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El número de Componentes de un sistema fisicoquímico es el menor número de sustancias en función de las cuales se puede describir separadamente la composición de cada una de sus fases. Es siempre igual o menor que el número de sustancias que forman el sistema.’Consideremos los siguientes ejemplos:

En un sistema formado por hielo, agua líquida y vapor, la composición de cada una de las tres fases puede expresarse en función de una sola sustancia, el agua. Luego el sistema es de un sólo componente.

Ejemplos de Componentes de un sistema fisicoquímico:

  • Considérese un sistema cuyas fases son los líquidos inmiscibles mercurio, tetracloruro de carbono y agua, y la fase común de vapor. El número de componentes que deben especificarse para describir la composición de cada una de las fases es tres, ya que cada sustancia líquida inmiscible constituye una especie molecular independiente de las demás, y en la fase gaseosa común están presentes las mismas tres sustancias.
  • Considérese un sistema monofásico gaseoso formado por nitrógeno, oxígeno, dióxido de carbono, argón, trióxido de azufre y vapor de agua. El número de componentes es seis, ya que la composición de la fase solamente se puede expresar considerando las seis especies moleculares independientes que la integran.
  • En el sistema: CaC03(g) o CaO(s) + CC>2(g), la composición de las diferentes fases puede representarse en función del carbonato y del óxido de calcio, de la manera siguiente:

    CaCo3: CaCo3+OCaO
    CaO: OCaCO3 + CaO
    CO2 : CaCO3 – CaO
                                                  
  • Como se puede observar, las tres fases se pueden describir separadamente utilizando sólo dos sustancias: CaCC>3 y CaO. También se pueden describir en función del CaO y del CO2, de la siguiente manera:

    CaCO3 : CaO + CO2
    CaO : CaO + OCO2
    CO2 : OCaO + CO2

Propiedades y Variables de un sistema

Las propiedades de un sistema pueden ser extensivas o intensivas:

Propiedades extensivas Son las que dependen de la cantidad de sustancia del sistema, por ejemplo, la masa total, el volumen y la energía, así como de dos de las tres variables P, V, T y del número n de moles de la sustancia.

Propiedades intensivas Son aquellas que dependen de la naturaleza de la sustancia, por ejemplo, la densidad, presión, temperatura, concentración, entropía molar, índice de refracción y otras; de dos de las tres variables P, V, T y del número n de moles de la sustancia.

A las magnitudes físicas cuyos valores definen el estado de un sistema se les llama variables de estado, y al conjunto de valores de esas variables se le denomina estado del sistema. El estado de un sistema lo podemos indicar, por ejemplo, de la siguiente manera:

Entidad o especie química (agua) -> H2O(g) (Estado físico gaseoso)

Volumen -> V = 22.4 l
Temperatura -> T = 273 °K
Presión -> P = 1 atm
Cantidad de sustancia -> n = 1 mol

Al relacionar estas variables a través de una ecuación matemática se forma lo que se conoce con el nombre de ecuación de estado:

PV = nRT

Donde R es una constante cuyo valor es igual a 0,0821 (l atm/°K mol).

Cambios de Estado:

Si a un sistema definido por un conjunto de valores para las variables de estado, en el estado 1 se le modifica el valor de una o más variables, sin alterar su composición química ni experimentar cambios de fase, el sistema pasa a un estado II, distinto al original. En estas condiciones se dice que se ha operado un cambio de estado. Consideremos los siguientes ejemplos:

Estado IEstado II
H2O(l)H2O(l)
V= 100cc
T= 20°C
P= 1 atm
V= 100cc
T= 25°C
P= 1 atm
b)
Estado IEstado II
H2O(l)H2O(l)
V= 50cc
T= 300°K
P= 760 mmHg
V= 50cc
T= 300°K
P= 1520 mmHg
a)

En el caso a) se ha operado un cambio de estado, ya que se modificó el valor de la temperatura, sin alterar la composición química ni experimentar cambios de fase.

En el caso b) se ha operado también un cambio de estado, ya que se alteró el valor de la presión sin alterar la composición química ni experimentar cambios de fase.

Cambios de fase

Si a un sistema definido por un conjunto de valores para las variables de estado, en el estado I se le modifica el valor de una o más variables, de manera tal que se produzca la ruptura o la formación de enlaces intermoleculares en el estado II, sin alterar la composición química de las sustancias, se dice que se ha producido un cambio de fase. Por ejemplo:

Estado IEstado II
H2O(l)H2O(l)
n= 1 mol
T= 20°C
P= 1 atm
n= 1 mol
T= 100°C
P= 1 atm

En este caso se ha operado un cambio de estado, ya que se modificó el valor de la temperatura; y un cambio de fase, ya que al modificar la temperatura hasta 100°C el agua pasa de la fase líquida a la gaseosa sin alterar su composición química, es decir, conservando su identidad de H2O.

En general, todo cambio de fase implica un cambio de estado. Tanto el cambio de estado como el cambio de fase constituyen cambios físicos.

Cambios químicos:

Si a un sistema definido por un conjunto de valores para las variables de estado, en el estado 1 se le modifica el valor de una o más variables, de manera tal que se altere la composición química de las sustancias, se dice que se ha operado un cambio químico. Por ejemplo:

Estado IEstado II
2H2O2H2(g)+O2(g)
n= 2 mol
T= 25 °C
P= 1 atm
n= 3 mol
T= 250 °C
P= 1 atm

Como se puede observar, al descomponerse el agua pierde su identidad y se transforma en los gases hidrógeno y oxígeno. En este caso se ha operado un cambio de estado, un cambio de fase y un cambio químico.

En todo cambio químico las sustancias pierden su identidad y se transforman en otras sustancias diferentes. Normalmente los cambios químicos van acompañados por cambios físicos.

Ahora que conocemos las componentes de un sistema fisicoquímico, sus propiedades y variables es importante que estudiemos ahora la energía asociada a los cambios de fase en los sistemas fisicoquímicos: https://www.dragiinfo.com/energia-asociada-a-los-cambios-de-fase/

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