¿Por qué la curva de fusión del agua se inclina «al revés»?

El hielo habitual es menos denso que el agua líquida, así que subir la presión favorece al líquido y baja la temperatura de fusión: dP/dT negativo a lo largo de la fusión, por la ecuación de Clapeyron. En la mayoría de las sustancias la pendiente es positiva.

¿Qué ocurre en el punto crítico?

Las densidades del líquido y del vapor se igualan y desaparece el menisco; por encima de la temperatura crítica no se obtiene líquido solo con presión. El punto crítico aquí es esquemático: las T_c y P_c exactas salen de las tablas de vapor saturado.

¿Se pueden leer temperaturas de ebullición exactas en este mapa?

Solo de modo cualitativo. La curva de presión de vapor muestra la tendencia de la temperatura de ebullición con la presión, pero la línea es didáctica. Para números de ingeniería hacen falta tablas de vapor saturado o una ecuación de estado comprobada.

Diagrama de fases del agua

Curvas cualitativas de fusión, sublimación y presión de vapor saturado hasta el punto crítico; la sonda marca la fase.

Sobre el modelo

Diagrama de fases del agua en el plano P–T: las curvas de fusión, sublimación y de presión de vapor saturado hasta el punto crítico separan las regiones de hielo, líquido y vapor. La sonda indica en qué región cae el punto (P, T) elegido. Las curvas son esquemáticas, no tablas IAPWS: se omiten las prolongaciones metaestables, los polimorfos del hielo distintos del Ih habitual y los corrimientos por sustancias disueltas. Cruzar la curva de fusión o de sublimación es coexistencia de dos fases; en el punto crítico el líquido y el vapor dejan de distinguirse. La pendiente negativa de la curva de fusión del agua y el punto triple son los rasgos didácticos principales del diagrama.

Para quién: Química general y fisicoquímica introductoria: equilibrios de fase del agua.

Conceptos clave

diagrama de fases
punto triple
punto crítico
presión de vapor saturado
curva de fusión
sublimación

Cómo funciona

En el plano P–T se dibujan las curvas de fusión, sublimación y de presión de vapor saturado hasta el punto crítico; las regiones se etiquetan como hielo, líquido y vapor. La sonda (P, T) marca la fase. La curva de fusión del agua tiene pendiente negativa (ecuación de Clapeyron: el hielo es menos denso que el líquido). El diagrama es cualitativo, no tablas IAPWS.

Fórmulas principales

Clapeyron: dP/dT = ΔS/ΔV — water expands on freezing (ΔV < 0) ⇒ negative dP/dT along fusion.

Preguntas frecuentes

¿Por qué la curva de fusión del agua se inclina «al revés»?: El hielo habitual es menos denso que el agua líquida, así que subir la presión favorece al líquido y baja la temperatura de fusión: dP/dT negativo a lo largo de la fusión, por la ecuación de Clapeyron. En la mayoría de las sustancias la pendiente es positiva.
¿Qué ocurre en el punto crítico?: Las densidades del líquido y del vapor se igualan y desaparece el menisco; por encima de la temperatura crítica no se obtiene líquido solo con presión. El punto crítico aquí es esquemático: las T_c y P_c exactas salen de las tablas de vapor saturado.
¿Se pueden leer temperaturas de ebullición exactas en este mapa?: Solo de modo cualitativo. La curva de presión de vapor muestra la tendencia de la temperatura de ebullición con la presión, pero la línea es didáctica. Para números de ingeniería hacen falta tablas de vapor saturado o una ecuación de estado comprobada.

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