fase, en la termodinámica, una cantidad de materia química y físicamente uniforme o homogénea que se puede separar mecánicamente de una mezcla no homogénea y que puede consistir en una sola sustancia o una mezcla de sustancias. Las tres fases fundamentales de la materia son sólidas, líquidas y de gas (vapor), pero se considera que otras existen, incluidas fases cristalinas, coloidales, vidriosa, amorfas y plasmática. Cuando una fase en una forma se altera a otra forma, se dice que se ha producido un cambio de fase.
Un sistema es una parte del universo que se ha elegido para estudiar los cambios que tienen lugar dentro de él en respuesta a diferentes condiciones. Un sistema puede ser complejo, como un planeta, o relativamente simple, como el líquido dentro de un vidrio. Esas porciones de un sistema que son físicamente distintas y mecánicamente separables de otras porciones del sistema se denominan fases.
Las fases dentro de un sistema existen en estado gaseoso, líquido o sólido. Los sólidos se caracterizan por un fuerte enlace atómico y alta viscosidad, lo que resulta en una forma rígida. La mayoría de los sólidos son cristalinos, en la medida en que tienen una disposición atómica periódica tridimensional; Algunos sólidos (como el vidrio) carecen de esta disposición periódica y no son cristalinos o amorfos. Los gases consisten en átomos débilmente unidos sin periodicidad de largo alcance; Los gases se expanden para llenar cualquier espacio disponible. Los líquidos tienen propiedades intermedias entre las de los sólidos y los gases. Las moléculas de un líquido se condensan como las de un sólido. Los líquidos tienen un volumen definitivo, pero su baja viscosidad les permite cambiar la forma en función del tiempo. La materia dentro de un sistema puede consistir en más de una fase sólida o líquida, pero un sistema puede contener una sola fase gaseosa, que debe ser de composición homogénea porque las moléculas de gases se mezclan completamente en todas las proporciones.
Los sistemas responden a los cambios en la presión, la temperatura y la composición química, y, como sucede, las fases pueden crearse, eliminarse o alterarse en la composición. Por ejemplo, un aumento en la presión puede hacer que un líquido de baja densidad se convierta en un sólido más denso, mientras que un aumento en la temperatura puede hacer que un sólido se derrita. Un cambio de composición podría dar lugar a la modificación de composición de una fase preexistente o en la ganancia o pérdida de una fase.
La clasificación y las limitaciones de los cambios de fase se describen mediante la regla de fase, según lo propuesto por el químico estadounidense J. Willard Gibbs en 1876 y se basa en una relación termodinámica rigurosa. La regla de fase se da comúnmente en la forma P + F = C + 2. El término P se refiere al número de fases que están presentes dentro del sistema, y C es el número mínimo de componentes químicos independientes que son necesarios para describir la composición de todas las fases dentro del sistema. El término F, llamado varianza, o grados de libertad, describe el número mínimo de variables que deben fijarse para definir una condición particular del sistema.
Las relaciones de fase se describen comúnmente gráficamente en términos de diagramas de fase (ver Figura 1). Cada punto dentro del diagrama indica una combinación particular de presión y temperatura, así como la fase o fases que existen de manera estable a esta presión y temperatura. Todas las fases en la Figura 1 tienen la misma composición: la de dióxido de silicio, SiO2. El diagrama es una representación de un sistema de un componente (unario), en contraste con un sistema de dos componentes (binario), tres componentes (ternary) o cuatro componentes (cuaternarios). Las fases de coesita, cuarzo bajo, cuarzo alto, tridimita y cristobalita son fases sólidas compuestas de dióxido de silicio; Cada uno tiene su propia disposición atómica y un conjunto distintivo de propiedades físicas y químicas. La forma más común de cuarzo (que se encuentra en las arenas y granitos de playa) es un cuarto de cuarzo bajo. La región etiquetada con fusión anhidra consiste en líquido de dióxido de silicio.
