¿Cuál es la diferencia entre propiedades intensivas y extensivas?

Las propiedades intensivas no dependen de la cantidad de sustancia, como la temperatura o la presión. Las extensivas dependen del tamaño del sistema, como la masa, el volumen o la energía.

Fundamentos de Termodinámica: Sustancias Puras, Fases y Propiedades

Q: ¿Qué es una sustancia pura?

Es una sustancia con una composición química fija en cualquier parte de su extensión. Una mezcla homogénea, como el aire, también puede considerarse sustancia pura en termodinámica.

Resumen

Este documento explica qué es una sustancia pura en termodinámica y cuáles son sus fases: sólido, líquido y gas. Define las propiedades intensivas, extensivas y específicas, con ejemplos. También presenta las tablas de propiedades termodinámicas del vapor de agua. El estudiante aprende a distinguir estos conceptos y a leer una tabla de vapor.

Puntos clave

Una sustancia pura tiene una composición química fija en cualquier parte de su extensión.
Una mezcla homogénea, como el aire, también se considera sustancia pura en termodinámica.
Las propiedades intensivas no dependen de la cantidad de sustancia, como la temperatura o la presión.
Las propiedades extensivas dependen del tamaño del sistema, como la masa, el volumen o la energía.
Las propiedades específicas son las propiedades extensivas por unidad de masa, como el volumen específico.
Las propiedades termodinámicas se presentan en tablas porque sus relaciones son demasiado complejas para expresarse con ecuaciones.
Se prepara una tabla para cada región de interés: vapor sobrecalentado, líquido comprimido y saturación.

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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)

T (ºC)	V (m³/kg)	u (KJ/kg)	h (KJ/kg)	s (KJ/kgºK)	V (m³/kg)	u (KJ/kg)	h (KJ/kg)	s (KJ/kgºK)
P = 0.20 MPa (120.23ºC)					P = 0.30 MPa (133.55ºC)
Sat.	0.8857	2,529.5	2,706.7	7.1272	0.6058	2,543.6	2,725.3	6.9919
150	0.9596	2,576.9	2,768.8	7.2795	0.6339	2,570.8	2,761.0	7.0778
200	1.0803	2,654.4	2,870.5	7.5066	0.7163	2,650.7	2,865.6	7.3115
250	1.1988	2,731.2	2,971.0	7.7086	0.7964	2,728.7	2,967.6	7.5166
300	1.3162	2,808.6	3,071.8	7.8926	0.8753	2,806.7	3,069.3	7.7022