EQUILIBRIO SÓLIDO-VAPOR.CURVA DE SUBLIMACIÓN

El equilibrio sólido-vapor, es aquel que se establece directamente entre la fase sólida y la fase vapor, sin que ocurra primero la intermedia transición a fase líquida. Este equilibrio sólo es posible a condiciones de presión y temperatura, inferiores a las del punto triple. Este fenómeno no es muy común para la mayoría de las sustancias puras a condiciones ambiente; sin embargo, pueden citarse algunos ejemplos:

• En las zonas donde ocurre el invierno, se observan las nevadas. Como las temperaturas están por debajo de 0ºC (punto triple del agua), entonces el vapor de agua que está presente en la atmósfera como humedad, se deposita como cristales o copos de nieve.

• El hielo seco (nombre común para el dióxido de carbono sólido), se utiliza para refrigeración, ya que a presión atmosférica, su temperatura de sublimación es -78,5ºC. Por encima de esta temperatura, el sólido pasa a fase gaseosa, sin dejar ningún rastro de humedad. Como dato adicional de referencia, la presión de punto triple del CO2 es 5,2 atm, excepcionalmente alta en comparación con la mayoría de las sustancias puras (que suelen tener Ptriple << 1 atm). En el siguiente video, puede observarse el fenómeno:

• Las esferas de naftalina, se utilizan como pesticida en los hogares y tienen un olor característico. Su olor se siente porque el naftaleno sólido, tiene una presión de vapor apreciable incluso a temperatura ambiente. A medida que se vaporiza la naftalina, aumenta su concentración en el aire, y cumple su efecto debido a sus propiedades tóxicas.

Con respecto a los modelos matemáticos para esta curva de equilibrio, se parte de la ecuación de Clapeyon:

Como la sublimación sólo ocurre a presiones muy bajas, entonces aplican las consideraciones de Clausius (revisar esta entrada), obteniéndose ecuaciones análogas a las del equilibrio líquido-vapor a bajas presiones (la demostración matemática queda como ejercicio propuesto para el lector):

Por lo general, se escoge el punto triple como condición de referencia (Po, To). Puede consultar los valores de punto triple referidos por VaxaSoftware para varias sustancias puras:
http://www.vaxasoftware.com/doc_edu/qui/ptotriple.pdf 

Para finalizar, se muestra a continuación la curva de sublimación del CO2 en diferentes representacions gráficas, en un rango de temperaturas desde -118ºC hasta -56,6ºC (punto triple). Compárelas con las curvas de equilibrio líquido-vapor mostradas en publicaciones previas.

Figura 1. Curva de sublimación del CO2. Diagrama P (bar) - T (ºC)

Figura 2. Curva de sublimación del CO2. Diagrama Log (P/bar) vs. T (ºC)

Figura 3. Curva de sublimación del CO2. Diagrama Log (P/bar) vs 1/(T/K).

En la próxima publicación, se tratará sobre el equilibrio sólido-líquido y la curva de fusión. Recuerden que pueden suscribirse al blog, para recibir las notificaciones sobre nuevas publicaciones. ¡Saludos!