Punto Triple

DETERMINACIÓN DEL PUNTO TRIPLE Práctica

7

INTRODUCCION

Los estudios de los equilibrios entre fases se van a introducir con algunos sistemas químicamente sencillos, los cuales están constituidos por una sola sustancia química o componente. Pero con esto lo que se pretende es que la composición de todas y cada una de las fases presentes queden del todo determinadas, al especificar una sola sustancia química en el sistema. Las fases presentes en un sistema de un solo componente para diferentes presiones y temperaturas puedan representarse en forma adecuada en diagramas que dan P en función de T.

El establecimiento de la regla termodinámica que rige el equilibrio que puede aparecer entre distintas fases, en cualquier sistema, requiere la definición previa y precisa de tres conceptos. El primero es el llamado fase, la cual se define como la parte de un sistema que en su totalidad es uniforme física y químicamente. Una fase puede consistir en cierta cantidad pequeña o grande de materia que puede estar en una sola porción o dividida en diferentes porciones más pequeñas; sin embargo, esta fragmentación no debe alcanzar las dimensiones moleculares.

Es ahora necesario considerar de que información se debe disponer para especificar la composición química de un sistema. En relación con este problema, se ha hecho familiar la palabra componente, a la cual está ligada una definición rigurosa del la misma. El número de componentes se define como el menor número de especies químicas diferentes e independientes, necesario para describir la composición de cada una de las diferentes fases del sistema.

Algunas propiedades de cada fase de un sistema son independientes de la cantidad de fase presente. Las propiedades características de las fases de un sistema por separado, e independientes de la cantidad de materia que existe en cada fase, se llaman propiedades intensivas. En cambio, otras propiedades, como peso y volumen de cada fase, que dependen de la cantidad de materia de la fase, se conocen como propiedades extensivas, Las propiedades de este último tipo no importan tanto en el estudio del equilibrio entre fases.

Por ejemplo, un sistema de una sola fase y un solo componente tiene muchas propiedades intensivas. Para describir exactamente el estado de un sistema tan sencillo, se pueden medir y reseñar su presión, temperatura, densidad, índice de refracción, calor específico y así sucesivamente. Sin embargo, la experiencia ha enseñado que no es necesario especificar todas estas propiedades para caracterizar propiamente al sistema.

Fruto de estas observaciones es que solo se requiere fijar arbitrariamente unas pocas propiedades intensivas de una sustancia, o dicho de otra forma, sólo se necesita que estas queden especificadas para definir el estado de la sustancia. El número de grados de libertad de un sistema se define como el menor número de variables intensivas que es necesario determinar para fijar los valores de todas las demás variables intensivas. Otra forma de establecer esta definición, que en ocasiones es más fácil de aplicar, es que el número de grados de libertad es el número de variables intensivas que se pueden modificar arbitrariamente sin que varíe el número de fases del sistema.

El número de grados de libertad está dado por la Regla del as Fases de Gibbs.

L = C - F + 2

Donde L es el número de grados de libertad, C el número de componentes y F el número de fases presentes en el sistema.

Para un sistema de un solo componente, la ecuación anterior se reduce a L = 3 - F; cuando hay una sola fase, se tienen dos grados de libertad y su representación en el diagrama de presión contra temperatura es una superficie; cuando son dos fases, no hay más que un grado de libertad y la representación es una línea; cuando coexisten tres fases, L = 0 y esta situación se simboliza en el diagrama de fases con un punto.

FUNDAMENTO

Cada compuesto puro que existe en el planeta cuenta con propiedades particulares, las cuales hacen que se pueda determinar de qué sustancia se trata tomando en cuenta los estándares que se han establecido en la historia de la ciencia.

La fisicoquímica es una de las ciencias que se encarga de estudiar dichas propiedades; según el autor Gilbert W. Castellan cada sustancia puede existir en diferentes estados de agregación o fases de estas; y toma como condición esencial la modificación en la presión y la temperatura para que puedan ocurrir dichos cambios en la materia.

La condición de equilibrio

Está claro que existe alguna presión y temperatura a la cual las tres fases (sólido-líquido-gas) coexisten en equilibrio; a este punto se le llama punto triple.

La intersección de las curvas s-l y l-g corresponde a una temperatura y una presión a las cuales sólido, líquido y gas coexisten en equilibrio. En este punto, los valores de T y p están determinados por las condiciones:

Donde , y son los potenciales químicos que tienen las sustancias en cada fase. Estas ecuaciones pueden, al menos en principio, resolverse para valores numéricos definidos de T y p. Esto es:

Donde Tt y pt son la temperatura y presión del punto triple. Existe sólo un punto triple en el que un conjunto específico de fases (por ejemplo, sólido-líquido-gas) pueden coexistir en equilibrio.

El diagrama de fases muestra de inmediato las propiedades de la sustancia, temperatura de fusión, de ebullición, puntos de transición y triple. Cada punto marcado en un diagrama de fases representa un estado del sistema, dado que establece valores de T y p.

Aplicación del punto triple (Artículos científicos)

• En el artículo “Procedimiento para la caracterización de una celda de punto triple de agua Isotech en el LATU”, publicado por el Departamento de Metrología, Laboratorio Tecnológico del Uruguay (LATU), se da a conocer la importancia de conocer el punto triple del agua empleándolo como herramienta principal para determinar una escala de temperatura.

La realización en el punto triple

...