¿Por qué la línea de fusión del agua se inclina a la izquierda y en la mayoría de las sustancias, a la derecha?

La pendiente en la ecuación de Clapeyron dP/dT = ΔH/(T ΔV) la fija el signo de ΔV. En la mayoría de las sustancias el líquido es menos denso que el cristal, ΔV > 0, y la pendiente es positiva. En el agua el hielo es menos denso, ΔV < 0, y la pendiente es negativa: al subir la presión baja la temperatura de fusión.

¿Qué ocurre en el punto crítico?

Desaparece la diferencia entre líquido y gas: la densidad y las demás propiedades de las fases coinciden. Más allá, la sustancia es un fluido supercrítico: densidad alta y viscosidad baja, sin menisco líquido–vapor.

¿Qué se ve al calentar a presión constante?

Una horizontal en el diagrama es una isóbara. De izquierda a derecha, a una presión por debajo del punto triple el sólido pasa directo a gas (sublimación). Por encima del punto triple se cruzan la línea de fusión y luego la de ebullición.

¿Por qué no aparece agua subenfriada en el diagrama?

Solo se muestra la fase de equilibrio estable a esos T y P. Los estados metaestables (subenfriamiento, sobrecalentamiento) existen en el laboratorio, pero no se dibujan en el diagrama de equilibrio habitual.

Diagrama de fases

Q: ¿Qué ocurre en el punto crítico?

Desaparece la diferencia entre líquido y gas: la densidad y las demás propiedades de las fases coinciden. Más allá, la sustancia es un fluido supercrítico: densidad alta y viscosidad baja, sin menisco líquido–vapor.

Q: ¿Qué se ve al calentar a presión constante?

Una horizontal en el diagrama es una isóbara. De izquierda a derecha, a una presión por debajo del punto triple el sólido pasa directo a gas (sublimación). Por encima del punto triple se cruzan la línea de fusión y luego la de ebullición.

Q: ¿Por qué no aparece agua subenfriada en el diagrama?

Solo se muestra la fase de equilibrio estable a esos T y P. Los estados metaestables (subenfriamiento, sobrecalentamiento) existen en el laboratorio, pero no se dibujan en el diagrama de equilibrio habitual.

Diagrama esquemático p–T: sólido, líquido, gas y fluido supercrítico; punto triple y punto crítico.

Sobre el modelo

El diagrama de fases de una sustancia pura en el plano temperatura–presión muestra las regiones de estabilidad del sólido, el líquido y el gas. La pendiente de las líneas de coexistencia la da la ecuación de Clapeyron dP/dT = ΔH/(T ΔV). En el punto triple coexisten tres fases; más allá del punto crítico el líquido y el gas no se distinguen (fluido supercrítico). El esquema está normalizado (T̂, P̂) y no copia el agua experimental: las curvas son orientativas. No se muestran estados metaestables (subenfriamiento, sobrecalentamiento). Los controles mueven el punto en el plano y leen la fase.

Para quién: Bachillerato y física general / fisicoquímica: fases, punto triple y punto crítico.

Conceptos clave

diagrama de fases
punto triple
punto crítico
curva de coexistencia
ecuación de Clapeyron
transición de fase
fluido supercrítico
energía de Gibbs

Cómo funciona

Diagrama esquemático presión–temperatura: las regiones de sólido, líquido, gas y estado supercrítico las separan las curvas de fusión, vaporización y sublimación, que convergen en el punto triple. Las curvas punteadas son orientativas; las coordenadas T̂, P̂ están normalizadas para el aula y no corresponden a datos experimentales del agua. Los controles mueven el punto amarillo y leen la fase.

Fórmulas principales

A lo largo de las curvas de coexistencia: los potenciales químicos son iguales (µ₁ = µ₂)

Clapeyron: dP/dT = ΔS/ΔV en la frontera

Preguntas frecuentes

¿Por qué la línea de fusión del agua se inclina a la izquierda y en la mayoría de las sustancias, a la derecha?: La pendiente en la ecuación de Clapeyron dP/dT = ΔH/(T ΔV) la fija el signo de ΔV. En la mayoría de las sustancias el líquido es menos denso que el cristal, ΔV > 0, y la pendiente es positiva. En el agua el hielo es menos denso, ΔV < 0, y la pendiente es negativa: al subir la presión baja la temperatura de fusión.
¿Qué ocurre en el punto crítico?: Desaparece la diferencia entre líquido y gas: la densidad y las demás propiedades de las fases coinciden. Más allá, la sustancia es un fluido supercrítico: densidad alta y viscosidad baja, sin menisco líquido–vapor.
¿Qué se ve al calentar a presión constante?: Una horizontal en el diagrama es una isóbara. De izquierda a derecha, a una presión por debajo del punto triple el sólido pasa directo a gas (sublimación). Por encima del punto triple se cruzan la línea de fusión y luego la de ebullición.
¿Por qué no aparece agua subenfriada en el diagrama?: Solo se muestra la fase de equilibrio estable a esos T y P. Los estados metaestables (subenfriamiento, sobrecalentamiento) existen en el laboratorio, pero no se dibujan en el diagrama de equilibrio habitual.

Temas afines cerca (también de otras áreas) — o todos los 46 de «Termodinámica».

Toda la categoría →

NuevoEscuela

Vapor húmedo en el diagrama T–s

Abrir el simulador

Región bifásica del agua en el diagrama T–s: curvas de saturación, isobara horizontal, calidad x y sobrecalentamiento.

NuevoEscuela