sustancias puras

SUSTANCIAS PURAS:

Una sustancia pura es una sustancia con una composición química invariante y homogénea, esto quiere decir que si se examina una muestra en cualquier instante, se encuentra que la cantidad relativa de cada una de las especies químicas en el sistema se mantiene igual. Una sustancia pura es homogénea, pero puede existir en más de una fase; por ejemplo, cualquier combinación delas tres fases del agua tiene la misma composición química.

A una presión dada, la temperatura de saturación es la temperatura a la que una sustancia pura cambia de fase. Así mismo, a una temperatura dada la presión de saturación es la presión a la que una sustancia pura cambia de fase. Por ejemplo, el agua cambia de fase de líquido a vapor del agua en las siguientes condiciones:

Tabla 1Condiciones de saturación del agua
Condiciones de saturación para el agua
Temperatura de saturación (°C)
Presión de saturación (kPa)
-10
0.26
-5
0.40
0
0.61
5
0.87
10
1.23
15
1.71
25
3.17
50
12.35
100
101.3
150
475.8
300
8581

Referencia: Çengel, Y. A. y Boles, M. A.

La temperatura a la que el agua empieza a hervir depende de la presión; por lo tanto, si la presión esconstante, la temperatura de ebullición también es constante. Al variar la presión cambiará la temperatura de ebullición y viceversa.


Una sustancia pura a presiones más altas hervirá a temperaturas mayores. La presión atmosférica disminuye con la altura, por lo que la temperatura de ebullición del agua disminuye. Esto ocasiona que la cocción de los alimentos tarde más en ciudades elevadas (porejemplo en Toluca la cocción del mismo alimento tarda más que en Acapulco).

Tabla 2 Variación del punto de ebullición con la elevación
Elevación (m)
Presión atmosférica (kPa)
Temperatura de ebullición (°C)
0
(nivel del mar)
101.33
100
1000
89.55
96.3
2000
79.50
93.2
5000
54.05
83.0
10’000
26.50
66.2
20’000
5.53
34.5

*Por cada 1000 metros, la temperatura de ebullicióndisminuye 3°C aproximadamente.

Referencia: Çengel, Y. A. y Boles, M. A.

De acuerdo al INEGI (2010), Toluca tiene una elevación sobre el nivel del mar de 2660 m. Por lo que de acuerdo a la tabla anterior la presión atmosférica en nuestra ciudad es de 73.09 kPa (554 mm Hg) y el agua hierve a 91°C, aproximadamente.

Una olla de presión típica trabaja a presiones aproximadas de 3 atmabsolutas (303.98 kPa), con lo que el agua contenida en su interior puede llegar a alcanzar una temperatura de 133°C; esto permite que los tiempos de cocción sean más cortos y por lo tanto exista un ahorro energético.


Diagramas PvT
Las sustancias reales pueden existir en fase gaseosa sólo a temperaturas suficientemente altas y presiones suficientemente bajas. A bajas temperaturas y altas presionesse presentan transiciones a las fases líquida y sólida, estos cambios de fase pueden representarse gráficamente en superficies 2D y 3D. La superficie PvT y los diagramas derivados de ésta muestran gráficamente las relaciones que hay entre las propiedades termodinámicas de sustancias puras en sus diferentes fases.

Datos experimentales han demostrado que existe un patrón similar en elcomportamiento de sustancias simples compresibles en las fases sólida, líquida y gaseosa. Desde el punto de vista matemático, cualquier ecuación en la que intervengan dos variables independientes puede representarse en un espacio rectangular tridimensional.



Observa que las fases sólida, líquida y gaseosa se representan por superficies. En el proceso de cambio de fase (fusión, vaporización, osublimación) coexisten dos fases, por lo que las regiones de una sola fase están necesariamente separadas por regiones de dos fases las cuales también están representadas por superficies.

Por definición:
Líquido saturado: es un líquido que está a punto de evaporarse. Cualquier aumento de calor causará que algo del líquido se evapore.
Vapor saturado: es un vapor a punto de condensarse. Cualquier...