¿Qué son las fases ejemplo?
En esta sección, presentaremos varios sistemas que exhiben fenómenos de fase.
Hemos discutido las fases sólidas, líquidas y gaseosas de la materia ordinaria. Resulta que otras configuraciones de moléculas son posibles, correspondientes a fases novedosas. Los sólidos amorfos, o anteojos, son una fase sólida en términos de comportamiento mecánico, pero carecen del orden estructural de un sólido ordinario («cristalino»), de modo que la disposición de los átomos dentro de ellos se asemeja a un líquido. Los cristales líquidos son otra fase intermedia entre sólidos y líquidos; Las moléculas de dicha sustancia tienen una orientación ordenada y, en algunos casos, (es decir, para cristales líquidos smécticos) incluso una posición ordenada en una dirección, pero son libres de fluir entre sí. Los cristales líquidos son líquidos en el sentido mecánico, pero tienen características estructurales que normalmente se ven en sólidos.
En muchos materiales, en realidad hay una variedad de fases sólidas, cada una correspondiente a una estructura cristalina única. Estas variables fases cristalinas de la misma sustancia se denominan «alotropas» si cambia el enlace intramolecular o «polimorfos» si solo cambia la unión intermolecular. Por ejemplo, hay al menos nueve polimorfos diferentes de hielo que se manifiestan bajo diferentes condiciones de temperatura y presión. Para tomar otro ejemplo, el diamante y el grafito son alotropas de carbono. El grafito está compuesto por capas de átomos de carbono dispuestos hexagonalmente, en los que cada átomo de carbono está fuertemente unido a tres átomos vecinos en la misma capa y está débilmente unido a átomos en las capas vecinas. Por el contrario, en el diamante, cada átomo de carbono está fuertemente unido a cuatro átomos de carbono vecinos en una matriz cúbica de diamante, con unión tetraédrica. Las estructuras cristalinas únicas de grafito y diamante son responsables de las propiedades muy diferentes de estos dos materiales.
En una fase gaseosa ordinaria, los electrones están bien unidos a los núcleos atómicos. En contraste, en la fase plasmática se disocian los átomos, es decir, los electrones se separan de los núcleos atómicos. Esta disociación, o ionización, ocurre abruptamente al elevar la temperatura y reducir la presión, y así muestra los sellos distintivos de una transición de fase.
¿Cuáles son las tres fases de la materia?
Cada uno de los cinco estados de la materia constituye colectivamente todas las «cosas» que se encuentran en el universo: todo lo que ocupa el espacio y tiene masa es la materia.
Toda la materia se compone de las actividades, que a su vez están formadas por protones, neutrones y electrones.
Los átomos se unen para formar moléculas, que son los componentes básicos para todo tipo de materia, según la Universidad Estatal de Towashington (se abre en la nueva pestaña). Tanto los átomos como las moléculas se mantienen unidas por una forma de energía potencial llamada energía química. A diferencia de la energía quinética, que es la energía de un objeto en movimiento, la energía potencial es la energía almacenada en un objeto.
Hay cuatro estados naturales de la materia: sólidos, líquidos, gases y plasma. El quinto estado son los condensados de Bose-Einstein artificiales.
En Asolid, las partículas se empacan firmemente para que no se muevan mucho. Los electrones de cada átomo están constantemente en movimiento, por lo que los átomos tienen una pequeña vibración, pero se fijan en su posición. Debido a esto, las partículas en un sólido tienen una energía cinética muy baja.
Los sólidos tienen una forma definitiva, así como masa y volumen, y no se ajustan a la forma del contenedor en el que se colocan. Los sólidos también tienen una alta densidad, lo que significa que las partículas están bien empacadas.
En un líquido, las partículas están empacadas más libremente que en un sólido y pueden fluir entre sí, dando al líquido una forma indefinida. Por lo tanto, el líquido se ajustará a la forma de su recipiente.
