Departamento de Ciencia y Tecnología QUIMICA 1 Comisión B Dra. Silvia Alonso Lic. Evelina Maranzana

CAMBIOS DE FASE Fase –Fase se define como la parte homogénea de un sistema en contacto con otras partes del sistema pero separada una de otra por un limite bien definido. Cambios de Fase –Transformaciones de una fase en otra, que se produce cuando se añade o se quita energía.

DIAGRAMAS DE FASE Diagramas de Fase –Diagrama de Fase resume las condiciones a la que cualquier sustancia exista como un sólido, liquido o gas.

La curva indica las condiciones de temperatura y presión bajo las cuales se establecen diferentes equilibrio entre las diferentes fases de una sustancia. La curva de presión de vapor es el limite entre los estados liquido y gaseoso de una sustancia. –Para una dada temperatura, nos indica la presión de vapor de una sustancia –La curva de presión de vapor termina en el punto critico.

La línea entre la fase gas y sólida indica que la presión de vapor del solidó que se sublima a diferentes temperaturas. La linear entre la fase sólida y liquida indica la temperatura de fusión del solidó en función de la presión. El “punto triple" es la condición particular de temperatura y presión cuando los tres estados físicos están en equilibrio.

Regiones que no se encuentran sobre la curva representan condiciones de temperatura y presión donde solo una fase particular esta presente.

DIAGRAMA DE FASE DEL AGUA

La curva de fusión del agua presenta una pendiente hacia la negativa, inusual en la mayoría de los compuestos. A 100 °C la presión de vapor del agua es 760 torr o 1 atm, por lo tanto a esta temperatura el agua hervirá si esta a 1 atm de presión. A presiones por debajo de 4.58 torr, el agua estará presente ya sea como gas o sólido, no existirá, por lo tanto fase liquida.

25 24 torr

EFECTOS DE LA PRESION

CalorCalorCalorCalor

EQUILIBRIO LIQUIDO-GAS Presión de Vapor –Cuando un liquido se evapora, sus moléculas al estado gaseoso ejercen una presión de vapor. –La velocidad de escape de las moléculas de la fase liquida a la gaseosa es igual y de sentido contrario a la velocidad con que las moléculas regresan del estado gaseoso al liquido.

Inicialmente, no hay moléculas en la fase vapor y el numero de moléculas en el vapor que regresan al agua es cero. A medida que pasa el tiempo hay mas moléculas en la fase vapor y el numero de moléculas de vapor que presionan sobre la superficie del agua aumenta. En un cierto momento el numero de moléculas de vapor que regresan al agua es igual, en numero, que las que dejan el liquido para integrarse a la fase vapor. – se ha alcanzado un equilibrio, y la presión se ha estabilizado a la presión de vapor de equilibrio de la sustancia.

Diagramas de Fases

Temperatura Critica La temperatura mas alta a la que una sustancia puede existir como liquido se denomina temperatura critica Por encima de T c, no hay liquido. Presión Critica La presión critica es la presión requerida para producir condensación a la temperatura critica

DIAGRAMAS DE FASES

La Presión de Vapor aumenta con la Temperatura –A altas temperaturas más moléculas tienen la energía cinética necesaria para escapar de las fuerzas atractivas de la fase liquida. –Cuanto mas moléculas pasen a la fase vapor, mayor será la presión de vapor.

Punto de ebullición –Punto de ebullición es la temperatura a la cual la presión de vapor de un liquido es igual a la presión externa. –Punto de ebullición normal de un liquido es el punto de ebullición cuando la presión externa es de 1 atmósfera (1 atm).

Calor de vaporización y punto de ebullición Calor Molar de vaporización (  H vap ) –Definición: La energía (en kJ) requerida para vaporizar un mol de una sustancia al estado liquido. –Agua  H vap = kJ/mol –La Vaporización requiere el insumo de energía calórico. –Nuestros cuerpos usan este mecanismo para remover el exceso de calor que generamos. A medida que transpiramos, su evaporación requiere insumo de calor (el exceso de calor que generamos).

Curva de calentamiento Recorrido A-B Calentamiento del hielo  H 1 = m C p,ice  T

Curva de Calentamiento Recorrido B-C Fusion del hielo  H 2 = n  H fusion  H fusion = 6.01 kJ/mol

EQUILIBRIO LIQUIDO - SOLIDO Dos tipos de transformaciones –Congelamiento y fusión Punto de fusión –Es la temperatura a la cual las fases sólida y liquida coexisten en equilibrio. –Punto de fusión normal es el punto de fusión medido a 1 atm de presión.

Calor Molar de fusión (  H fus ): Es la energía requerida para fundir un mol de una sustancia al estado solidó.

EQUILIBRIO SOLIDO - GAS Dos tipos de transformación –Sublimación y deposición Calor Molar de sublimación (  H sub ) –La energía requerida para sublimar un mol de una sustancia al estado sólido.  H sub =  H fus +  H vap

Curva de Calentamiento Recorrido C-D Calentamiento del agua  H 3 = m C p,water  T

Curva de Calentamiento Recorrido D-E Vaporizacion del Agua  H 4 = n  H vap  H vap = kJ/mol

Curva de Calentamiento Recorrido E-F Calentamiento de Vapor  H 5 = m C p,steam  T

La ecuación de Clausius-Clapeyron La evaporación del agua es un ejemplo de cambio de fase de líquido a vapor. Los potenciales químicos de las fases α (líquido) y β (vapor) son funciones de la temperatura T y la presión P y tienen el mismo valor μ α (T, P)= μ β (T, P) A partir de esta igualdad y empleando relaciones termodinámicas, se obtiene la ecuación de Clapeyron. La Ecuación de Clapeyron permite determinar la entalpía de vaporización ΔH a una temperatura determinada midiendo simplemente la pendiente de la curva de saturación en un diagrama PT y conociendo el volumen especifico del liquido saturado y del vapor saturado a la temperatura dada. -Es decir que para cualquier sustancia podemos conocer su entalpia de vaporización, simplemente graficando la presión en función de la temperatura y luego obtener la pendiente de esa curva para una temperatura específica Tx

y= x + c De este modo haciendo una representación gráfica de ln P en función de la inversa de la temperatura T, y aplicando el procedimiento de los mínimos cuadrados, la pendiente de la curva nos proporciona el valor medio del calor latente de vaporización ΔH en un intervalo dado de temperaturas.