Diagramas de fase para sustancias puras

-Fase es la porción físicamente homogénea y distinta de un sistema material. Se distinguen tres tipos básicamente:

          a) continua. En una aleación o porción de aleación que contiene más de una fase, es la fase que forma la base o matriz en que la(s) otra(s) fase(s) están presentes como unidades aisladas.

          b) intermedia. En una aleación o un sistema químico, fase distinguible homogénea cuyo rango de composición no se extiende a ninguna de las componentes puras del sistema.

          c) terminal. Solución sólida, representada por un área en cualquiera de los lados extremos de un diagrama binario.

Diagrama de fases
Son representaciones gráficas de presión vs. temperatura, a las que las fases sólida, líquida y gaseosa de una sustancia existen. En esta representación se incluye la variación de presión de vapor del sólido y del líquido, y la variación de la temperatura de fusión con la presión.

Los siguientes diagramas corresponden al dióxido de carbono y al agua, en estas representaciones se observan las condiciones de existencia de una sola fase que son las zonas delimitadas por las líneas de equilibrio S-G, S-L, L-G; la existencia de dos fases para las condiciones de P y T a las que existen dichas líneas; y el punto donde confluyen todas las líneas de equilibrio, denominado punto triple, que indica las condiciones de presión y temperatura donde coexisten las tres fases o estados físicos.

Diagrama de fases para el Co2

Si se observan estas representaciones, se deduce que por debajo del punto triple no existe la sustancia en fase líquida, y a la presión atmosférica, el CO₂ sublima por encima de -78ºC. A diferencia del agua su curva de equilibrio de fusión-congelación tiene pendiente positiva, porque el CO₂, al igual que prácticamente el resto de las sustancias, aumenta de volumen al fundirse. En un planeta cuya presión atmosférica fuese mayor que 5,1 atm terrestres, los habitantes podrían nadar en lagos de dióxido de carbono líquido. A una presión, P_c, superior a 72,8 atm y a una temperatura, T_c, de 31ºC, (punto crítico), donde finaliza la línea de equilibrio L-V, desaparece la distinción entre líquido y gas, y solo existe una fase fluida, es decir por mucho que se comprima el gas este no se puede licuar.

Diagrama de fase para el agua

Observando el diagrama para el agua, al ser su fase sólida menos densa que la líquida, (el hielo flota en el agua), esto quiere decir, que está más favorecida la fase líquida a presiones elevadas, (un aumento de la presión favorece siempre la fase más densa) o que el punto de fusión disminuye al aumentar la presión, por tanto la curva S-L tiene pendiente negativa, es por esto que el hielo funde aplicando presión, mientras que el estado líquido de casi todas las demás sustancias solidifica por compresión.

La intersección de la línea P = 1 atm con la curva de equilibrio S-L, da, para el hielo el P.F. de 0ºC, y la intersección con la curva L-G, da, el P.E. del agua, 100ºC.

La distinción entre líquido y gas en el caso del agua, desaparece por encima de la P_c = 218 atm

Información que podemos obtener de los diagramas de fase:

1. Conocer que fases están presentes a diferentes composiciones y temperaturas bajo condiciones de enfriamiento lento (equilibrio).

2. Averiguar la solubilidad, en el estado sólido y en el equilibrio, de un elemento (o compuesto) en otro.

3. Determinar la temperatura a la cual una aleación enfriada bajo condiciones de equilibrio comienza a solidificar y la temperatura a la cual ocurre la solidificación.

4. Conocer la temperatura a la cual comienzan a fundirse diferentes fases.