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1.1 Sustancias Puras

Sustancias puras
En la ingeniería térmica, las sustancias usuales de trabajo son:
         El agua, la única sustancia que se presenta en la naturaleza en los tres estados: sólido (hielo), líquido (agua) y gas (vapor). El agua, limpia (disuelve y arrastra la suciedad), y es limpia (pura, sin mezcla de otra cosa, según el DRAE). Además de las múltiples aplicacionestécnicas, el agua es el medio en el que se desarrolla toda la materia viva.
         El aire, que siempre está a mano, es más limpio si cabe que el agua (no ensucia, ni moja), y en combinación con el agua (aire húmedo) o con sustancias combustibles (combustión y otros tipos de oxidación electroquímica o metabólica), es del máximo interés tecnológico y biológico.
         Los hidrocarburos (usadoscomo combustibles o no), y otros compuestos orgánicos (como los fluidos de trabajo halo-carbonados usados en los refrigeradores).
         Sustancias inorgánicas como el dióxido de carbono, amoniaco, gases nobles, aceites minerales, etc., usados en refrigeración o como fluidos caloportadores.
 
La pureza absoluta no existe; vivimos en un mundo multicomponente y todas las sustancias naturales sonmezclas (por el segundo principio de la termodinámica), las cuales se pueden separar en sus componentes puros hasta el grado de pureza deseado (pero siempre quedarán restos). Una sustancia que se diga 'comercialmente pura' puede tener entre el 90% y el 99% de pureza, mientras que una sustancia 'pura de laboratorio' puede tener entre un 99% y un 99,99% de pureza. En la industria pesada, tal vez lasustancia más pura que se maneje sea el agua de las grandes turbinas de vapor, que puede tener un 99,99% de pureza (el agua del grifo no suele sobrepasar el 99,9% de moléculas de H2O), mientras que en la industria microelectrónica se manejan substratos de silicio del 99,9999% de pureza.
 

Las sustancias puras usuales en el análisis termodinámico: H2O, N2, O2, CH4, C4H10, CF3CH2F, CO2, NH3...,son fluidos moleculares sencillos, i.e. líquidos y gases de baja masa molar. Los sólidos suelen tratarse de una manera muy simplificada en termodinámica, pues suele importar sólo su poder de confinamiento (paredes, rígidas o móviles) y su capacidad térmica. Pero si se para uno a pensar en los fluidos naturales (aguas más o menos saladas, líquidos corporales, aceites vegetales...), y en losfluidos antropogénicos (bebidas alcohólicas, bebidas gasificadas edulcoradas, combustibles, gases de escape, aceites minerales, otros productos derivados del petróleo, metales líquidos...), se aprecia enseguida que los fluidos no son siempre mezclas de sustancias sencillas de baja masa molar. Las sustancias de gran masa molar (macromoléculas), incluso en estado puro presentan un comportamientotermodinámico mucho más difícil de modelizar.
 
Los materiales (naturales y artificiales) son sustancias sólidas cuyas propiedades sustanciales (i.e. dejando aparte el tamaño y la forma), los hacen útiles para construir estructuras portantes y mecanismos, para aplicaciones electromagnéticas (eléctricas, electrónicas y ópticas), o como materia prima para síntesis de nuevos materiales. Suelen clasificarse,atendiendo a sus propiedades mecánicas, en: materiales cerámicos, metálicos, poliméricos y compuestos (de los anteriores).
 
De los fluidos usuales en termodinámica, excepto para el aire ambiente (más o menos puro, ya que en algunas aplicaciones se filtra y se deshumidifica) y el agua del grifo (más o menos pura; muchas veces se usa agua destilada), el acceso a los demás fluidos es mediantesimples recipientes para líquidos ordinarios (alcoholes, hidrocarburos, aceites), o mediante recipientes especiales para gases (o mediante suministro canalizado como el del gas natural).
 

Diagrama de fases de una sustancia pura
Una fase es un estado en una secuencia de posibles estados generalmente periódicos (e.g. fases de la luna). Las fases en termodinámica son los distintos estados...