¿Cuáles son las tres fases principales de la materia?
Las tres fases comunes (o estados) de la materia son gases, líquidos y sólidos. Los gases tienen la densidad más baja de los tres, son altamente compresibles y llenan completamente cualquier recipiente en el que se coloquen. Los gases se comportan de esta manera porque sus fuerzas intermoleculares son relativamente débiles, por lo que sus moléculas se mueven constantemente independientemente de las otras moléculas presentes. Los sólidos, en contraste, son relativamente densos, rígidos e incompresibles porque sus fuerzas intermoleculares son tan fuertes que las moléculas están esencialmente bloqueadas en su lugar. Los líquidos son relativamente densos e incompresibles, como los sólidos, pero fluyen fácilmente para adaptarse a la forma de sus contenedores, como los gases. Por lo tanto, podemos concluir que la suma de las fuerzas intermoleculares en los líquidos está entre las de los gases y los sólidos. La figura ( PageIndex {1} ) compara los tres estados de la materia e ilustra las diferencias a nivel molecular.
El estado de una sustancia dada depende en gran medida de las condiciones. Por ejemplo, H2O se encuentra comúnmente en los tres estados: hielo sólido, agua líquida y vapor de agua (su forma gaseosa). En la mayoría de las condiciones, encontramos agua como el líquido que es esencial para la vida; Lo bebemos, cocinamos con él y nos bañamos. Cuando la temperatura es lo suficientemente fría como para transformar el líquido en hielo, podemos esquiar o patinar sobre ella, empacarla en una bola de nieve o cono de nieve e incluso construir viviendas con ella. Vapor de agua (el término vapor se refiere a la forma gaseosa de una sustancia que es un líquido o un sólido en condiciones normales, por lo que el nitrógeno (N2) y el oxígeno (O2) se denominan gases, pero el agua gaseosa en la atmósfera se llama vapor de agua ) es un componente del aire que respiramos, y se produce cada vez que calentamos agua para cocinar alimentos o preparar café o té. El vapor de agua a temperaturas superiores a 100 ° C se llama vapor. El vapor se utiliza para conducir maquinaria grande, incluidas las turbinas que generan electricidad. Las propiedades de los tres estados de agua se resumen en la Tabla 10.1.
La estructura geométrica y las propiedades físicas y químicas de los átomos, iones y moléculas generalmente no dependen de su estado físico; Las moléculas de agua individuales en hielo, agua líquida y vapor, por ejemplo, son idénticas. En contraste, las propiedades macroscópicas de una sustancia dependen en gran medida de su estado físico, que está determinado por fuerzas y condiciones intermoleculares como la temperatura y la presión.
La figura ( PageIndex {2} ) muestra las ubicaciones en la tabla periódica de esos elementos que se encuentran comúnmente en los estados gaseosos, líquidos y sólidos. A excepción del hidrógeno, los elementos que ocurren naturalmente ya que los gases están en el lado derecho de la tabla periódica. De estos, todos los gases nobles (Grupo 18) son gases monatómicos, mientras que los otros elementos gaseosos son moléculas diatómicas (H2, N2, O2, F2 y CL2). El oxígeno también puede formar una segunda alotropa, el ozono de la molécula triatómica altamente reactiva (O3), que también es un gas. En contraste, el bromo (como BR2) y el mercurio (Hg) son líquidos en condiciones normales (25 ° C y 1.0 atm, comúnmente denominados «temperatura y presión ambiente»). Gallium (GA), que se derrite a solo 29.76 ° C, se puede convertir a un líquido simplemente sosteniendo un recipiente en la mano o manteniéndolo en una habitación no acondicionada en un día de verano caluroso. El resto de los elementos son todos sólidos en condiciones normales.
¿Cuántas son las fases de la materia?
