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Diagrama de fase

El diagrama de fase es un gráfico que representa las fases de una sustancia en función de la temperatura y la presión. El diagrama muestra las temperaturas de las transiciones de fase (puntos de fusión, de sublimación y de ebullición) a diferente presión.

Los diagramas de fase se usan para determinar el estado de la materia (sólido, líquido o gas) del agua, dadas ciertas condiciones de temperatura y presión. El gráfico muestra la temperatura en grados Celsius en el eje X y la presión en atmósferas en el eje Y, según ciertas condiciones de temperatura y presión. Cuando aumenta la temperatura también aumentan las posibilidades de que el agua se mueva de gas a líquido y de líquido a sólido, mientras que cuando aumenta la presión se produce el efecto contrario.

Figura 1: Diagrama de fase del agua. Los ejes de presión y temperatura no están a escala.

  • Punto triple: Punto en el que las tres fases coexisten en equilibrio. A una presión menor que el punto triple, el agua no puede existir en forma líquida, independientemente de la temperatura.
  • Punto de fusión: Temperatura a la que se derrite el hielo.
  • Punto de ebullición: Temperatura a la que se evapora el agua.
  • Presión crítica: Presión requerida para licuar un gas a su temperatura crítica.
  • Punto crítico: Temperatura y presión crítica de una sustancia. Más allá del punto crítico, las propiedades físicas del agua son intermedias, entre los estados gaseoso y líquido. Este estado se llama fluido supercrítico.

Podemos usar el diagrama de fase para identificar el estado físico de una sustancia bajo condiciones concretas de presión y temperatura. Por ejemplo, a 15 atm y -15 oC podemos observar que el agua existe en estado sólido.

El límite entre el sólido y el líquido sigue una curva negativa, lo que significa que el punto de fusión del hielo disminuye conforme aumenta la presión externa. En contraste, el límite entre líquido y gas sigue una curva positiva. Esto quiere decir que el punto de ebullición del agua aumenta conforme aumenta la presión externa.