Diagrammi di fase di sistemi ad un componente

Lo studio degli equilibri tra le fasi di un componente puro può essere effettuata determinando i campi di esistenza delle diverse fasi e le condizioni di equilibrio tra loro.  Riportando in un piano pressione e temperatura le relazioni relative agli equilibri:

– Sublimazione solido-vapore  Esempio: CO2 solida- CO2 gassosa

Evaporazione: equilibrio liquido-vapore  Esempio: acqua-vapore

– Fusione o equilibrio solido-liquido  Esempio: ghiaccio-acqua

Allotropia o equilibrio tra fasi cristalline differenti  Esempio: zolfo rombico-zolfo monoclino

si ottiene il diagramma di fase o diagramma di stato della sostanza. Le linee che in un diagramma di stato separano due regioni sono dette confini di fase. I punti che si trovano su tali linee corrispondono a condizioni termodinamiche (valori di Temperatura e Pressione) in cui si trovano in equilibrio dinamico due stati fisici.

 

Diagramma di stato dell’acqua

In figura viene riportato il diagramma di fase dell’acqua costruito da dati sperimentali pressione-temperatura nei tre stati di aggregazione della sostanza:

diagramma di fase dell'acqua

La curva 1 evidenzia le condizioni di pressione e temperatura in corrispondenza delle quali il solido si trova in punto equilibrio con il liquido. La curva mostra la variazione della temperatura di fusione del ghiaccio al variare della pressione. Va evidenziato che nelle maggior parte delle sostanze esibiscono una pendenza positiva della curva, mentre, nel caso dell’acqua si ha una pendenza negativa. Tale pendenza implica che all’aumentare della pressione la temperatura di fusione dell’acqua si abbassa ed è dovuta al fatto che l’acqua , al contrario della gran parte delle altre sostanze liquide quando congela aumenta di volume.

La curva 2 mostra le condizioni di pressione e temperatura in corrispondenza delle quali il liquido si trova in equilibrio con il proprio vapore.

La curva 3 mostra le condizioni di pressione e di temperatura in corrispondenza delle quali il solido si trova in equilibrio con il proprio vapore.

Il punto A prende il nome di punto triplo in quanto coesistono la fase solida, la fase liquida e la fase gassosa in equilibrio dinamico. Il punto triplo è caratterizzato da un unico valore di temperatura e pressione che per l’acqua sono rispettivamente 0.01 °C e 4.58 mm Hg.  In tale punto la tensione di vapore del solido è uguale alla tensione di vapore del liquido. Poiché il punto triplo è il punto più basso della regione in cui una sostanza esiste allo stato liquido, esso segna la pressione al di sotto della quale uno sostanza non può esistere allo stato liquido, qualunque sia la sua temperatura. Così se in una fredda e asciutta mattinata d’inverno la pressione parziale di vapore è inferiore a 4,6 mm di Hg e la temperatura scende sotto 0,01°C il vapore può trasformarsi direttamente in ghiaccio (brina) senza passare allo stato liquido.

Il punto B rappresenta il normale punto di fusione del ghiaccio; il punto C rappresenta il naormale punto di ebollizione dell’acqua essendo l’intersezione della curva 1 e 2 con l’ordinata di 1 atmosfera.

Il punto D rappresento il punto critico dell’acqua ( 374 °C e 218 atm), oltre il quale non può esistere l’equilibrio liquido-vapore, in quanto oltre la pressione critica l’acqua esiste solo allo stato gassoso.

Condividi
Avatar

Author: Chimicamo

Share This Post On