relaciones termodinamicas

RELACIONES TERMODINAMICAS PARA
SUSTANCIAS PURAS

        Es toda sustancia que tiene su composición química homogénea e invariante
Ejemplo: el agua, el nitrógeno, el oxígeno, el amoníaco y muchos mas.
La sustancia pura puede presentarse en distintas fases: sólido, líquido y gaseosa. Dependiendo de los valores de presión y temperatura una sustancia puede estar como sólido, líquido o vapor opresentarse en dos o tres fases a la vez.

CAMBIOS DE FASE

        Existen en la naturaleza muchas situaciones en que dos fases de una sustancia pura coexisten en equilibrio. El agua existe como líquido y vapor dentro de una olla de presión. El agua sólida o hielo a la temperatura y presión normales del ambiente comienza su proceso de condensación. A pesar de que todas las fases de lassustancias son importantes, solo se estudiarán las fases líquido y vapor y su mezcla.
En el estudio de la sustancia pura se toma como ejemplo el agua por ser una sustancia muy familiar.

TEMPERATURA DE SATURACIÓN Y PRESIÓN DE SATURACIÓN

        La temperatura y presión de saturación son aquellas en donde ocurre la ebullición de una sustancia pura. Para una presión de saturación existe un únicovalor de temperatura de saturación y viceversa. Para el agua, a una presión de 101.35 kPa la temperatura de saturación es 100ºC. En sentido inverso, a una temperatura de 100ºC la presión de saturación es 101.35 kPa. La gráfica de Psat contra Tsat da una curva característica para cada sustancia pura y se conoce como curva de saturación de líquido-vapor. Figura 1.27.


Fig. 1.27 Curva de saturaciónlíquido-vapor de una sustancia pura (los valores numéricos corresponden al agua).


En la Figura 1.27 se puede observar que la temperatura de saturación aumenta con un incremento de la presión. Cuando se cocina, las temperaturas de ebullición más altas implican tiempos de cocción más cortos y ahorros de energía. Por ejemplo, cuando se cocina en una olla de presión la temperatura de ebulliciónes superior a los 100ºC ya que la presión que se consigue en una olla de presión es superior a los 101.35 kPa. En aquellos sitios que se encuentran por encima del nivel del mar, la presión atmosférica disminuye en la medida que se asciende así como la temperatura de saturación  por lo que el tiempo de cocción en estos sitios es mayor.

DIAGRAMAS DE ESTADO Y DIAGRAMA DE FASE

        Losdiagramas de estado permiten representar los distintos cambios de estado que experimentan las sustancias. Estos son los diagramas P-v y T-v. El diagrama de fase únicamente representa las tres fases para cualquier sustancia. Este es el diagrama P-T.


Diagrama T-v

El diagrama T-v se obtiene de la proyección de la superficie PvT (Figura 1.28) en el  plano T-v. La proyección resultante sobre un planoparalelo a los ejes T-v se muestra en la Figura 1.29. En este diagrama tanto las regiones de una y dos fases aparecen como áreas.






Fig. 1.28  Superficie P-v-T de una sustancia que se expande al congelarse (como el agua).


Es común que dos fases estén en equilibrio, pero en algunas condiciones las tres fases de una sustancia pura coexisten en equilibrio. En los diagramas P-v oP-T, estos estados de fase triple forman la línea triple. Los estados de una sustancia sobre la línea triple tienen la misma presión y temperatura, pero diferentes volúmenes específicos. La línea triple aparece como un punto sobre los diagramas P-T y, por tanto, suele denominarse punto triple.




Fig. 1.29  Figura T-v de una sustancia pura.


       Los estados de líquido saturado en laFigura 1.29 pueden conectarse mediante una línea, línea de líquido saturado, y los estados de vapor saturado  en la misma figura pueden conectarse mediante la línea de vapor saturado. Estas dos líneas se alcanzan en el punto crítico, formado un domo como muestra la Figura 1.29. El punto crítico  se define como el punto al cual los estados de líquido saturado  y de vapor saturado son idénticos. La...