diagramas de fases mapa mental

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Los diagramas de fases representan gráficamente los estados de agregación de una sustancia en función de la presión y la temperatura, mostrando las condiciones en que coexisten en equilibrio el sólido, el líquido y el gas. Este recurso explica sus curvas de frontera, el punto triple, el punto crítico y la regla de las fases de Gibbs, con ejemplos como el agua y el dióxido de carbono, y aclara por qué la pendiente de fusión del agua es negativa.

Cómo leer un diagrama de fases
En un diagrama de fases, cada región representa las condiciones de presión y temperatura bajo las que una fase es estable: sólida, líquida o gaseosa. Las líneas que separan las regiones son curvas de equilibrio, donde dos fases coexisten. Al cruzar una línea, la sustancia cambia de fase; por ejemplo, al aumentar la temperatura a presión constante, un sólido puede fundirse y luego evaporarse. El punto triple es la condición única en la que las tres fases coexisten en equilibrio, y el punto crítico marca el final de la curva de ebullición, más allá del cual no se distingue entre líquido y gas.

El caso particular del agua
El agua presenta una peculiaridad: su curva de fusión tiene pendiente negativa, es decir, el punto de fusión disminuye al aumentar la presión. Esto se debe a que el hielo es menos denso que el agua líquida, de modo que comprimir el hielo favorece la fusión. La mayoría de las sustancias se comportan al contrario, con pendiente positiva. Esta propiedad explica fenómenos como el deslizamiento de los patinadores sobre hielo, aunque la presión del patín solo contribuye parcialmente y también intervienen la fricción y otras interacciones. El punto triple del agua se usa además como referencia en la definición de escalas de temperatura.

Dióxido de carbono y fluidos supercríticos
El dióxido de carbono muestra un comportamiento distinto: su curva de fusión tiene pendiente positiva y, a presión atmosférica, no existe como líquido, por lo que el hielo seco sublima directamente a gas. Su punto triple se encuentra por encima de la presión atmosférica, lo que impide observar CO2 líquido en condiciones normales. Por encima de su temperatura y presión críticas, el CO2 se convierte en un fluido supercrítico, con propiedades intermedias entre gas y líquido. Esta característica se aprovecha en la extracción de cafeína del café y en procesos industriales de separación, gracias a su capacidad para disolver compuestos y a su baja toxicidad relativa.

La regla de las fases de Gibbs
La regla de las fases de Gibbs permite calcular los grados de libertad de un sistema en equilibrio: F = C - F + 2, donde C es el número de componentes y F el número de fases. En un sistema de un componente, como el agua pura, en una sola región de fase hay dos grados de libertad, por lo que presión y temperatura pueden variar de forma independiente. Sobre una curva de equilibrio solo queda un grado de libertad: si se fija la temperatura, la presión queda determinada. En el punto triple no hay grados de libertad, de ahí que sea una condición fija e invariable para cada sustancia pura.