Diagrama de fases Karla Nohemí Rubio Martín del Campo13300655 Juliana Abigail Valle Cazares 13300698 Karen Lizette de la O Ávila 13300442 Lina Yahaira Castellanos Ledesma 13300416 4D2 T/M 2015/04/21

Introducción: Se investigó acerca del diagrama de fases: qué es y cómo se interpreta, así como, definiciones con las cuales se comprende mejor el tema.

Antecedentes: La existencia de una temperatura crítica fue descubierta por Thomas Andrews en 1869 mientras que estudiaba el efecto de la temperatura y de la presión en el comportamiento del bióxido de carbono. Andrews encontró que podría condensar el gas del CO2 en un líquido elevando la presión en el gas, mientras él mantuvo la temperatura por debajo de 31.0 °C. A esta temperatura se requiere de una presión de 72.85 atmósferas para licuefacer el gas de CO2 . Andrews encontró que era imposible convertir gas de CO2 en líquido por encima de esta temperatura, no importaba que tanta presión se aplicara.

Desarrollo del tema:  Diagrama de fases: Cualquier sustancia puede existir en más de un estado o fase de la materia. El equilibrio entre las fases es dinámico; esto es, que existe una transferencia continua de partículas de una fase a la otra. El equilibrio en este sistema dinámico se presenta cuando la velocidad de transferencia entre las fases es similar. El cambio de la materia de un estado a otro se denomina cambio de fase. 

Desarrollo del tema: Las conversiones de un sólido a líquido (fusión), de un sólido a gas (sublimación), o de un líquido a gas (vaporización) son todos procesos endotérmicos; es decir, que la entalpía de la fusión, sublimación o vaporización es positiva. El proceso inverso, la conversión de un líquido a sólido (congelación), de un gas a sólido (deposición) o de un gas a líquido (condensación) son todos procesos exotérmicos, en esta forma los cambios de entalpía para estos procesos son negativos.

Desarrollo del tema: El estado físico de una sustancia depende no sólo de las fuerzas de atracciones intermoleculares inherentes, sino también de la temperatura y la presión. Este diagrama contiene tres curvas importantes, cada una de las cuales representa la condición de temperatura y presión a la cual las diferentes fases pueden coexistir en equilibrio. La línea de B a C es la curva de la presión de vapor del líquido. Representa el equilibrio entre las fases líquida y gaseosa a diferentes temperaturas. Esta curva termina en C, el punto crítico.

Desarrollo del tema:  La temperatura en este punto es la Temperatura crítica; la temperatura arriba de la cual la sustancia no puede existir como líquido está relacionada con la presión que se le aplique. A esta temperatura las fases líquidas y gaseosas se vuelven indistinguibles. La presión a temperatura crítica es la presión crítica. Más allá del punto crítico la sustancia se describe como un líquido supercrítico. El punto en la curva BC en donde el equilibrio de la presión de vapor es 1 atm, es por supuesto el punto de ebullición normal de la sustancia.

Desarrollo del tema:  La línea AB representa la variación en la presión de vapor del sólido en función de la temperatura.

Desarrollo del tema: La línea de B a D  representa el cambio en el punto de fusión del sólido con el aumento de presión. Esta línea se inclina ligeramente hacia la derecha a medida que la presión aumenta; la mayoría de los sólidos se expanden por encima de su punto de fusión y aumentando la presión se favorece la formación de la fase sólida más densa.

Desarrollo del tema: El punto B, donde se juntan las tres curvas, se conoce como punto triple.  Este punto se da cuando la presión de vapor de la forma sólida de una sustancia es igual a la presión de vapor de sus estados líquidos, las tendencias a escapar (fugacidades) de los dos estados son idénticas. En este caso, no hay tendencia a cambiar de un estado a otro, y ambos estados pueden existir juntos en equilibrio con su vapor, durante un periodo indefinido de tiempo. Esto ocurre si: 1.- La temperatura es constante

Desarrollo del tema: 2.- La gráfica de log P contra 1/T para el sólido, produce una línea que intercepta la línea de una gráfica análoga para el estado líquido. El punto de intersección es el punto triple.

Desarrollo del tema: Regla de las fases: El número de fases que pueden coexistir en un sistema de equilibrio viene determinada por la conocida regla de las fases de Gibbs, que se obtuvo de forma empírica: P + F = C + 2

Desarrollo del tema: Siendo P el número de fases, C el número de componentes del sistema y F el número de grados de libertad, es decir, el número de variables (P, T°, composición) que se pueden modificar independientemente sin que varíe el número de fases en el equilibrio, o lo que es lo mismo el número de variables que permiten definir completamente el sistema. El número de componentes se definen como el número de elementos del sistema que pueden variar independientemente de una fase a otra.

Desarrollo del tema: Así por ejemplo, el Fe-O es un sistema de dos elementos y también dos componentes: Fe y O. Por el contrario los silicatos cálcicos son sistemas de 3 elementos (Si, Ca y O) pero solo 2 componentes: CaO y SiO2 , porque la composición de las diferentes difiere solo en la relación CaO/SiO2. Según el número de componentes se denominan unitarias, binarios y ternarios, etc.

Conclusiones. Se llegó a la conclusión de que un diagrama de fases es la representación gráfica de las fronteras entre diferentes estados de la materia de un sistema, en función de variables elegidas (generalmente presión vs temperatura ) para facilitar el estudio del mismo. Así como, la utilidad de el diagrama de fases.

Referencias Bibliográficas. 1) Theodore l. Brown. (1987). Quimica, la ciencia central. España: Prentice hall hispanoamericana 2) W. Castellanos . (1998). Fisicoquimica. México: Prentice hall 3)José luis mesa rueda. (2001). Diagramas de fase. 21 abril, de Anonima Sitio web: Http://www.joseluismesarueda.com/documen ts/TEMA_4_001.pdf

Referencias Bibliográficas. 4) Angélica María castillo carrasco. (2003). Construcción de un diagrama de fases. 21 abril , de Ciencia básica experimental para estudiantes de ingeniería quimica Sitio web: ciencia-básica-experimental.net/1er- curso/fases.htm 5) James b. Pierce. (1987). Quimica de la materia . Mexico: UNAM .

Preguntas de repaso. 1) ¿Que es el punto triple? Es el punto donde la sustancia se encuentra en sus tres estados a una presión y temperaturas determinados. 2)¿Qué es la temperatura critica? Es la máxima temperatura a la que se puede encontrar una sustancia en estado liquido, pasado este punto ya no es ni líquido ni gas.

Preguntas de repaso. 3)¿Para que nos sirve el diagrama de fases? Nos permite predecir el comportamiento de diferentes sustancias con relación a una temperatura y presión determinadas. 4)¿Por qué personaje fue descubierta la existencia de la temperatura crítica? Thomas Andrews en 1869 5) ¿Por qué los gases no se pueden licuefacer a temperaturas por encima de la temperatura crítica?

Preguntas de repaso. En este punto las características de los gases y de los líquidos son las mismas, y no hay base sobre la cual distinguir entre los gases y los líquidos.