Preguntas y metas de enfoque 1) ¿Qué es la materia? 2) ¿Nombre las tres fases (estados) de la materia? 3) Identifique y describa la partícula en cada fase de la materia y cómo son diferentes en cada fase de la materia.
Acerca de la materia es algo que tiene masa y volumen (ocupa espacio). La materia se puede encontrar en varias fases o estados. Las tres fases más comunes de la materia en la Tierra son sólidos, líquidos y gases. Con menos frecuencia, también podemos encontrar materia como plasma o condensado Bose-Einstein (BE).
Los sólidos tienen una forma y volumen fijos. Las partículas de un sólido se empacan de cerca. No hay mucho espacio entre las partículas y hay poco movimiento de partículas. Un sólido no se comprime fácilmente.
Los líquidos tienen un volumen fijo, pero tome la forma del recipiente en el que se sientan. No hay mucho espacio entre las partículas, pero pueden deslizarse entre sí y fluir fácilmente. Un líquido no se comprime fácilmente.
El gas llena la forma y el volumen del recipiente en el que se sienta. Hay mucho espacio libre entre sus partículas y fluyen fácilmente pasando entre sí. El gas se puede comprimir.
Estos son estados físicos de las moléculas de la materia. Las moléculas pueden cambiar de un estado físico a otro sin cambiar su estructura molecular (o estado químico). El agua sigue siendo H20 cuando es hielo, vapor o líquido, aunque su estado físico ha cambiado. Los estados físicos se pueden cambiar agregando energía (es decir, aumentando la temperatura o presión) o liberando energía (es decir, la presión de enfriamiento o disminución). Esto no cambia la estructura molecular del asunto. Sigue siendo el mismo asunto o sustancia. Cuando calienta una sustancia, le está agregando energía. El movimiento de sus moléculas aumentará hasta que cambie su estado físico. Las seis formas de cambiar la fase (estado) de la materia: 1) La fusión cambia un sólido a un líquido. (es decir, goteando carámbanos) 2) El congelamiento cambia un líquido a un sólido. (es decir, la congelación del lago) 3) La evaporación cambia un líquido a un gas. (es decir, la ropa que se seca en un tendedero) 4) La condensación cambia un gas a líquido. (es decir, agua que se forma en el exterior de un vidrio frío) 5) La sublimación cambia un sólido a un gas. (es decir, cubitos de hielo que se encogen en el congelador) 6) La deposición cambia un gas a un sólido. (es decir, Frost se forman en las ventanas)
¿Qué es un sistema y fase?
Una fase es un estado distinto y homogéneo de un sistema sin límites visibles que lo separa en partes.
El agua, ( ce {H2O} ), es una sustancia tan común que sus fases de gas (vapor), líquido (agua) y sólido (hielo) son ampliamente conocidos. Una mezcla de agua helada tiene dos fases, al igual que los sistemas que contienen hielo y vapor, y agua y vapor. Reconocer el sistema de vapor en estos sistemas puede requerir una observación aguda, porque el vapor generalmente se combina con el aire, y no se detecta directamente.
Probablemente también sepa que pueden existir varios sólidos para una sustancia, y cada una de las formas sólidas también se llama fase. El diamante y el grafito son los ejemplos más citados; Ambos son de carbono sólido, pero tienen diferentes formas de cristal, colores y estructuras. Representan dos fases diferentes de carbono. El hielo es otro ejemplo, menos de 1 atm, el hielo tiene simetría hexagonal, mientras que el hielo cúbico se forma a alta presión. De hecho, hay al menos ocho tipos diferentes de hielo, cada uno es una fase sólida.
Cuando mezcla agua y alcohol, independientemente de las cantidades relativas que use, son totalmente miscibles. La mezcla resultante tiene solo una fase (una solución). Sin embargo, el agua y el aceite son normalmente inmiscibles, y su límite de separación es visible; Forman un sistema de dos fases. A veces no puede «ver» el límite, y necesitará un razonamiento científico para realizar el número de fases presentes en el sistema.
