Sustancias Puras Variables
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3F
ESTADO TERMODINÁMICO
Un estado termodinámico es un conjunto de valores de propiedades de un sistema
termodinámico que deben ser especificados para poder reproducir el sistema. Los
parámetros individuales se conocen como variables de estado, parámetros de estado o
variables termodinámicas.
Cuando un conjunto suficiente de variables termodinámicas ha sido especificado, los
valores de todas las demás propiedades del sistema quedan definidas
inequívocamente. El número de valores necesarios para especificar el estado depende
del sistema, y no siempre es conocido.
FUNCIONES DE ESTADO
Las funciones de estado describen la condición momentánea de un sistema
termodinámico. Indiferentemente del camino que siga el sistema para ir de un estado a
otro, el cambio total de cualquier variable de estado será el mismo. Esto significa que
los cambios incrementales en dichas variables son diferenciales exactas. Algunos
ejemplos de función de estado son la entalpía, la entropía, la presión, la temperatura, el
volumen, etc.
Las funciones de estado de los sistemas termodinámicos generalmente tienen una
cierta interdependencia. En la ecuación de estado de un gas ideal, dos de las funciones
de estado pueden seleccionarse arbitrariamente como variables independientes, y
otras cantidades estadísticas se consideran como sus funciones. La dependencia entre
las funciones termodinámicas es universal.
Hay varios diagramas termodinámicos que sirven para modelar las transiciones entre
estados termodinámicos.
Cada sistema o tipo de sustancia se caracteriza por una ecuación de estado o ecuación
constitutiva que relaciona algunas de las variables de estado entre sí, ya que los
sistemas en equilibrio termodinámico tienen un número finito de grados de libertad de
acuerdo con la regla de las fases de Gibbs.
ESTADO DE EQUILIBRIO TERMODINÁMICO
Los sistemas que se encuentran en la naturaleza suelen ser dinámicos y complejos,
pero en muchos casos sus estados se pueden describir aproximándose a las
condiciones ideales. Una de estas condiciones ideales es el estado de equilibrio. A
partir de muchas observaciones, la termodinámica postula que todos los sistemas que
no tienen efecto en el ambiente externo tenderán a cambiar con el fin de aproximarse al
estado de equilibrio.
El estado de equilibrio es un objeto primitivo de la termodinámica clásica o de equilibrio,
en el que se denomina estado termodinámico. Hay varios tipos diferentes de equilibrio,
que corresponden a diferentes variables físicas, y un sistema alcanza el equilibrio
termodinámico cuando se satisfacen simultáneamente las condiciones de todos los
tipos relevantes de equilibrio.
A continuación, se enumeran algunos tipos diferentes de equilibrio.
Equilibrio térmico: cuando un sistema en equilibrio térmico la temperatura en
todo un sistema es uniforme, el sistema está en equilibrio térmico.
Equilibrio mecánico: si en cada punto dentro de un sistema dado no hay cambio
de presión con el tiempo, y no hay movimiento de material, el sistema está en
equilibrio mecánico.
Equilibrio de fase: esto ocurre cuando la masa para cada fase individual alcanza
un valor que no cambia con el tiempo.
Equilibrio químico: en el equilibrio químico, la composición química de un
sistema se ha estabilizado y no cambia con el tiempo.
Es importante saber que, por mas que se aplique mayor presión no se consigue
disminuir el volumen del líquido, debido a que el coeficiente de compresibilidad
isotérmica de los líquidos es muy pequeño, Si se ubican en un punto sobre la curva del
líquido saturado lo que se tiene es líquido puro a su temperatura de ebullición. A este
líquido se lo suele llamar líquido saturado. Supongamos que disminuimos la presión a
volumen constante; la evolución que sigue el sistema viene representada por una recta
vertical dirigida hacia abajo, de modo que cualquiera que sea el punto final de esa
evolución, el sistema contiene líquido y vapor porque ese punto debe estar en Vapor
Sobrecalentado Líquido Comprimido la zona de coexistencia de fases. De manera
análoga, si se ubica en un punto situado sobre la curva del vapor saturado y
disminuimos la presión a volumen constante el resultado final es una mezcla de líquido
y vapor. En cambio, en cualquiera de los dos casos, un aumento de la presión a
volumen constante produce como resultado final un sistema integrado por una sola
fase. Si se encuentra en un punto sobre la curva del líquido saturado, el aumento de
presión a volumen constante produce líquido sobre enfriado o comprimido; si el punto
en cuestión se encuentra sobre la curva del vapor saturado, el aumento de presión a
volumen constante produce primero vapor recalentado y eventualmente si se supera la
isoterma crítica, gas.
Por razones que ya trataremos con mas detalle en las próximas unidades, la
Termodinámica se interesa particularmente por el punto crítico. La temperatura del
punto crítico es, Tc; la presión del punto crítico es la presión crítica Pc; el volumen del
punto crítico es el volumen crítico Vc.
Las condiciones en el punto crítico son bastante anormales. Por ejemplo, la forma de
comportarse de la isoterma crítica. Resaltando que el punto crítico es aquel ultimo
estado de equilibrio, ubicado en la línea de vaporización que diferencia el líquido del
vapor.