Diagramas de Fase

Habilidades para Desarrollar

• Identificar y describir las partes de un diagrama de fases

Sabes que los cambios de fase suelen depender de la temperatura, lo que determina la energía cinética de los átomos y las moléculas. Mencionamos antes que también dependen de la presión. En el apartado sobre cambios de fase dijimos que el punto de ebullición es el lugar donde la presión de vapor es la misma a la presión externa, por lo que claramente el punto de ebullición depende de la presión! La temperatura de fusión también depende de la presión (generalmente la densidad de sólidos y líquidos son diferentes, por lo que tiene sentido) pero no tanto como el punto de ebullición, ya que los cambios de volumen son menores. Utilizamos diagramas de fases para mostrar cómo las temperaturas de transición dependen tanto de la temperatura como de la presión.

Un diagrama de fases genérico. El punto triple y el punto crítico están etiquetados. La línea verde continua representa el punto de fusión de la mayoría de los líquidos, y la línea verde punteada representa el comportamiento inusual del agua. Figura adaptada de Matthieumarechal vía Wikimedia Commons.

Mira el diagrama. Observe que la fase gaseosa está en la parte inferior, donde la presión es baja. Sólido está a la izquierda, donde la temperatura es baja. El líquido está en el medio. La línea roja muestra el punto de sublimación: a lo largo de esta línea, un sólido de baja presión se convierte directamente en gas sin pasar por líquido. El punto donde el líquido se vuelve estable se llama el punto triple, donde las tres fases (sólido, líquido y gas) están todas en equilibrio. La línea azul es el punto de ebullición. Observe que la temperatura de ebullición cambia mucho con un cambio en la presión. La línea verde continua muestra el punto de fusión de la mayoría de los líquidos. Observe que el punto de fusión no depende tanto de la presión como del punto de ebullición (lo cual tiene sentido, porque el cambio de volumen de sólido a líquido es pequeño). La mayoría de los líquidos son menos densos que la fase sólida, por lo que una mayor presión aumenta el punto de fusión. La línea verde punteada muestra el punto de fusión para el agua. El agua es más densa como líquido, por lo que las presiones más altas disminuyen la temperatura de fusión.

El segundo punto rojo en el diagrama es el punto crítico. Las líneas negras punteadas muestran el área donde existe un fluido supercrítico. Esta es la parte de alta temperatura y alta presión del diagrama. Debido a que la temperatura es alta, las moléculas tienen mucha energía cinética, por lo que una forma líquida no es realmente estable porque las fuerzas intermoleculares no son lo suficientemente fuertes como para mantener unidas tales moléculas energéticas. Sin embargo, la presión es tan alta que las moléculas tampoco pueden realmente alejarse unas de otras, así que chocan mucho entre sí, y sienten algunas atracciones, y realmente no actúan como un gas normal (¡ciertamente no es un gas ideal!). Más allá del punto crítico, no hay líquido o gas distinto, solo un fluido supercrítico con algunas propiedades especiales.

Los fluidos supercríticos pueden producir buenos solventes. Por ejemplo, el CO ₂ supercrítico se usa comúnmente porque es un solvente no polar seguro, inerte y económico. La mayoría de los disolventes no polares no son muy seguros (tóxicos e inflamables), y su eliminación es costosa; el CO ₂ supercrítico evita estos problemas.

Enlace exterior

• Khan Academy: Diagramas de fases (13 min)

Colaboradores y Atribuciones

• Emily V Eames (City College of San Francisco)