Para explicar los fenómenos de equilibrio de fases, primero conviene definir qué es una fase, ya que este concepto suele confundirse con estado de agregación. Una fase, es una región con propiedades homogéneas, físicamente separada del resto de un sistema. En cambio, el estado de agregación de la materia, se refiere a la condición a la cual ésta se encuentra, según la naturaleza de sus enlaces: sólido, líquido, gas y plasma. Si bien existen muchas situaciones donde ambos conceptos coinciden, también hay otras que permiten apreciar su diferencia.
Por ejemplo, si se encuentra en la cocina, y decide hervir una olla con agua, podrá comprobar al cabo de cierto tiempo que el agua se encuentra tanto en estado líquido como estado gaseoso (más específicamente, vapor). Además, notará que hay una clara separación física entre el líquido y el vapor; por lo tanto, sería correcto decir que cada uno constituye una fase también. En ese caso, coincidieron los estados de agregación con las fases, ¿correcto?
Ahora, se puede plantear otro ejemplo dentro de la misma cocina. ¿Qué ocurriría si intenta mezclar en un mismo frasco, agua y aceite vegetal? En este caso, tanto el agua como el aceite se encontrarían en estado líquido. Sin embargo, notará con el tiempo que el agua se queda en el fondo del frasco, mientras que el aceite quedaría flotando encima del agua, estando separadas ambas sustancias. Por lo tanto, se tendrían dos fases: una fase acuosa y una fase orgánica. Si observa con más detalle, apreciará una especie de "línea" que sirve de "frontera" entre ambos líquidos. Esa región se conoce como interfase.
Una vez aclarado el concepto de fase, se puede definir que: dos fases coexisten en equilibrio, si y sólo sí se encuentran a igual presión, temperatura y fugacidad. Ésta última propiedad, no se abordará aquí. El concepto de equilibrio de fases, está asociado al de transición: una fase inicial se va transformando progresivamente en una nueva fase, debido a cambios en sus enlaces. A continuación, se muestra una lista de las transiciones de fases más comunes:
Existen otro tipo de transiciones, denominadas alotrópicas. Estas ocurren cuando una sustancia pura, se manifiesta como fases diferentes de un mismo estado de agregación. El azufre sólido, puede existir como un cristal rómbico o como un cristal monoclínico. El carbono sólido, se encuentra comúnmente como grafito, pero si se comprime a presiones muy elevadas, se transforma en diamante (es por esta razón, que debe excavarse a mucha profundidad para encontrar diamantes). Finalmente, se ha demostrado que dentro de un rango de condiciones muy extremas de presión y temperatura, el agua posee al menos 10 fases sólidas diferentes (la que conocemos a 1 atm y 0ºC, sería apenas "Hielo I").
a) Azufre rómbico b) Azufre monoclínico
c) Diamante y Grafito
Espero les sirva esta publicación. En la próxima entrada, se explicará con más detalle la relación entre las variables termodinámicas del equilibrio de fases. Recuerden que pueden dejar sus comentarios, así como descargar contenido de interés haciendo click en el ícono del libro.
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