Diagramas de fases

1. DEFINICIÓN DE DIAGRAMA DE FASE
En termodinámica se denomina diagrama de fase a la representación gráfica de las fronteras entre diferentes estados de la materia de un sistema, en función de variables elegidas para facilitar el estudio del mismo. Cuando en una de estas representaciones todas las fases corresponden a estados de agregación diferentes se suele denominar diagrama de cambio deestado.
Es un registro de los efectos de la temperatura, presión y composición en las especies y número de fases que pueden existir en equilibrio entre ellos.
Los diagramas de fases que representan gráficas temperatura vs. Composición a presión constante, permiten conocer:
- Las fases presentes para cada temperatura y composición
- Solubilidades a diferentes temperaturas de un componente en otro- Temperatura de solidificación, etc.
REPRESENTACIÓN
Los diagramas termodinámicos más simples son aquellos que relacionan los parámetros de estado P y T como en siguiente caso.

La relación de estos parámetros se establece por una ecuación de estado específica para cada sustancia:
F (P, T, V) = 0

Diagramas más complejos relacionan además de la presión, la temperatura y el volumen, ademásde otras propiedades termodinámicas como la entalpía, H y la entropía, S. Un ejemplo de ello es el siguiente diagrama: Identifica cada una de las fases del diagrama ilustrado.


2. SISTEMAS UNARIOS
Para sistemas de un solo componente la regla de fases e convierte en:
Ph=3-F
Lo que significa que una, dos o tres fases pueden presentarse en equilibrio.
A altas presiones muchas sustanciaspresentan polimorfismo, es decir más de una forma cristalina. Entre éstas tenemos fósforo, azufre y agua.

Por ejemplo, el ácido acético posee dos formas cristalinas y el uretano tiene tres. Existen compuestos orgánicos que pueden presentar hasta once formas cristalinas.

Diagrama PT para ácido acético

Diagrama PT para uretano
El sistema de agua de fases condensadas posee 9 fases sólidasidentificadas. Diagramas Presión – Temperatura, datos de punto triple y diagramas esquemáticos PVT se muestran en la siguiente figura.

El Hielo IV parece ser la forma metaestable. Otras metaestabilidades y otras incertidumbres también se registran en el diagrama.
Las formas de hielo que pueden existir directamente en equilibrio con líquido tienen puntos de fusión que se incrementan con lapresión, excepto para el hielo ordinario I. A 40000 kg/cm2 el hielo se funde a 200ºC.
Puntos de transición entre las formas cristalinas se miden en miles de atmósferas, así que este fenómeno se encuentra fuera de rango para procesos químicos promedio.
3.2. Puntos y Líneas
Este diagrama de dióxido de carbono muestra áreas en las que existe una sola fase, las líneas a lo largo indican que dosfases coexisten. El punto crítico es en el cual las propiedades de líquido y vapor se vuelven idénticas y el punto triple es donde las tres fases coexisten en equilibrio. De igual manera se observa una línea de fusión en la cual coexiste líquido y sólido, una línea de vaporización donde se encuentra líquido y vapor y una línea de sublimación para el sólido-vapor.

3. SISTEMAS BINARIOS
Elcomportamiento de fase de los sistemas binarios usualmente es más complejo que de la mayoría de las substancias puras. Es más conveniente utilizar diagramas planares, que quieren decir diagramas T-x o P-x, aunque existe un uso limitado de diagramas P-T a composición constante. Por conveniencia, los diagramas se restringen a mostrar la relación entre números limitados de fases como vapor-líquido,líquido-líquido, líquido-sólido, etc. La composición de fases en equilibrio puede ser indicado por líneas consecutivas, que pueden ser horizontales en los diagramas P-x o T-x, o pueden mostrarse por separado como representaciones de la composición en una fase contra la composición de otra; estos son llamados diagramas de distribución o diagramas x-y, y pueden ser isotérmicos o isobáricos.

Diagrama...