto de congelamiento de la misma. Los valores de temperatura y presión dependen de la sustancia. En la tabla 3.1 se muestran algunos valores de triple punto para ciertas
sustancias.
