Fases condensades Lquids La fase lquida s un

Fases condensades. Líquids. � La fase líquida, és un estat de la matèria difícil de modelitzar. � Encara que a la Terra és un estat molt usual, a l’univers és poc habitual. � Perquè existeixin els líquids són necessàries altes pressions. � Per tant a baixes pressions només són possibles dos estats: ◦ L’estat sòlid, a baixes temperatures. ◦ L’estat gasos, a altes temperatures. Europa Ganímedes Calixto Tres dels Satèl·lits Gal·lileans de Júpìter. Com que són molt petits no poden retenir cap atmosfera, per tant l’aigua de la superfície només pot estar a l’estat gasós o sòlida. En el cas de Europa i Ganímedes, es pensa que hi ha un mantell líquid per sota d’una gruxuda capa de gel. A aquestes profunditats hi ha prou pressió i temperatura perquè existeixi l’estat líquid, malgrat la baixa gravetat.

Estat líquid. Pressió i Temperatura crítiques. L’estat líquid per tant només existeix dintre d’unes condicions molt definides de pressió i temperatura. � Aquestes són la temperatura y pressió crítiques: � ◦ La temperatura crítica d’un gas és la temperatura a partir de la qual és impossible que un gas es liqüi per molta pressió que s’apliqui. ◦ Pressió crítica és la pressió a partir de la qual un gas es liqua, sempre que estigui per sota de la temperatura crítica. � La temperatura i pressió crítiques d’una substància marquen el límit superior i inferior en què aquesta pot existir en estat líquid: ◦ Per sobre d’aquesta temperatura només pot existir l’estat gasos, independentment de la pressió. ◦ Per sota d’aquesta pressió el líquid s’evapora, quan s’arriba a la temperatura d’ebullició. Diagrama de fases on es mostren les condicions de Pressió i Temperatura crítiques, per sobre d’aquestes condicions el gas i el líquid tenen la mateixa densitat, per tant tenim un gas en fase supercrítica. La substància presenta propietats dels gasos i dels líquids alhora.

Estat líquid. Diagrames de fase. El límit inferior en què pot existir una substància en estat líquid el marca el punt triple. � Si representem la temperatura en que una substància canvia d’estat a diferents condicions de pressió obtenim el diagrama de fases d’aquesta. � El límit entre cada estat marca les condicions de pressió i temperatura en què pot existir una substància en un estat físic donat. � Així, per obtenir la temperatura a que canvia d’estat una substància donada en unes condicions determinades de pressió, seguim els següent procediment: � ◦ Tracem una línia des de aquestes condicions de pressió fins a la línia que marca el canvi d’estat. ◦ Des de la intersecció entre ambdues línies tracem ara una línia fins a arribar a l’eix de temperatura, aquesta serà la temperatura a la que es produeix el canvi Diagrama de fases de l’aigua, la fletxa indica la posició del punt triple (T=273, 16 K (0, 01ºC) i P=611, 73 Pa (0, 006 atm)).

Punt triple. Sublimació de les substàncies. � � � El punt triple d’una substància és el punt en que es coexisteixen els tres estats. Aquest marca el límit inferior de pressió en què pot existir una substància en estat líquid. Per sota d’aquesta pressió només pot existir la substància en estat sòlid o gasos. Per tant per sota d’aquesta pressió la substància pot sublimar. De fet qualsevol substància pot sublimar, només cal que les condicions siguin les adequades. Així, si comparem el diagrama de fases de l’aigua amb el diòxid de carboni, veiem que: ◦ L’aigua pot sublimar per sota de les 0, 006 atm, 6, 11 h. Pa, per això només sublima al buit. ◦ En canvi el diòxid de carboni sublima per sota de les 5, 11 atm, 5176 h. Pa, per això sublima a pressió ambient.

Estabilitat del punt triple. � � � El punt triple d’una substància és un punt que no té cap mena de llibertat Per tant una substància que es trobi en el punt triple, no podrà intercanviar calor amb l’exterior, i es mantindrà en aquestes condicions indefinidament. La única manera de trencar aquesta situació és obrir el recipient a l’atmosfera, perquè la pressió varií. Això farà que varií la temperatura d’ebullició i fusió i deixin de coexistir les tres fases alhora. Depenent de les condicions la fase gasosa es condensarà o la fase líquida s’evaporarà, i llavors només quedaran dues fases que intercanviaran calor amb l’exterior. Cubeta de punt triple, amb les tres fases coexistint. Al costat visió esquemàtica d’una cubeta de punt triple.

Punts azeotròpics. � En un equilibri d’una mescla de líquids i el seu vapor trobem també punts amb un nombre reduït de graus de llibertat, són els punts azeòtrops. � Aquests són punts, de composició fixa, que representen la màxima temperatura d’ebullició de la mescla, per tant no es poden separar per destil·lació. Diagrames de fases de la mescla d’isopropanol amb aigua (1) i de etanol amb aigua (2), les fletxes indiquen la posició de l’azeòtrop. 1 2 Azeòtrop

Azeòtrops positius i azeòtrops negatius. � Ens podem trobar amb azeòtrops positius, on la temperatura d’ebullició de l’azeòtrop és inferior a la dels components purs. ◦ Això és el que ens trobem amb l’etanol, on l’azeòtrop (95, 63% alcohol i 4, 37% aigua, en pes) té un punt d’ebullició de 78, 2ºC, mentre que l’etanol pur el té de 78, 4ºC i l’aigua 100ºC. � I amb azeòtrops negatius on la temperatura d’ebullició de l’azeòtrop és superior a la dels components purs. ◦ Això és el que ens trobem amb l’àcid clorhídric, on l’azeòtrop (20, 2% àcid clorhídric i 79, 8% aigua, en pes) té un punt d’ebullició de 110ºC, mentre que l’àcid clorhídric pur el té de -84ºC i l’aigua 100ºC. Azeòtrops positius i negatius, a l’esquerra un azeòtrop positiu, i a la dreta un de negatiu. Els azeòtrops reaccionen de manera inversa a la pressió, perquè quan més gran sigui la temperatura d’ebullició més petita serà la pressió de vapor, més volàtil serà.