Phase Diagrams: Triple Points, Critical Points and Supercritical Fluids

Summary

Los elementos existen en tres fases: sólido, líquido y gas. Los diagramas de fases permiten predecir la fase de un elemento según su temperatura y presión. En estos diagramas se encuentran dos puntos clave: el punto triple, donde las tres fases coexisten en equilibrio, y el punto crítico, donde el líquido y el gas se fusionan en un fluido supercrítico. Este fluido es útil para extraer sustancias, como la cafeína de los granos de café. Además, fenómenos como la opalescencia crítica, observada en sustancias cerca del punto crítico, ofrecen nuevas perspectivas científicas.

Takeaways

• 😀 Los elementos existen en tres fases: sólido, líquido y gas.
• 😀 Los diagramas de fase permiten predecir la fase de un elemento en función de la temperatura y la presión.
• 😀 Las líneas divisorias en los diagramas de fase indican procesos físicos como la fusión y la ebullición.
• 😀 El punto triple es el lugar donde las tres fases de una sustancia coexisten en equilibrio.
• 😀 El punto crítico marca el fin de la curva de equilibrio entre líquido y gas, más allá del cual forman un fluido supercrítico.
• 😀 Los fluidos supercríticos se comportan como un gas pero pueden disolver sustancias como los líquidos.
• 😀 Los fluidos supercríticos se utilizan para extraer una sustancia de otra, como en el proceso de decaffeinización del café.
• 😀 En los fluidos supercríticos, la presión se baja para convertirlos en gas, lo que hace que las partículas disueltas se precipiten y se puedan recolectar fácilmente.
• 😀 Los fluidos supercríticos tienen la ventaja de disolver más rápido que los líquidos normales debido a su capacidad de expandirse y llegar a lugares inaccesibles para los líquidos regulares.
• 😀 El CO2 supercrítico es utilizado en la descafeinización del café, extrayendo hasta un 95% de la cafeína sin afectar el sabor o la textura de los granos.
• 😀 La opalescencia crítica es un fenómeno observado cerca del punto crítico, donde las sustancias fluctuán rápidamente entre volúmenes líquidos y gaseosos, causando una apariencia turbia.
• 😀 Los científicos han observado la opalescencia crítica en helio líquido por primera vez, lo que sugiere que este fenómeno es universal.

Q & A

¿Cuáles son las tres fases principales de la materia?

Las tres fases principales de la materia son sólida, líquida y gaseosa.

¿Qué nos permiten predecir los diagramas de fases?

Los diagramas de fases permiten predecir la fase de un elemento en función de la temperatura y la presión de su entorno.

¿Qué ocurre en los límites de las fases en un diagrama de fases?

En los límites de las fases se producen procesos físicos como la fusión o ebullición, donde el elemento experimenta una fusión de fases, como cuando un cubo de hielo se derrite o el agua hierve.

¿Qué es el punto triple en un diagrama de fases?

El punto triple es la temperatura y presión en la que las tres fases de una sustancia pura (sólida, líquida y gaseosa) coexisten en equilibrio.

¿Cómo se comportan las partículas de una sustancia en el punto triple?

En el punto triple, las partículas de la sustancia están organizadas de forma intermedia entre la rigidez de un sólido y la libertad de movimiento de un gas.

¿Qué ocurre en el punto crítico de un diagrama de fases?

El punto crítico es el final de la curva de equilibrio entre los estados líquido y gaseoso. Más allá de este punto, las dos fases se vuelven indistinguibles y se forma un fluido supercrítico.

¿Qué es un fluido supercrítico?

Un fluido supercrítico es una sustancia que tiene propiedades tanto de un gas (por su capacidad de expandirse) como de un líquido (por su capacidad de disolver sustancias), y se forma cuando se supera el punto crítico.

¿Cómo se utiliza el CO2 supercrítico en la descafeinización del café?

En la descafeinización del café, el CO2 en estado supercrítico disuelve la cafeína de los granos de café. Luego, al reducir la presión, el CO2 se convierte en gas, dejando la cafeína separada, sin dañar los aceites del grano.

¿Cuáles son algunas otras aplicaciones de los fluidos supercríticos?

Los fluidos supercríticos se utilizan para extraer proteínas, antioxidantes como los diterpenos, vitaminas como la E, y fragancias florales, entre otros compuestos.

¿Qué es la opalescencia crítica y cómo se observa?

La opalescencia crítica es un fenómeno que ocurre cerca del punto crítico, cuando una sustancia muestra una apariencia turbia debido a fluctuaciones de densidad entre las fases líquida y vapor. Este fenómeno ha sido observado en varias sustancias, incluido el CO2.

¿Qué descubrimiento reciente se hizo sobre la opalescencia crítica?

Recientemente, los científicos de la Universidad de Brown observaron por primera vez la opalescencia crítica en helio líquido, lo que sugiere que este fenómeno es universal y no exclusivo de sustancias como el CO2.