Termodinamica: La sustancia pura

La sustancia pura

Una sustancia pura es la que tiene una composición química homogénea e invariable. Puede existir en una fase, pero su composición química es la misma en todas ellas. Así pues, el agua líquida, una mezcla de agua líquida y vapor de agua, o una mezcla de hielo y agua líquida son todas sustancias puras, pues cada fase tiene la misma composición química. Por otra parte, una mezcla de aire líquido y aire gaseosos no es una sustancia pura, ya que la composición de la fase liquida es diferente de la composición de la fase de vapor.

A veces una mezcla de gases, como el aire, se considera que es una sustancia pura en tanto no haya cambiado de fase. Estrictamente hablando esto no es cierto, sino más bien, como vernos después, se debe decir que una mezcla de gases, como el aire, ´presenta algunas de las características de una sustancia pura en tanto no se produzca ningún cambio de fase.

En este texto la atención se enfocara en aquellas sustancias que pueden llamarse sustancias compresibles simples. Por esto entendemos que efectos de superficie, magnéticos y eléctricos no son significativos en el caso de estas sustancias. Por otra parte, cambios de volumen, tales como los relacionados con la expansión de un gas en un cilindro, son de la mayor importancia. Sin embargo, se mencionaran otras sustancias en las que si son importantes dicho efectos de superficie, magnéticos o eléctricos. A un sistema consistente en una sustancia comprensible simple llamaremos sistema comprensible simple.

Propiedades de una sustancia pura

Equilibrio de fases vapor-liquido-sólidos en una sustancia pura

[pic 1]Considérese como sistema 1 kg de agua contenido en el dispositivo de cilindro y embolo mostrado en la figura3.1ª.

Supóngase que el embolo y las pesas mantienen un presión de 1.033 kgf/ en el interior del cilindro, y que la temperatura inicial es de 15 C. A medida que se transmite calor al agua la temperatura asciende en forma apreciable, el volumen específico aunmenta ligeramente y la presión permanece constante. Cuando la temperatura llega a 100C, el calor adicional transmitido produce un cambio de fase, como se indica en la figura 3.1b. Esto es parte del líquido se convierte en vapor, y durante este proceso tanto la presión como la temperatura permanecen constantes pero el volumen específico aumenta considerablemente. Cuando se ha evaporado la última gota de líquido la trasmisión de más calor resulta en un incremento de la temperatura y del volumen específico del valor (Fig.3.1c) [pic 2]

El término de temperatura de saturación designa la temperatura a la cual tienen lugar la evaporación a una presión dada, y tal presión se llama presión de saturación correspondiente a la temperatura dada. Así para agua a 100C la presión de saturación es de 1.033 , y para agua a 1.033, la temperatura de saturación es de 100C. En el caso de una sustancia pura haya una relación definida entre la presión y la temperatura de saturación, y en la figura 3.2 se muestra un grafica típica.[pic 3][pic 4]

Tal grafica se llama curva de presión de vapor.

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