Diagramas de Fase
Los diagramas de fase muestran cómo cambia el estado de una sustancia según la temperatura y la presión. Son mapas que nos dicen en qué estado estará una sustancia bajo ciertas condiciones.
🎯 ¿Qué vas a aprender?
- Qué es un diagrama de fase
- Cómo interpretarlo
- Los puntos especiales: punto triple y punto crítico
📖 ¿Qué es un diagrama de fase?
Un diagrama de fase es una gráfica que muestra los estados de una sustancia en función de la temperatura (eje X) y la presión (eje Y).
Las líneas del diagrama representan las condiciones límite entre estados.
📖 Estructura del Diagrama
Un diagrama de fase típico tiene:
| Elemento | Descripción |
|---|---|
| Regiones | Zonas donde la sustancia está en un solo estado (sólido, líquido, gas) |
| Curvas | Líneas que separan las regiones (condiciones de equilibrio) |
| Puntos especiales | Punto triple y punto crítico |
📖 Las Curvas de Equilibrio
Curva de fusión
- Separa la región sólida de la líquida
- Representa las condiciones donde sólido y líquido coexisten
Curva de vaporización
- Separa la región líquida de la gaseosa
- Representa las condiciones donde líquido y gas coexisten
Curva de sublimación
- Separa la región sólida de la gaseosa
- Representa las condiciones donde sólido y gas coexisten
📖 El Punto Triple
El punto triple es el único punto donde los tres estados (sólido, líquido y gas) coexisten en equilibrio.
💡 Ejemplo:
Para el agua, el punto triple está a:
- Temperatura: 0.01 °C
- Presión: 611.73 Pa (0.006 atm)
📖 El Punto Crítico
El punto crítico es el punto donde desaparece la diferencia entre líquido y gas.
Por encima de la temperatura y presión críticas, la sustancia se convierte en un fluido supercrítico (no es ni líquido ni gas).
💡 Ejemplo:
Para el agua, el punto crítico está a:
- Temperatura: 374 °C
- Presión: 218 atm
📖 Cómo Leer el Diagrama
- Ubica un punto con coordenadas (T, P)
- Identifica la región donde cae ese punto
- Esa región indica el estado de la sustancia
💡 Ejemplo:
Si el punto está en la región marcada como "líquido", la sustancia estará en estado líquido bajo esas condiciones.
📝 Ejercicios de Práctica
Ejercicio 1
¿Qué representa el punto donde se cruzan las tres curvas en un diagrama de fase?
Ver solución
El punto triple. Es el único punto donde los tres estados de la materia (sólido, líquido y gas) coexisten en equilibrio.
Ejercicio 2
Si aumentas la presión sobre agua líquida a temperatura constante, ¿qué podría ocurrir según el diagrama de fase?
Ver solución
Dependiendo de la temperatura, podría solidificarse (convertirse en hielo). A mayor presión, el punto de fusión del agua disminuye ligeramente, pero en general, aumentar la presión favorece el estado más denso.
Ejercicio 3
¿Por qué en la cima de una montaña alta el agua hierve a menos de 100 °C?
Ver solución
Porque la presión atmosférica es menor en las alturas. Según el diagrama de fase, a menor presión, la curva de vaporización se alcanza a temperaturas más bajas.
Ejercicio 4
¿Qué es un fluido supercrítico?
Ver solución
Es el estado de una sustancia cuando supera su punto crítico. En este estado, no hay distinción entre líquido y gas: tiene propiedades de ambos.
Ejercicio 5
¿Por qué el hielo seco (CO₂) sublima en lugar de derretirse a presión atmosférica normal?
Ver solución
Porque a presión atmosférica normal (1 atm), el punto de fusión del CO₂ no existe: la curva de sublimación va directamente de sólido a gas. El punto triple del CO₂ está a una presión mayor que 1 atm.
🔑 Resumen
| Concepto | Descripción |
|---|---|
| Diagrama de fase | Gráfica de estados vs temperatura y presión |
| Curvas de equilibrio | Límites entre estados |
| Punto triple | Los 3 estados coexisten |
| Punto crítico | Desaparece la distinción líquido-gas |
Los diagramas de fase son herramientas fundamentales en química e ingeniería para predecir el comportamiento de sustancias bajo diferentes condiciones.