Diagramas De Fase

3.2.5 DIAGRAMA T- DENSIDAD PARA UNA SUSTANCIA PURA
Para una sustancia pura, con una masa constante digamos 1 mol (v = 1) encerrada en un recipiente cuyo volumen es V y su temperatura T, se tienen dos restricciones. Consecuentemente, se requieren dos variables independientes para describir sus estados de equilibrio que usualmente se escogen, por razones estrictamente de convenienciaexperimental, de entre la terna p, V y T. Pero que sólo dos sean independientes implica que si se fijan sus valores, el de la tercera queda automáticamente determinado y eso, matemáticamente, se expresa diciendo que hay una relación funcional entre estas variables de manera que

p = f (V, T)

Aquí f es símbolo que denota una operación que genera un valor de p conocidos los valores de V y T. En elcaso de un gas ideal la operación es muy simple pues p = R y f es la división de T entre V multiplicada por la constante R (para 1 mol de gas). A estas relaciones entre las variables V y T se les conoce como "ecuaciones de estado".
Para una sustancia pura, la situación es completamente diferente. Históricamente, fue el físico escocés T. Andrews quien en 1869, por vez primera, reportó los datosp-V-T obtenidos a partir de la experimentación llevada a cabo con un gas real. La sustancia empleada por Andrews fue el CO2 que tiene una densidad de 1.977 g/l en la fase gaseosa a 20ºC, de 1.101 g/l en la fase líquida a -37ºC y de 1.56 g/l a 79ºC, en la fase sólida. El CO2 tiene también un punto de fusión -56.6ºC y una presión de 5.2 atmósferas en tanto que el líquido hierve a -78.5ºC en elpunto de sublimación. Andrews en sus experimentos tomó una masa conocida de este gas y en un tubo de ensaye, herméticamente cerrado y mantenido a una temperatura fija, midió los volúmenes que ocupa el gas a presiones diferentes. Graficando los resultados en un diagrama p-V, obtuvo los resultados que se muestran en la Fig. 17.
La temperatura más baja empleada por Andrews fue de 13.1ºC. A bajaspresiones observó que el C02 es gaseoso; hasta el punto en que la presión alcanza el valor de aproximadamente 50 atmósferas el volumen disminuye en la porción de la curva AB más o menos de acuerdo con la ley de Boyle. En el punto B comienza la licuefacción y el volumen disminuye hasta convertirse en líquido a presión constante. Esta licuefacción está representada por la porción BC de la curva en laFig. 17. En C, todo el bióxido de carbono es líquido y la pendiente tan pronunciada exhibida por la porción CD, es sólo muestra de la mayor dificultad que existe para comprimir el líquido. La fase sólida sólo se obtiene a presiones muy altas y no es representable en éste diagrama.
Si repetimos este proceso incrementando la temperatura, el esquema se repite como lo muestra la isoterma a 29.93ºCen la Fig. 17 excepto porque la parte horizontal que describe la etapa en que ocurre la licuefacción, es más corta. Esto es común a todas las isotermas hasta llegar a la que corresponde a la temperatura de 31.1ºC en la cual esta porción horizontal se reduce a un solo punto. A temperaturas mayores de 31.1 ºC Andrews encontró que el CO2 no puede licuarse aun sometiéndolo a presiones de algunoscientos de atmósferas, esto es, sigue comportándose como un gas que no puede licuarse.
Así pues el diagrama p-V para este fluido tiene toda una región a la derecha y arriba de la porción BPc de la curva punteada de la Fig. 17 en la cual se comporta como un gas. A la izquierda de la curva CPc es un líquido, y en todos los puntos dentro de la curva BPcC el gas coexiste en equilibrio con el líquido,razón por la cual se llama la región heterogénea. La curva BPcC que separa a las dos regiones que representan a las fases gaseosa y líquida, respectivamente recibe el nombre curva de coexistencia y consta de la envolvente gaseosa BPc y la envolvente liquida CPc. Ambas se unen en el punto Pc que tiene la propiedad de señalar los valores de la temperatura y la presión arriba de los cuales cesa la...