¿Qué es el equilibrio de fase? ¿Cuáles son algunos ejemplos?

La palabra equilibrio de fase representa, cuando dos o más fases de un sistema dado están en equilibrio entre sí. Aquí el sistema podría ser un sistema líquido, un sistema de vapor o un sistema sólido.

La siguiente imagen representa el diagrama de fase del agua. He descargado esta imagen de las imágenes de Google. El sistema tiene tres fases asociadas y la presencia de cada fase es dominante para una temperatura y presión específicas. Si viajamos a lo largo de la curva OA, habrá dos fases presentes a lo largo de esta curva, como líquido y gas. Mientras estemos en esta curva OA, veremos la presencia de fases líquida y gaseosa simultáneamente. Las temperaturas y presiones correspondientes se pueden extraer de la imagen. Para estos valores de temperatura y presión, es común decir que las fases líquida y sólida del agua están en equilibrio entre sí termodinámicamente. A medida que nos desviamos de la curva hacia la derecha, terminaremos con solo una fase y es gas. De manera similar, a medida que nos desviamos de la curva hacia la izquierda, terminaremos solo con la fase líquida. Se puede aplicar un tipo similar de explicación a las curvas OB y ​​OC, con cambios en sus respectivas fases.

En el punto ‘O’, las tres fases del sistema están en equilibrio entre sí. En otras palabras, habrá una temperatura y presión particulares a las cuales las tres fases del sistema de agua estarán presentes y en equilibrio entre sí.

Por lo tanto, el equilibrio de fase para un sistema de agua representa un punto o una línea en el diagrama de fase (TP) donde dos o más fases del sistema dado estarán en equilibrio termodinámico entre sí.

Sin embargo, hay sistemas sólidos en los que hay más de una fase presente. La situación en el caso de los sólidos es poco complicada, donde el diagrama TP habitual se reemplaza por el diagrama de composición X y temperatura T. Dado que la mayoría de los sólidos usualmente contienen más de un elemento, aquí ‘X’ representa la composición de un elemento con respecto a los demás. El diagrama de fase en sólidos se produce generalmente a presión constante, es decir, 1 atm. El siguiente diagrama de fase es para el carburo de hierro-hierro y consta de muchas fases cristalinas para la composición dada de carbono en matriz de hierro. Nuevamente esta imagen fue descargada de Google

El diagrama de fases se traza como composición de carbono en hierro versus temperatura a 1 atm de presión. Podemos ver aquí varias fases sólidas presentes en el diagrama y cada línea representa una línea de equilibrio donde se presentan las fases correspondientes. Por ejemplo, a 912 ° C de temperatura, el hierro se transforma de BCC a estructura de FCC. De manera similar, la línea de equilibrio de fase en 727C representa la línea en la que la fase [matemática] \ gamma + Fe_ {3} C [/ matemática] está en equilibrio con la fase [matemática] \ alfa + Fe_ {3} C [/ matemática] , y ambas fases están presentes en esa línea para casi todas las composiciones de carbono en matriz de hierro.

Extendería las otras publicaciones con esto:

Una sustancia está en “fase equilbrio” cuando está presente más de una fase de una sustancia (sólido, líquido, gaseoso) * y * la cantidad de material en cada fase no cambia.

El agua es un buen ejemplo porque ocurre en la vida real y es fácil de entender. Imagine la coexistencia de formas sólidas y de vapor de agua en un compartimento congelador (sin descongelación automática) que no se ha abierto en mucho tiempo. En un recipiente cerrado de agua, las fases de vapor y líquido llegan rápidamente al equilibrio siempre que la temperatura y la presión del aire sean constantes.

Hay un punto “triple” para el agua en el que pueden estar presentes hielo, líquido y vapor: Punto triple – Wikipedia. Esta es una temperatura y presión específicas. El artículo de Wikipedia describe este punto para el agua, el mercurio, el dióxido de carbono y muchos más.

Tenga en cuenta también que el diagrama de fase fría allí tiene líneas entre las fases. Estos son puntos de equilibrio de fase (temperatura y presión). Y, aún más emocionante, muestra que las diversas fases del hielo (sí, hay múltiples formas) son estables en diferentes condiciones. ¡La presión importa mucho!

Sin embargo, el equilibrio no significa que no haya cambios. Equilbrium es dinámico. En el congelador, parte del hielo se sublimará y parte del vapor se condensará a la forma sólida, dando la “escarcha” a los lados del congelador.

En el recipiente cerrado, el agua se evapora y se condensa continuamente, pero solo podemos verla en las perlas de agua o condensación que pueden aparecer en el interior del recipiente.

Otro hecho interesante sobre el diagrama: el “punto crítico” a la derecha muestra la temperatura y la presión donde las fases líquida y de vapor se “fusionan”. En ese lugar, uno puede pensar en un gas muy pensante o un líquido muy vaporoso. No hay diferencia en esta condición de alta presión y calor.

El equilibrio de fase se refiere al transporte de materia entre fases (sólido, líquido o gaseoso) del sistema sin conversión de una especie a otra. … La condensación implica la transición de un vapor a un líquido.

Los puntos triples marcan las condiciones en las que pueden coexistir tres fases diferentes. Por ejemplo, el diagrama de fase de agua tiene un punto triple que corresponde a la temperatura y presión únicas a las que el agua sólida, líquida y gaseosa puede coexistir en un equilibrio estable.

Fuente de las imágenes: Google Images.