Termodinámica: Sistemas, Estados de la Materia y Diagramas de Fase

Definición de Sistema

Sistema: se define como cualquier porción del universo aislada en un recipiente inerte para estudiar el efecto de las variables sobre el contenido del sistema.

Tipos de Sistemas

• Sistema abierto: Es aquel que intercambia materia y energía con sus alrededores. En un sistema abierto, en todo momento están entrando y saliendo sustancias.
• Sistema cerrado: Puede recibir o ceder energía, pero no puede intercambiar materia. Este sistema gana y pierde energía, pero la masa permanece invariable.
• Sistema aislado: Es un sistema que no intercambia ni materia ni energía con sus alrededores.

Estado, Fase y Componentes

Estado: es la porción homogénea de un sistema, físicamente diferenciable y mecánicamente separable. Puede estar en cualquier estado.

Desde el punto de vista de la fase, los sistemas son homogéneos y, si las especies químicas diferentes e independientes necesarias para describir la composición de un sistema reciben el nombre de componente.

Cada una de las cantidades que determinan y definen las propiedades de un sistema se define como variable de estado.

Cambios de Fase y Energía Calórica

Se denomina fusión al paso de una sustancia desde la fase sólida hasta la fase líquida por acción de la energía calórica.

El calor vence en parte a la fuerza de atracción que mantienen a las moléculas de sólido; esta cantidad de calor absorbida por el sólido se denomina calor de fusión.

La cantidad de calor necesaria para convertir una determinada masa de líquido a vapor en su punto de ebullición se llama calor de vaporización. El punto de ebullición es la temperatura en la cual la presión de vapor de un líquido es igual a la presión atmosférica.

Diagrama de Fase

Objetivo: Diagrama de fase.

La relación presión-temperatura entre las fases sólidas, líquidas y gaseosas de una sustancia puede ilustrarse gráficamente en un solo diagrama, llamado diagrama de fase.

El diagrama de fase es característico para cada sustancia y se determina experimentalmente. En un diagrama de fase, un área representa una fase y una línea representa el equilibrio entre dos fases; el punto de unión se denomina punto triple.

(Representación del dibujo)

Puntos y Líneas de Equilibrio

• Punto A: representa el equilibrio entre las fases sólida y gas; en este punto existen en equilibrio los tres estados a una T = 0,001 °C y P = 4,58 mm de Hg.
• Punto D: punto normal de fusión, T = 0 °C y P = 760 mm de Hg.
• Línea AB: equilibrio líquido-vapor.
• Línea AD: equilibrio sólido-líquido.
• Línea AC: equilibrio sólido-vapor.
• Línea AE: líquido sobreenfriado.