Fundamentos de Termodinámica: Sustancias Puras, Fases y Propiedades

Sustancia Pura: Definición y Características

Una sustancia pura se define como aquella que posee una composición química fija en cualquier parte de su extensión. Ejemplos comunes incluyen el agua, el nitrógeno, el helio y el dióxido de carbono.

Es importante notar que una sustancia pura no necesariamente debe estar conformada por un solo elemento o compuesto químico. Una mezcla de varios componentes también califica como sustancia pura, siempre y cuando la mezcla sea homogénea (es decir, que tenga una composición química uniforme).

Ejemplos de Sustancias Puras (incluyendo mezclas homogéneas):

• Aire (es una mezcla de varios gases, pero se considera una sustancia pura en termodinámica debido a su composición uniforme).
• Nitrógeno.
• Agua.

Fases de una Sustancia Pura

Las sustancias puras pueden existir en diferentes estados de agregación:

Líquido

Es un estado de agregación de la materia en forma de fluido altamente incompresible. Esto significa que su volumen es, muy aproximadamente, constante en condiciones de temperatura y presión moderadas.

Ejemplo: Agua.

Sólido

Es una sustancia formada por moléculas que se encuentran muy unidas entre sí por una fuerza denominada Fuerza de Cohesión. Los sólidos son duros y difíciles de comprimir, ya que las moléculas, al estar muy unidas, no dejan espacio entre ellas.

Ejemplo: Madera.

Gas

Es una sustancia formada por moléculas que se encuentran separadas entre sí. Los gases no tienen forma propia, ya que las moléculas que los forman se desplazan en varias direcciones y a gran velocidad. Por esta razón, ocupan grandes espacios.

Ejemplo: Dióxido de carbono.

Propiedades de las Sustancias

Las propiedades son las características que definen a una sustancia.

Propiedades Intensivas

Son aquellas que no dependen de la cantidad de sustancia o del tamaño del sistema. Su valor permanece inalterable al subdividir el sistema inicial en varios subsistemas. Por este motivo, no son propiedades aditivas.

Ejemplos de Propiedades Intensivas:

• Temperatura
• Velocidad
• Volumen específico
• Presión
• Densidad

Propiedades Extensivas

Son aquellas que sí dependen de la cantidad de sustancia o del tamaño del sistema. Son magnitudes cuyo valor es proporcional al tamaño del sistema que describen.

Ejemplos de Propiedades Extensivas:

• Masa
• Volumen
• Longitud
• Energía

Propiedades Específicas

Son aquellas que caracterizan a una sustancia y la hacen diferente a las demás. Se definen como las mismas propiedades extensivas por unidad de masa.

Ejemplos: Volumen específico y la energía específica.

Tablas de Propiedades Termodinámicas

Las propiedades de las sustancias puras suelen presentarse en forma de tablas, debido a que las relaciones de las propiedades termodinámicas son demasiado complejas para expresarse por medio de ecuaciones.

Para cada sustancia, las propiedades termodinámicas se listan en más de una tabla, ya que se prepara una para cada región de interés, como las de vapor sobrecalentado, líquido comprimido y de saturación (mezcla).

Tabla de Propiedades Termodinámicas (Vapor de Agua)