Una sustancia pura es aquella que tiene una composición química fija en cualquier parte y/o posición de ella. El agua, el nitrógeno, el helio, el dióxido de carbono, son ejemplos de sustancias puras.
Para considerarse sustancia pura no necesariamente tiene que estar constituida de un solo elemento químico o compuesto, la condición que debe cumplirse es que sea homogénea.
FASES DE UNA SUSTANCIA PURA
Es bien sabido que las sustancias existen en variadas fases dentro de la naturaleza. Por ejemplo, a temperatura y presión ambiente el cobre es un sólido, el mercurio un líquido y el nitrógeno un gas, pero en condiciones diferentes estas mismas sustancias podrían presentarse en otra fase. Principalmente se distinguen tres fases: sólida, líquida y gaseosa, sin embargo una sustancia puede tener varias etapas dentro de una fase principal, en la cual podría cambiar inclusive su estructura molecular. Un ejemplo claro es el carbono, que en la fase sólida lo podemos encontrar como diamante o bien gráfito, siendo estos relativamente distintos en su apariencia física y eso debido a un simple cambio en la disposición molecular.
Cuando se estudian los cambios de fases, en termodinámica, no es necesario poner el interés en la estructura molecular y el comportamiento de las distintas fases, pero si es muy útil comprender los fenómenos moleculares de cada fase.
Las moléculas en un sólido están dispuestas en un patrón tridimensional que se repite por todo el sólido. Las distancias entre las moléculas son muy pequeñas lo cual provoca que mediante la fuerzas de atracción intermoleculares se mantengan fijas. Pero necesariamente existen fuerzas de repulsión que actúan para evitar el apilamiento de las moléculas, definiendo de esta manera la red cristalina característica de cada sólido.
El espaciamiento molecular en la fase líquida es parecido al de la fase sólida, con excepción de que las moléculas ya no están en posiciones fijas entre sí y pueden girar y trasladarse libremente. Las fuerza intermoleculares son relativamente más pequeñas que en los sólidos, pero mayor que la de los gases.
En la fase gaseosa las moleculas están considerablemente apartadas, no hay un orden molecular definido, se mueven al azar con colisiones continuas entre sí y contra las paredes del recipiente que las contiene. Las fuerzas intermoleculares son muy pequeñas, especialmente a bajas densidades, y las colisiones son la única forma de interacción entre moléculas. En la fase gaseosa las moléculas tienen un nivel de energía considerablemente mayor a la de las otras fases, lo cual hace que para congelar o condensar un gas es necesario que se libere una gran cantidad de la energía que posee.
PROCESOS DE CAMBIO DE FASE EN SUSTANCIAS PURAS
Podemos encontrar diversas situaciones cotidianas donde dos fases de una sustancia pura coexisten en equilibrio, ejemplo de ello es el agua que se presenta como una mezcla de líquido y vapor en una caldera.
Líquido comprimido
Considere cierta cantidad de agua a temperatura y presión normal, en estas condiciones el agua es totalmente líquida y no está a punto de evaporarse, por ello se dice que es un líquido comprimido o subenfriado.
Líquido saturado
Si al agua que teníamos en el caso anterior, le aplicamos calor mediante cualquier medio y consecuentemente aumentamos su temperatura, luego si suministramos calor suficiente para llevarla hasta los 100ºC entonces tendremos un líquido saturado, es decir un líquido que está a punto de evaporase pero que aún sigue siendo líquido, pero cualquier aumento en su temperatura por mínimo que sea comenzará a evaporarse.
Vapor saturado
Es un vapor que está a punto de condensarse, es decir, se encuentra a una cierta temperatura a la cual el mínimo decremento de calor podría causar su tranformación a la fase líquida.
Vapor sobrecalentado
Es un vapor al cual se le ha suministrado mucho más calor que un vapor saturado, es decir, se encuentra a una temperatura tal que no está a punto de condensarse.
Vapor húmedo
Es una fase comprendida entre el líquido saturado y el vapor saturado, en la cual las fases líquida y vapor coexisten en equilibrio. En el vapor húmedo, para el caso del agua existe tanto agua líquida como vapor de agua, en proporciones definidas por la temperatura.
El espaciamiento molecular en la fase líquida es parecido al de la fase sólida, con excepción de que las moléculas ya no están en posiciones fijas entre sí y pueden girar y trasladarse libremente. Las fuerza intermoleculares son relativamente más pequeñas que en los sólidos, pero mayor que la de los gases.
En la fase gaseosa las moleculas están considerablemente apartadas, no hay un orden molecular definido, se mueven al azar con colisiones continuas entre sí y contra las paredes del recipiente que las contiene. Las fuerzas intermoleculares son muy pequeñas, especialmente a bajas densidades, y las colisiones son la única forma de interacción entre moléculas. En la fase gaseosa las moléculas tienen un nivel de energía considerablemente mayor a la de las otras fases, lo cual hace que para congelar o condensar un gas es necesario que se libere una gran cantidad de la energía que posee.
PROCESOS DE CAMBIO DE FASE EN SUSTANCIAS PURAS
Podemos encontrar diversas situaciones cotidianas donde dos fases de una sustancia pura coexisten en equilibrio, ejemplo de ello es el agua que se presenta como una mezcla de líquido y vapor en una caldera.
Líquido comprimido
Considere cierta cantidad de agua a temperatura y presión normal, en estas condiciones el agua es totalmente líquida y no está a punto de evaporarse, por ello se dice que es un líquido comprimido o subenfriado.
Líquido saturado
Si al agua que teníamos en el caso anterior, le aplicamos calor mediante cualquier medio y consecuentemente aumentamos su temperatura, luego si suministramos calor suficiente para llevarla hasta los 100ºC entonces tendremos un líquido saturado, es decir un líquido que está a punto de evaporase pero que aún sigue siendo líquido, pero cualquier aumento en su temperatura por mínimo que sea comenzará a evaporarse.
Vapor saturado
Es un vapor que está a punto de condensarse, es decir, se encuentra a una cierta temperatura a la cual el mínimo decremento de calor podría causar su tranformación a la fase líquida.
Vapor sobrecalentado
Es un vapor al cual se le ha suministrado mucho más calor que un vapor saturado, es decir, se encuentra a una temperatura tal que no está a punto de condensarse.
Vapor húmedo
Es una fase comprendida entre el líquido saturado y el vapor saturado, en la cual las fases líquida y vapor coexisten en equilibrio. En el vapor húmedo, para el caso del agua existe tanto agua líquida como vapor de agua, en proporciones definidas por la temperatura.
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