Bueno, hay tanto concepto empacado en un término que no podemos hacer que la definición sea más simple para usted. Sin embargo, el término es útil porque puede usarse para explicar muchos fenómenos. No hay sustituto para ello. Aprenda y úselo para explicar los cambios físicos.
¿Qué es sistema y fase?
Dejado al equilibrio, muchas composiciones formarán una fase única uniforme, pero dependiendo de la temperatura y la presión, incluso una sola sustancia puede separarse en dos o más fases distintas. Dentro de cada fase, las propiedades son uniformes, pero entre las dos fases las propiedades difieren.
El agua en un frasco cerrado con un espacio de aire sobre él forma un sistema de dos fases. La mayor parte del agua está en la fase líquida, donde se mantiene por la atracción mutua de las moléculas de agua. Incluso en las moléculas de equilibrio están constantemente en movimiento y, de vez en cuando, una molécula en la fase líquida gana suficiente energía cinética para separarse de la fase líquida y ingresar a la fase gaseosa. Del mismo modo, de vez en cuando una molécula de vapor choca con la superficie del líquido y se condensa en el líquido. En equilibrio, la evaporación y la condensación procesan exactamente el equilibrio y no hay un cambio neto en el volumen de ninguna de las fase.
A temperatura ambiente y presión, el frasco de agua alcanza el equilibrio cuando el aire sobre el agua tiene una humedad de aproximadamente el 3%. Este porcentaje aumenta a medida que aumenta la temperatura. A 100 ° C y presión atmosférica, no se alcanza el equilibrio hasta que el aire sea 100% de agua. Si el líquido se calienta un poco más de 100 ° C, la transición del líquido al gas ocurrirá no solo en la superficie sino en todo el volumen del líquido: el agua hierve.
Para una composición dada, solo ciertas fases son posibles a una temperatura y presión dadas. El número y el tipo de fases que se formarán es difícil de predecir y generalmente se determina por el experimento. Los resultados de tales experimentos se pueden trazar en diagramas de fase.
El diagrama de fase que se muestra aquí es para un solo sistema de componentes. En este sistema simple, las fases que son posibles dependen solo de la presión y la temperatura. Las marcas muestran puntos en los que dos o más fases pueden coexistir en equilibrio. A temperaturas y presiones lejos de las marcas, solo habrá una fase en equilibrio.
¿Qué es una fase ejemplos?
Un sistema homogéneo es siempre monofásico (es decir, que consiste en una sola fase), mientras que un sistema heterogéneo es generalmente polifásico o multifative (es decir, que consiste en varias fases). Un sistema compuesto por sustancias aeriformes siempre tiene una sola fase.
El concepto de fase no corresponde al concepto de estado de agregación, por lo tanto, cuando se trata de la fase sólida, la fase líquida o la fase gaseosa especifica el estado de agregación que caracteriza una fase particular del sistema, pero dentro del mismo sistema pueden ser Por ejemplo, estaban presentes más fases líquidas o más sólidas.
En un diagrama de fase, las líneas están representadas; Estas líneas delimitan las áreas de dos dimensiones y la intersección de dos o más líneas tiene lugar en los puntos del diagrama. Cada uno de estos lugares geométricos en el diagrama tiene un significado preciso; En particular, en el caso de un diagrama P-T:
- Los puntos que están dentro de las dos áreas dimensionales corresponden a condiciones de temperatura y presión para las cuales el sistema consiste en una sola fase;
- Los puntos que están en una sola línea corresponden a condiciones de temperatura y presión para las cuales el sistema consta de dos fases;
- Los puntos identificados por la intersección de dos líneas corresponden a condiciones de temperatura y presión para las cuales el sistema consta de tres fases.
El diagrama de fase también se llama «diagrama de estado» ya que cada punto del diagrama corresponde a un estado termodinámico particular.
Artículos Relacionados:
