Estado Critico Del Agua 1h3az

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Estado Crítico del Agua  Introducción: Desde siempre hemos estudiado que el agua tiene tres estados y que pasa de uno a otro si se le aplican las suficientes condiciones del frío o calor. Estos estados son sólido, líquido y gaseoso. El agua se encuentra en la naturaleza en estos tres estados, y pasa también de uno a otro para seguir con el ciclo del agua, un ciclo indispensable para la supervivencia del planeta y todos sus seres vivos.

Sin igual

embargo, (y esto te

sorprende),

el

agua no siempre se presenta solamente en uno de estos tres estados. De hecho, con las condiciones de temperatura y de presión atmosférica adecuadas, podría llegar a presentarse en los tres estados al mismo tiempo. Es lo que se denomina triple punto del agua. S/A., (2010,13), Punto triple del agua. Ultimo el 15 de junio 2015 ESTADO CRÍTICO DEL AGUA

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http://www.espaciociencia.com/punto-triple-del-agua/ El descubrimiento del punto crítico tuvo varias fases. Empezó cuando, a finales del s. XVIII, varios investigadores trataban de comprobar si los nuevos gases aislados por esas fechas verificaban la ley de Boyle-Mariotte, de 1662: pV=cte. en procesos lentos con una masa de aire fija. G. Monge (profesor de N.L.S. Carnot), ensayando en 1780 con dióxido de azufre a presión, observó que se formaban gotas al pasar el gas por un serpentín inmerso en hielo y sal. Por otra parte, M. van Marum, al ir reduciendo el volumen en un sistema cilindroémbolo encerrando amoniaco, se dio cuenta de que a partir de un cierto punto (1 MPa a 25 ºC) el volumen seguía disminuyendo sin que variase la presión, concluyendo que se estaba licuando el gas por simple presión, sin enfriarlo. Otros investigadores siguieron licuando gases a presión entre los que destacó M. Faraday, que licuó todos excepto el oxígeno, el nitrógeno y el hidrógeno (el helio no se descubrió hasta 1868 en el sol, y en 1895 mezclado en un yacimiento de gas natural), a los que llamó gases permanentes (se hicieron ensayos incluso sumergiendo dispositivos a 1500 m en el mar). La existencia de una temperatura por encima de la cual los gases que condensaban a presión dejaban de hacerlo (punto crítico) fue descrita primeramente por Cagniard de la Tour en 1822, descrita en más detalle por D. Mendekeyev en 1860, y estudiada en profundidad por T. Andrews en 1869 usando dióxido de carbono, cuya temperatura crítica es muy accesible (TCR=30,8 ºC); J.D. van der Waals (premio Nobel de ESTADO CRÍTICO DEL AGUA

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1910) propuso en su tesis doctoral (1873) su famoso modelo teórico que explicaba muy bien este fenómeno. S/A., (1995,07), Sustancias puras.Cambios de fase Ultimo el 08 de setiembre 2015 http://webserver.dmt.upm.es/~isidoro/bk3/c06/Capitulo %205.pdf

 Definiciones:

I.

Primera Definición de Estado critico:

Es posible observar una temperatura por encima de la cual no se observan fases condensadas. Esta es la temperatura crítica. Los sistemas en general presentan una única temperatura crítica, aunque en la literatura se discute si ésta es la situación para el agua. Por encima de la temperatura crítica, la sustancia no puede experimentar cambios de fase. Se suele distinguir entre estado gaseoso, que se asigna a una sustancia pura por encima de su temperatura crítica, mientras que se reserva el término vapor para una sustancia en fase gaseosa por debajo de dicha temperatura. En general, vapor es un término técnico que describe un gas que por compresión puede condensar dando lugar a cualquiera de las fases condensadas en las que pueda existir en equilibrio. La isoterma crítica se caracteriza por presentar un punto de inflexión. El estado donde se observa este comportamiento se denomina estado crítico, y hablaremos de presión y volumen crítico. La experiencia muestra que:

ESTADO CRÍTICO DEL AGUA

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- la densidad de las fases líquida y sólida es la misma, por lo que una característica interface entre ambas desaparece, - se anula en ese estado la energía requerida para pasar de la fase líquida a 40 la gaseosa. La entalpía de vaporización molar

(

∂ ∆m H v =0 ∂T

)

- se anula la energía libre superficial (o tensión superficial, analizada como fuerza por unidad de longitud) requerida para incrementar en la unidad de área la interface entre la fase líquida y la fase vapor. En general se anula unos pocos grados antes del estado crítico. - la isoterma que describe la dependencia de la presión en función del volumen no solo presenta un punto de inflexión con lo que en el estado crítico (EC), sino que también la derivada primera se anula. Esto es ∂2 P =0 ∂V 2

( )

( ∂V∂ p )=0

y

Estas son condiciones observables en el estado crítico. Capparelli, A. L. (2013), “Fisicoquimica basica”; Argentina: Universidad Nacional de la Plata, pp 39-40

II.

Segunda Definición de Estado critico del agua :

ESTADO CRÍTICO DEL AGUA

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Tal vez la característica más asombrosas de las sustancias puras sencillas, como el agua (en las macromoléculas no se alcanza porque se descomponen antes), es que se pueda pasar

del

estado

líquido

al

gaseoso

(y

viceversa)

sin

transiciones de fase, i.e. que existe un punto crítico extremo en los valores p-T del equilibrio líquido-vapor, ELV (el punto crítico, CR, en la Fig. 5.2). Se acostumbra denominar 'fluido supercrítico' a los estados con p>pCR (o con T>TCR y p>pCR), pero esto es meramente convencional pues no hay ningún cambio visible en el fluido al traspasar estos valores.  Si bien ya hemos dicho que el punto triple del agua es el punto en el que las tres fases del agua coexisten de forma equilibrada, cabe añadir que la temperatura puede variar dependiendo del líquido al que se le aplique, aunque en el caso que nos ocupa, el del agua, tenemos que decir que este punto se encuentra a 0,01ºC y 0,006 atmósferas; es decir, está prácticamente a 0ºC y a una presión unas 165 veces más pequeña que la atmosférica. 

Hemos de recordar, para entender mejor de lo que os

hablo, que 1 atmósfera es una presión equivalente a la presión de la atmósfera terrestre a nivel del mar.

Así pues, con las condiciones anteriores el agua líquida, el vapor de agua y el hielo se pueden presentar de manera simultánea. 

A partir de estas condiciones podemos decir que nos

agua, será posible cambiar el estado de toda la masa de agua a Ttp = 0.01°C ESTADO CRÍTICO DEL AGUA Ptp = 0.6117 kPa

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hielo, agua líquida o vapor arbitrariamente haciendo pequeños cambios en la presión y la temperatura.  Si colocamos el agua a altas temperaturas primero vamos a obtener agua líquida y, a continuación, agua sólida. Una vez superado la presión de los 190 pascales se obtiene una forma cristalina de hielo que es más denso que el agua líquida. S/A., (2010,13), Punto triple del agua. Ultimo el 15 de junio 2015 http://www.espaciociencia.com/punto-triple-del-agua/

ESTADO CRÍTICO DEL AGUA

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 Resumenes Sobre Estado Crítico del Agua : 1. El Punto cítico pasa por una isoterma – curva de temperatura

constante-

a

la

que

corresponde

la

temperatura crítica Tcr . El vapor se encuentra por debajo de la isoterma crítica ; y el gas por encima de la misma. Estas son denominaciones de convivencia. El punto crítico es un punto de gran inestabilidad , porque cualquier modificación infinitesimal de alguna de las propiedades PV-T produce un cambio brusco de fase. Ejm Una vaporización o condensación subita. agua, A. 2009 - pág 26)

(Rodríguez, Jorge Ttp = 0.01°C Ptp = 0.6117 kPa

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2. El Punto triple que es el diagrama de fases P-V-T representado tridimensional es aquel donde coexiste un equilibrio entra el estado sólido, líquido y gaseoso de una sustancia.

(Thomas Engel y Philip Reid , 2006) 3. el comportamiento en las regiones donde están presentes a la vez líquido y gas , esto es , en las regiones bifasicas por debajo del punto crítico del agua. Que no puede ser descrito por la ecuación por la ecuación de Van der Waals. (Gordon M.Barrow, 1976)

4. El punto crítico esta asociado a un cambio de fase de segundo orden que se caracteriza por : Δu =0

Δs =0 Δv =0

Δα ≠ 0

ΔKt ≠ 0

Δ ≠ 0

Esto es, el potencial químico es continuo , sus primeras derivadas son continua – entropía y volumen específico- y sus

segundas

derivadas

continuas.

No

solo

las

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derivadas son discontinuas , sino que en muchos casos son divergentes. (Termodinamica 2012,04) 5. El equilibrio de una sustancia pura determinan la existencia de tres fases distintas en equilibrio. En el caso del H2O la experiencia nuestra que en el ESTADO CRÍTICO DEL AGUA

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Equlibrio solido , liquido el aumento de presión va acompañado con una disminución

del volumen del

sistema. Por encima de una temperatura crítica , la sustancia no puede experimentar cambios de fase. ( Capparelli,A.L 2013-pág. 45-49)

6. La temperatura, presión y volumen molar en el punto crítico se denomina temperatura critica (Tc ) , presión critica (Pc) y volumen critico ( Vc) todas estas son las constantes críticas de una sustancia . Al hablar de un sustancia en fase liquida esta no se obtiene por encima de la temperatura critica como sucede en los gases que la muestra tiene una fase simple que ocupa el volumen total del recipiente. (Peter, Athinks y Julio de Paula , 2008 , p.17) 7. El agua en su estado crítico, no es posible condensar el vapor al estado líquido con una temperatura mayor a la temperatura crítica. Por lo cual no pueden existir dos fases a la misma vez. ( Henley , Rosenn , 1993 , p.50) 8. Un fluido crítico es cualquier sustancia a una presión y temperatura determinadas conocidas como el punto crítico. El punto crítico es la temperatura más alta a la que el líquido y el gas (de una sustancia pura) pueden existir y corresponde a una temperatura diferente para cada sustancia.

