FASES

CONCEPTOS BÁSICOS

PARÁMETRO INDEPENDIENTE: Aquel cuyo valor no cambia aunque otras propiedades del sistema se modifiquen.

FASE: Porción homogénea de materia que posee las mismas propiedades, además de ser físicamente apreciable y mecánicamente separable.

COMPONENTE: Cada especie química diferente presente en el sistema

GRADOS DE LIBERTAD: Número de propiedades a las cuales es posible asignar valor.

DIAGRAMA DE FASES: Representación gráfica de las variaciones de las propiedades macroscópicas de un sistema, en la cual las distintas regiones corresponden a diferentes estados de agregación de la materia.

aqui se ejemplifica las tres fases que componen al agua

EQUILIBRIO DE FASES

VAPORIZACIÓN

Las moléculas de todos los sistemas poseen diferente cantidad de energía y en un líquido, cierta proporción de dichas moléculas será lo suficientemente energética para moverse por encima de la superficie del líquido, convirtiéndose en vapor. Si el sistema absorbe energía, el número de moléculas que lleven a cabo la transición será cada vez mayor y cuando lleguen a ser cierta cantidad, la fuerza de sus choques contra las paredes del recipiente y la superficie del líquido ejercerá una presión, cuando dicha presión se iguale a la presión atmosférica se tendrá el equilibrio de vaporización.

FUSIÓN

Los sistemas sólidos son en general, el estado ordenado de la materia, pero al absorber energía en determinadas condiciones de presión, sus moléculas escapan de las retículas en que se encontraban acomodadas adoptando una estructura completamente laxa, que caracteriza al estado líquido. En el momento en que el potencial químico de ambas fases se iguala se obtiene el equilibrio de fusión.

SUBLIMACIÓN

Un sistema sólido cuyas moléculas aumentan su energía no necesariamente presenta fusión, ya que si la presión a la que esto sucede es suficientemente baja, se obtendrá vapor sin haber licuado la sustancia, es decir se logrará la sublimación cuyo equilibrio se presentará cuando la presión del vapor se iguale con la presión atmosférica o la presión del sistema.

REGLA DE FASES DE GIBBS

Mediante una regla sencilla que Gibbs dedujo originalmente, puede predecirse información útil en lo que respecta a los equilibrios de fases:

f = c – p + 2

donde c es el número de componentes y p es el número de fases presente en un sistema. El número de grados de libertad (f) proporciona el número de variables (presión, temperatura y composición) que debe fijarse para describir completamente al sistema.

Por ejemplo, en un gas puro, se tiene un solo componente y una sola fase, de modo que f = 2. Esto significa que para describir completamente al sistema, sólo tienen que conocerse dos de las tres variables P, V y T. La tercera variable puede calcularse a partir de las ecuaciones de estado.

Si se considera el diagrama de fases del agua, en la región de la fase pura (sólido, líquido o gas), de nuevo se tienen dos grados de libertad, lo cual significa que la presión puede variarse independientemente de la temperatura. Sin embargo, a lo largo de las fronteras sólido-líquido, líquido-vapor o sólido-vapor, f= 1, en consecuencia, para cada valor de presión, sólo puede haber un valor específico de temperatura.

Por último, el punto triple, tiene 3 fases y el resultado de la ecuación es cero, es decir, el sistema está fijado totalmente y no es posible variación alguna.

A diferencia de lo anterior, cuando existe más de un componente, por ejemplo, una solución binaria y las fases líquido-vapor están en equilibrio, la regla de las fases queda de la siguiente forma: f = 4-2 = 2. Como la temperatura es fija, cualquiera de una de las variables presión, fracción molar en el líquido o fracción molar en el gas es suficiente para describir el sistema.