SUSTANCIA PURA

TEMA 2

Sustancia Pura Es aquella que tiene unas propiedades específicas que la caracterizan y que sirven para diferenciarla de otras sustancias, como es el agua liquida, donde es una mezcla de agua con vapor y una mezcla de hielo y agua liquida son todo sustancias pura, cada fase tiene la misma composición química. En el caso de aire liquido y aire gaseoso no es una sustancia pura porque la composición de la fase liquida es diferente a la de la fase de vapor.

La énfasis sobre la sustancia son compresible ya que es el termino que se aplica a la sustancia cuyos efectos de superficie, efectos magnéticos y efectos eléctricos son significante cuando se trata de ellas.

Equilibrio de Fase El equilibrio de fases hace referencia a la ausencia de cualquier transferencia neta de una o más especies químicas de una fase a otra en un sistema multifario.

Tomando en cuenta que cualquier sistema evoluciona de forma espontánea hasta alcanzar el equilibrio, y que es posible determinar si un sistema está en equilibrio con su entorno al universo o si las funciones de estado del sistema U, H, A y G permanecen constantes con el tiempo. En caso contrario analizando como variarían estas funciones de estado se puede determinar en qué sentido evolucionará el sistema, para lo cual se emplean las ecuaciones de Gibbs. Así, la condición de equilibrio material en un sistema compuesto por varias fases y especies es:

Condición que se cumple cuando no hay cambios macroscópicos en la composición del sistema, ni transporte de materia de una fase a otra del sistema.

Cuando una sustancia se somete a calentamiento o enfriamiento puede producirse el fenómeno conocido como transición de fase; así, al calentar suficientemente un sólido, este llega a fundirse, de tal modo que coexistan en equilibrio dos fases bien diferenciadas (sólido y líquido), cuyas densidades son distintas

A que sea posible la estabilidad en un sistema arbitrario constituido por varias fases, se deben verificar las siguientes condiciones:

Ambas fases están a la misma temperatura y la misma presión; sin embargo, con respecto a la condición de igualdad de presiones, conviene matizar que solo es cierto si se desprecian los efectos de superficie.

Para la presión y temperatura a la cual ocurre la transición, los potenciales de ambas fases son iguales y, puesto que para una sustancia pura el potencial químico conocido con la función de Gibbs molar, se está en una situación como la esquematiza

Propiedades independientes de una sustancia pura

Una razón importante para introducir el concepto de una sustancia pura es que el estado de una sustancia pura, comprensible, simple donde la sustancia pura en ausencia de movimiento, gravedad y efectos de superficie, magnéticos o eléctricos que se define por dos propiedades independientes. Por ejemplo, si se especifican la temperatura y el volumen especifico del vapor sobrecalentado, se determina el estado del vapor

Para comprender la importancia del término propiedad independiente, considérese los estados de líquido saturado y vapor saturado de una sustancia pura. Estos dos estados tienen la misma presión y la misma temperatura, pero definitivamente no son el mismo estado. Por lo tanto, enun estado de saturación, la presión y la temperatura no son propiedades independientes. Para especificar el estado de saturación de una sustancia pura se requieren dos propiedades independientes como la presión y el volumen específico, o la presión y la calidad

Para una masa de control difásica, la calidad varía desde 0, cuando la masada control está compuesta únicamente de líquido saturado, hasta 1, cuando está constituida únicamente por vapor saturado. Con frecuencia, la calidad también se expresa como un porcentaje. Obsérvese que la calidad sólo está definida para la mezcla difásica constituida por líquido y vapor. El volumen del sistema a lo largo de la línea difásica es: V= Vliq+ Vvap Si consideramos una masa m que tiene una calidad x. La expresión anterior definirá el volumen o sea la suma del volumen del líquido y el volumen del vapor. En términos de la masa, la ecuación anterior se puede escribir en la forma mv = m liq v liq + m vap v vapYa se había definido v f, para referirnos al volumen especifico del liquido saturado y v g , para el volumen especifico del vapor saturado, ahora bien la diferencia entre estos dos v g - v f , representa el incremento en volumen especifico cuando el estado cambia de liquido saturado a vapor saturado y de identifica como v fg 

Ecuaciones de estado para la fase vapor

A partir de observaciones experimentales se ha establecido que el comportamiento, según las propiedades P, v y T, de gases a baja densidad, esta representado muy aproximadamente por la siguiente ecuación de estado.Pv = RgTen donde, Rg= Ru/M.en que Rg del gas, M el peso molecular y Ru es la constante universal de logases. El valor de Ru depende de las unidades elegidas para P, v y T. Los valores que se usarán más frecuencia en este texto son: Ru = 848 kgfm/kgmol ºK = 1545 pies lbf/lbmol ºR = 1.987 Btu/lbmol ºR

Es cuando el Número de mach es mayor que " 0.3" por lo cual se presenten variaciones apreciables de densidad. Cuando ocurre lo anterior quiere decir que las variaciones de las presiones y temperaturas también son significativas. Esas grandes variaciones de temperatura implica que las ecuaciones de la energía siguientes no se pueden despreciar:

Estas ecuaciones se resuelven simultáneamente para obtener las cuatro incógnitas siguientes:1.- Presión2.- Densidad3.- Temperatura4.- Velocidad

Superficie termodinámica

El tema que se trata en este capítulo se puede resumir adecuadamente al considerar una superficie de presión volumétrica especifico - temperatura. En la imagen se muestra una sustancia como el agua donde el volumen especifico disminuye durante la congelación, y en otra el proceso contrario, donde el volumen aumenta durante el proceso de congelación

En estos diagramas la presión, el volumen especifico y la temperatura se grafican sobre coordenadas mutuamente perpendiculares y así, cada posible estado de equilibrio está representado por un punto sobre la superficie.

Esto se deduce directamente del hecho de que una sustancia pura contiene únicamente dos propiedades intensivas independientes. Todos los puntos a lo largo de un proceso se encuentran sobre la superficie ya que este proceso siempre pasa a través de los estados de equilibrio.