9. En el caso del agua el punto triple es de 0,01

°C

o 273,15

K y 6,11mbar o aproximadamente 4, 6 torr. Como el ESTADO CRÍTICO DEL AGUA

H2 O

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es tan común su punto triple que se reconoce internacionalmente como un patrón estándar. El estado del H2 O

recibe el nombre de supercrítico. Al hablar de su punto triple nos referimos a que es un conjunto único de condiciones de presión y temperatura en los que las tres fases pueden existir en equilibrio entre sí. ( Ball , 2005 , p.147)

10. El

agua tiene una temperatura crítica, que por encima de ella no se puede condensar al gas. La temperatura crítica es importante en la licuefacción de los gases. No se puede lograr el cambio de gas a líquido hasta que la temperatura se haya reducido a su valor crítico (

Cana

les M.M, 1999, Pág. 124) 11. El punto crítico del agua es usado expresamente para denotar el punto crítico líquido por el vapor de un material, encima del cual las fases liquidas y de gas distinto no existen. Como mostrado en los cambios que pueden existir. En el agua, el punto crítico ocurre alrededor, de 22.064 MPa (3200PSIA o 218 atm) 12. La Tc para el agua es 647K=374°C y PC=298atm. Para cualquier temperatura por encima de Tc, las fases liquidas y vapor no pueden coexistir en equilibrio. El punto triple del H 2O es exactamente 273.16K a una presión 4.585 torr. ( Ira N. levine ,2002, Pág. 253) 13 . El punto crítico del agua, es cuando la presión crítica del sistema es igual a 218 atm y tiene una temperatura crítica de 374°C. ESTADO CRÍTICO DEL AGUA

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Se puede decir que cuando la temperatura sea mayor que la temperatura critica no habrá las fases de agua y vapor; la condensación de este no se lleva a cabo gracias a la compresión isotérmica del vapor. (Rodríguez M.J & Marín G.R, 1999) 14.Punto crítico es el punto final de una curva de coexistencia. Solo existe cuando está asociada a una curva de coexistencia líquido vapor. Un punto crítico está asociado a un cambio de ∆ u=0 fase de segundo orden que se caracteriza por: ∆ u=0 ∆ s=0 ∆ α ≠ 0 ∆ KT ≠ 0

, sus primeras derivadas son continuas y las segundas discontinuas. ( 2do curso de licenciaturas de físicas, pág. 6) 15. En el punto crítico del agua las densidades del líquido y vapor se igualan y se produce la transformación de las dos fases en una sola . este punto es definido por una presión critica de 218 atm y una temperatura critica de 218 atm y una temperatura critica de 374 ° C

.

(Rodríguez, 1999, p.21)

16. El agua en el punto triple podría tener hielo, líquido y vapor mezclados y estar en equilibrio . La curva de ebullición se prolonga hasta un punto llamado punto critico . a los estados más allá del punto crítico se llama estados supercríticos. (Kurt, 2006,p.25) ESTADO CRÍTICO DEL AGUA

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17. Un fluido crítico es cualquier sustancia a una presión y temperatura determinadas, conocida como punto critico . El punto crítico es la temperatura masa alta a la que el líquido y gas se pueden coexistir. (S/A., (2009,01), Punto crítico del agua. http://www.idoub.com.es/mobible/doc

 Bibliográfias:  Ball David ( 2005) “ Físico Química “ , Cengage Learning , Editores S.A de C.V  Canales M.M, (1999) “Fisicoquímica volumen I: teórica”, estado de México, editor MC. José Valdivieso, UNAM C.ITACALA  Capparelli, A.l , ( 2003) “ Físico Química“, La plata Universidadb Nacional de la plata -Edulp  Gordon M. Barrow , (1976) “ Química Física para las ciencias de la vida ”, Barcelona – España . Editorial Reveté S.A  Henley E, Rosenn (1993) “ Cálculo de Balances de Materia y Energía” . New York , Editorial Rrevete S.A  Kurt.C.Rolle(2006)”Termodinámica” sexta edición . Pearson pretice Hall.S.A.  Peter, Athinks y Julio de Paula ( 2008) “ Química Física” , Buenos Aires , Editorial Medica Panamericana SA  Rodríguez Jorge. A ( 2009) “Introducción a la termodinamica”, Argentina Editorial Univesidad Tecnológica Nacional, S.A

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 Rodríguez M.J & Marín G.R (1999), “fisicoquímica de aguas”, Madrid: España, ediciones días santos S.A.  Tomas Engel y Philip Reid ( 2006) “Química Física”, Madrid Pearson EducaciónS,A

 Lincografías:  Químicalalaguia2000.com/conceptos. Básicos/estructura- en todas  Termodinamica. ergodic. urg.es www.ergodic.ugr.es/lecciones/lecciones08  www.21helper.eu/0.088620/puntocritico(termodinami ca)  http://ergodic.urg.es/termo/lecciones08.pdf  http://www.idoub.com.es/mobible/doc

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