El documento describe las propiedades de las sustancias puras y los diferentes estados de equilibrio de una sustancia. Explica que una sustancia pura tiene una composición química homogénea e invariante y puede presentarse en fases sólida, líquida o gaseosa. Los estados de equilibrio de una sustancia se pueden representar en un diagrama de presión, volumen y temperatura donde se muestran las diferentes regiones monofásicas y bifásicas. También define conceptos como línea de saturación, punto crítico, estado triple y propied

1. TEMA 2
SUSTANCIA PURAS

2. Sustancia Pura
Es toda sustancia que tiene su composición química homogénea e
invariante
Ejemplo: el agua, el nitrógeno, el oxígeno, el amoníaco y muchos mas.
La sustancia pura puede presentarse en distintas fases: sólido, líquido y
gaseosa. Dependiendo de los valores de presión y temperatura una
sustancia puede estar como sólido, líquido o vapor o presentarse en dos o
tres fases a la vez.

3. Equilibrio de fase
Los estados de equilibrio de una sustancia simple compresible pueden
representarse como una superficie en un espacio tridimensional
•Las fases sólida, líquida y gaseosa
(vapor) aparecen sobre la superficie como
regiones.
•El estado en esas regiones monofásicas
se especifica mediante los valores de dos
cualesquiera de las tres propiedades P, v
yT.
•Regiones monofásicas están separadas,
en la superficie, por regiones bifásicas
que representan los cambios de fase.
•Cualquier estado representado por un
punto sobre la línea de separación de una
región monofásica de otra bif

4. •La línea curva que separa la región
líquida de la región líquido-vapor, línea
a-m-c, se conoce como línea de líquido
saturado.
•Los estados representados sobre la curva
c-n-b son estados de vapor saturado.
•El punto donde las líneas de líquido
saturado y de vapor saturado se juntan se
llama punto crítico. Las tres propiedades
de interés
Pc, Vc,Tc.
(Una sustancia cuya temperatura sea
mayor que su temperatura crítica no será
capaz de condensar a la fase líquida,
independientemente de cuán alta sea la
presión que se ejerce sobre ella.)

5. •Otro estado único de la materia. Está
representado por la línea paralela al plano Pv
y señalado como estado triple.
•Como el término implica, en este estado
coexisten en equilibrio las tres fases. El
estado triple, o punto triple en esta figura
corresponde al equilibrio entre un sólido
(estado d ), un líquido (estado a) y un gas
(estado b).

6. •Las superficies sólido-líquido y sólido-
vapor de se muestran como la curva de
fusión (o curva de congelación) y la curva
de sublimación, respectivamente.
•La línea a trazos representa la curva de
fusión (congelación) de una sustancia que,
como el agua, se expansiona al
congelarse.
•Mientras que las regiones bifásicas
aparecen como líneas en un diagrama PT,
las regiones monofásicas lo hacen como
áreas.

7. Un estado representado por un punto en la región líquido-vapor (región
húmeda), tal como el x, es una mezcla de líquido y vapor saturados.
Se observa que durante la evaporación la P y T son ctes pero el v
aumenta.
X se denomina “Calidad”
X = mg/ (mg +mf)
X= 0 % X= 100 %

8. Propiedades independientes de una sustancia pura
Es una razón importante para introducir el concepto de una sustancia
pura es que el estado de una sustancia pura, comprensible, simple (es
decir una sustancia pura en ausencia de movimiento, gravedad y efectos
de superficie, magnéticos o eléctricos) se define por dos propiedades
independientes. Por ejemplo, si se especifican la temperatura y el volumen
especifico del vapor sobrecalentado, se determina el estado del vapor
Para comprender la importancia del término propiedad independiente,
considérese los estados de líquido saturado y vapor saturado de una
sustancia pura. Estos dos estados tienen la misma presión y la misma
temperatura, pero definitivamente no son el mismo estado. Por lo tanto, en
un estado de saturación, la presión y la temperatura no son propiedades
independientes. Para especificar el estado de saturación de una sustancia
pura se requieren dos propiedades independientes como la presión y el
volumen específico, o la presión y la calidad

9. Para una masa de control difásica, la calidad varía desde 0, cuando la masada
control está compuesta únicamente de líquido saturado, hasta 1, cuando está
constituida únicamente por vapor saturado. Con frecuencia, la calidad también se
expresa como un porcentaje. Obsérvese que la calidad sólo está definida para la
mezcla difásica constituida por líquido y vapor. El volumen del sistema a lo largo
de la línea difásica es: V= Vliq+ Vvap Si consideramos una masa m que tiene una
calidad x. La expresión anterior definirá el volumen o sea la suma del volumen del
líquido y el volumen del vapor. En términos de la masa, la ecuación anterior se
puede escribir en la forma mv = m liq v liq + m vap v vap. Ya se había definido v f,
para referirnos al volumen especifico del liquido saturado y v g , para el volumen
especifico del vapor saturado, ahora bien la diferencia entre estos dos v g - v f ,
representa el incremento en volumen especifico cuando el estado cambia de
liquido saturado a vapor saturado y de identifica como v fg

10. Ecuaciones de estado para la fase vapor
A partir de observaciones experimentales se ha establecido que el
comportamiento, según las propiedades P, v y T, de gases a baja densidad,
esta representado muy aproximadamente por la siguiente ecuación de estado.
Pv = Rg
Ten donde, Rg= Ru/M.en que Rg
del gas, M el peso molecular y Ru
es la constante universal de logases. El valor de Ru depende de las unidades
elegidas para P, v y T. Los valores que se usarán más frecuencia en
este texto son:
Ru= 848 kgfm/kgmol ºK = 1545 pies lbf/lbmol ºR = 1.987 Btu/lbmol ºR
Es cuando el Número de mach es mayor que " 0.3" por lo cual se
presenten variaciones apreciables de densidad. Cuando ocurre lo anterior
quiere decir que las variaciones de las presiones y temperaturas también son
significativas. Esas grandes variaciones de temperatura implica que las
ecuaciones de la energía siguientes no se pueden despreciar:

11. Estas ecuaciones se resuelven simultáneamente para obtener las
cuatro incógnitas siguientes:
1.- Presión
2.- Densidad
3.- Temperatura
4.- Velocidad

12. Superficie Termodinámica
El tema que se trata en este capítulo se puede resumir adecuadamente al
considerar una superficie de presión volumétrica especifico - temperatura. En
la imagen se muestra una sustancia como el agua donde el volumen especifico
disminuye durante la congelación, y en otra el proceso contrario, donde el
volumen aumenta durante el proceso de congelación.
En estos diagramas la presión, el volumen especifico y la temperatura se
grafican sobre coordenadas mutuamente perpendiculares y así, cada posible
estado de equilibrio está representado por un punto sobre la superficie.