CambiosdeFase

FASES Y ESTADOS DE LA MATERIA
Estados de la materia
CAMBIOS DE FASE Y DIAGRAMAS DE FASE
Orden molecular:
Sólido > líquido > gas
Bibliografía:
“Química la Ciencia Central”- T.Brown, H.Lemay y B. Bursten.
Fase:
“ Quimica General“- R. Petruci, W.S. Harwood y F.Herring.
9 Muestra de materia homogénea y
uniforme (en su composición química y en
sus propiedades físicas).
"Quimica" R. Chang.
“Principios de Química”- P. Atkins y L. Jones.
9 Presenta límites definidos: se distingue
de otras fases con la que se encuentra en
contacto.
“Química General”- McMurry-Fay”
CAMBIOS DE FASE
FASE Y ESTADOS DE LA MATERIA
Sistema
Fases condensadas
sólida o líquida.
Cambios fí
físicos que se caracterizan por
cambios en el orden molecular
Homogéneo: una sola fase
Heterogéneo: dos o más fases:
(Sólido > Lí
Líquido > Gas).
Sublimación
Sistema heterogéneo: hielo en agua
Un sólo componente: H2O
Dos fases: H2O(l) y H2O(s), se diferencian en
sus propiedades físicas.
Vaporización
Fusión
LÍQUIDO
SÓLIDO
GASEOSO
Sistema homogéneo: aire.
Varios componentes, una sola fase
Solidificación
Condensación
(congelación)
Deposición (sublimación regresiva)
Cambios energéticos que acompañan a los cambios de fase
Cambios energéticos que acompañan a los cambios de fase
9 En todo cambio de fase está implicada una cierta cantidad
de energía.
9 Se desprende energía (ΔH < 0) cuando en el cambio de fase
se pasa de:
9 Se absorbe energía (ΔH > 0) cuando en el cambio de fase se
pasa de :
Sistema ordenado → Sistema más desordenado
Sublimación
Fusión
Sistema desordenado
GASEOSO
LÍQUIDO
Vaporización
Condensación
SÓLIDO
LÍQUIDO
→ Sistema más ordenado
SÓLIDO
Solidificación
(congelación)
GASEOSO
Deposición (sublimación regresiva)
ΔH > 0 → procesos endotérmicos
ΔH < 0 → procesos exotérmicos
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EQUILIBRIO LÍ
LÍQUIDOQUIDO-VAPOR
Proceso de Vaporizació
Vaporización:
Liquído
EQUILIBRIO LÍ
LÍQUIDOQUIDO-VAPOR
ΔH > 0
Gas
Liquído
Gas
ΔH > 0
El cambio de fase puede tener lugar de dos maneras distintas:
9 Evaporación: sólo las partículas que se
encuentran en la superficie del líquido escapan de
la atracción de las demás partículas.
- Deben adquirir suficiente energía para liberarse.
- El proceso ocurre lentamente a cualquier T.
Recipiente
cerrado
Recipiente
abierto
9 Ebullición: a una temperatura determinada, (Teb),
la vaporización se produce en todo el volumen del
líquido y no sólo en la superficie.
Cualquier partícula, del interior o de la superficie,
adquiere suficiente energía para escapar de sus
vecinas (la energía es proporcionada por una fuente
calorífica).
EQUILIBRIO LÍ
LÍQUIDOQUIDO-VAPOR
EQUILIBRIO LÍ
LÍQUIDOQUIDO-VAPOR
Calor de vaporización o entalpía de vaporización (ΔHvap)
9 Cantidad de calor que debe ser absorbido para que una
cierta cantidad de líquido se vaporice a T = cte.
Liquído
Gas
Gas
proceso inverso al de vaporización.
ΔHcond < 0
Liquído
ΔHcond = - ΔHvap
ΔH > 0 endotérmico
9 Su valor depende de la intensidad de las
intermoleculares entre las partículas.
Condensació
Condensación:
fuerzas
H2O(l) → H2O(g)
ΔHvap = + 44 kJ mol–1
H2O(g) → H2O(l)
ΔHcond = – 44 kJ mol–1
¿Por qué una quemadura con vapor es más grave que una con
agua caliente?
EQUILIBRIO LÍ
LÍQUIDOQUIDO-VAPOR - PRESIÓN DE VAPOR
Presión de vapor: presión ejercida por el vapor en equilibrio
dinámico con su líquido. Es constante a T constante.
Vaporv3.swf
PRESIÓN DE VAPOR
9 Su valor depende de la naturaleza del
líquido y de la T.
Pv
Patm = Pvapor + PHg
Cuando las velocidades de ambos procesos se igualan:
vvaporización = v condensación
A T = 25°C
el líquido y el vapor se encuentran en un estado de equilibrio
dinámico.
2
PRESIÓ
PRESIÓN DE VAPOR – PUNTO DE EBULLICIÓ
EBULLICIÓN
9 La presión de vapor de un líquido aumenta al aumentar la
temperatura.
Curva de Presión de vapor
Curva de equilibrio entre dos fases:
líquidoquido-gas.
Tº(C)
Pv
(mm Hg)
0
20
50
80
100
4,584
17,55
92,65
355,6
760,0
Pv(mm Hg)
Pv del agua líquida
(entre 0°C y 100 °C)
Punto de ebullición: temperatura a la cual la presión
vapor de un líquido iguala a la presión externa.
Punto de ebullición normal: T a la cual la presión
vapor del líquido iguala a la presión externa de 1 atm
Líquido
Gas
T (°C)
En cada punto hay un par de valores
(P, T) para los cuales existe equilibrio
PRESIÓ
PRESIÓN DE VAPOR Y NATURALEZA DEL LÍ
LÍQUIDO
Líquidos volátiles:
Líquidos no volátiles:
Mayor volatilidad
∴ mayor
↔
tienen Pv alta a T ambiente
tienen Pv baja a T ambiente.
Punto de ebullición
normal del H2O(l):
Presión de vapor (Torr)
PRESIÓN DE VAPOR
Pv = Pext = 1 atm
Teb = 100°C
Temperatura (°C)
Ej: En la cumbre del Monte Everest donde la Patm = 260 mmHg el agua
hierve a Teb= 71°C
CAMBIOS DE FASE: CURVA DE CALENTAMIENTO
Al suministrar calor a una sustancia en estado sólido:
F. Intermoleculares más débiles
Presión de vapor, menor Punto de ebullición PE.
F. Intermoleculares:
éter dietílico < etanol < agua
Cuanto má
más dé
débiles sean las F.I:
F.I:
9 Se necesita menor temperatura
para alcanzar una determinada
presión.
Teb: éter < etanol < agua
9 A T = cte, mayor cantidad de
partículas pasan a la fase vapor ∴
mayor Pv.
Pv: éter > etanol > agua
Durante un cambio de fase la temperatura de la sustancia
no se modifica
DIAGRAMAS DE FASE
DIAGRAMAS DE FASE
Representación gráfica de las condiciones de temperatura y
presión a las que existen los sólidos, líquidos y gases como
fases únicas de los estados de la materia o como dos o más
fases en equilibrio.
Líneas AB, BD y BC:
Cada punto corresponde a un par
de valores P,T en las que coexisten
dos fases en equilibrio:
AB: equilibrio sólido - gas .
BD: equilibrio sólido - líquido.
BC: equilibrio líquido- gas.
Punto triple: caracterizado
por valores únicos de P y T
en los que coexisten las tres
fases en equilibrio.
PUNTO CRÍ
CRÍTICO: Punto por
encima del cual la fase líquida y
gaseosa de una sustancia son
indistinguibles (caracterizado por
Tc y Pc).
T << Tc
T ≈Tc
T > Tc
Fluído supercrítico
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DIAGRAMA DE FASE DEL AGUA
DIAGRAMA DE FASES
Fluido
Supercrítico
Curva Pto. fusión: Pendiente negativa
C= Punto crí
crítico (Tc
(Tc y Pc)
Pc)
Temperatura crítica Tc
Temperatura más alta a
la cual puede existir una
sustancia en estado
líquido.
Temperatura
Por encima de la Tc un gas no
puede licuarse independiente de
la P que se le aplique.
Presión crítica:
Mínima presión que debe
aplicarse para producir la
licuefacción del gas a la
Tc.
Línea AC: Curva de presión
de vapor. Corresponde al
equilibrio L-V
H2O(l)
Presió
ón ((atm
atm))
Presi
No condensa
Condensa
Presión
D
H2O(g)
Línea AD:
Curva de equilibrio S-L
B
H2O(s)
↔
H2O(l)
Línea AB:
Curva de equilibrio S-G
Temperatura
A = Punto triple
H2O(s)
T = 0,01°
0,01°C y P = 0,00603 atm
↔
H2O(g)
DIAGRAMA DE FASE DEL CO2
DIAGRAMAS DE FASE: Aplicaciones
Curva Pto. fusión: Pendiente positiva
Liofilizació
Liofilización: deshidratació
deshidratación a baja presió
presión
Presió
ón ((atm
atm))
Presi
Tc= 31ºC y Pc= 73 atm
1) El café molido se congela
2) Se disminuye la presión
3) El agua sólida pasa a agua gaseosa la que
se elimina.
20°C
Ventajas:
(destruirí
(destruiría molé
moléculas del sabor)
9 En ausencia de agua no crecen
bacterias.
30°C
31°C
El CO2 no puede existir en
estado líquido a presiones
por debajo de 5,11 atm.
9 Evita el secado por calentamiento
Temperatura
Punto triple:
T= -57°C,
P= 5,11 atm
A 1 atm sublima
P(pto triple) > 1 atm).
DIAGRAMAS DE FASE H2O vs CO2
1.- Recordemos las principales diferencias
↔
DIAGRAMA DE FASES
1.- Considere una muestra de hielo, representada por el punto X
en el diagrama, a 1 atm de presión y a una temperatura T.
Describa lo que sucede cuando:
a) Aumenta la T, a P = cte,
hasta el punto Y.
Z
X
Y
Luego, a la T del punto Y
aumenta la presión hasta el
punto Z.
b) Disminuye la P, a T = cte,
hasta el punto R.
R
G
Luego, a la P del punto R,
aumenta la T hasta el punto
G.
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DIAGRAMAS DE FASE H2O
2.- Considere el punto de fusión normal del agua (0°C, 1 atm).
Describa lo que sucede cuando:
a) aumenta la P a T = cte
b) disminuye la T a P = cte
3.- Considere el punto de
ebullición normal del agua
(100°C, 1atm). Describa lo
que sucede cuando:
a) disminuye la P a T = cte
b) aumenta la P a T = cte
b) disminuye T hasta 0°C, a
P = cte,
4.- Marque en el diagrama el
punto de fusión y de ebullición
del agua a P = 0,5 atm.
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