Puntos CrticosJuan Vasquez, Lucas Contreras Universidad Santo Tomas

En termodinamica y en fisicoqumica, unpunto crtico es aquel lmite para el cualel volumen de un lquido es igual al de

una masa igual de vapor o, dicho de otromodo, en el cual las densidades del lquidoy del vapor son iguales. Si se miden las densi-dades del lquido y del vapor en funcion de latemperatura y se representan los resultados,puede determinarse la temperatura crtica apartir del punto de interseccion de ambas cur-vas. Temperatura y presion por encima de lacual no se puede condensar un gas.

Que es un Punto Crtico?

Un fluido crtico es cualquier substancia a una presiony temperatura determinadas, conocidas como elpunto crtico. El punto crtico es la temperaturamas alta a la que el lquido y el gas (de una sub-stancia pura) pueden coexistir y corresponde a unatemperatura diferente para cada substancia. La expe-riencia del da a da no nos da ninguna pista sobre lanaturaleza del punto crtico, porque la temperaturaambiente esta muy por encima de la temperaturacrtica del azoto (147o C) y mucho ms debajo dela temperatura crtica del agua (374o C).

Ejemplo de Punto Crtico

Supongamos que calentamos un recipiente cerrado,con alrededor de un tercio de agua y sin aire. Elagua lquida se expande al calentarse, pero un pocose evapora hacia el espacio ocupado por el vapor,arriba del lquido. La densidad del lquido disminuyey la del vapor aumenta hasta que, a temperaturacrtica, las densidades del lquido y del gas se igualan.En este punto, el lquido y el gas son indistinguibles

en todos los aspectos: la superficie (menisco) que lossepara desaparece y el calor latente se anula.

Figure 1: Grafico de Punto Crtico

Propiedades del Punto Crtico

Cerca del punto crtico hay cambios espectacularesen las propiedades fsicas del sistema:

Las fluctuaciones en la densidad, causadas porla agregacion de grupos de moleculas al azar,se amplifican y dan lugar a la dispersion de laluz incidente. En aquellos fluidos que por logeneral son transparentes, como el xenon o elagua, quedan con apariencia lechosa.

El fluido se hace extremadamente suave y secomprime bajo la influencia de su propio peso.Por ejemplo la minuscula presion de 4 mm deHg provoca una compresion de 10% en el xenon.En contrapartida es necesaria una altura de 1

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Km para obtener una variacion semejante en ladensidad atmosferica.

El fluido se hace extremadamente lento desde elpunto de vista termico, el transporte de calor alo largo de 1 cm de xenon cerca del punto crticopuede demorar das, mientras que para el aire atemperatura ambiente demora apenas 1s.

A su vez, cerca del punto crtico la difusion mutuaentre las dos fases practicamente cesa, las ondassonoras son fuertemente atenuadas en el espacio deuna pequea longitud de onda, un haz de laser sedispersa con fuerza, la capacidad calorfica y la con-ductividad termica divergen y son necesarias horas,o aun das, para alcanzar el equilibrio termico de-spues de una perturbacion como esta. Sin embargoel aspecto fundamental, es el mas sorprendente de lossistemas crticos, es su universalidad: la estructuramicroscopica se convierte en irrelevante y sistemasdiferentes tienen las mismas propiedades crticas.

De hecho, se verifico que sustancias diferentes tienenexactamente las mismas caractersticas en el puntocrtico. As, el estudio de una susstancia en el puntocrtico permite obtener informacion para todas lasdemas sustancias con las mismas caractersticas (elxenon, por ejemplo, es elegido porque su temperaturay densidad crticas son facilmente accesibles).

Condiciones del Punto Crtico

En el punto crtico se verifica:

(P

v

)T=Tc

(1)

(2P

v2

)T=Tc

(2)

En que:

P: presionv: volumen molarT: tempertauraTc: temperatura crtica

Figure 2: Diagrama de Fase segun Wikipedia

Estudio del Punto Crtico

La Termodinamica no describe las propiedades de lossistemas en el punto crtico, pues su comportamientoes determinado por las fluctuaciones y requiere, unadescripcion microscopica. Fue solamente en los aos60 y 70 del siglo pasado que ocurrieron avances fun-damentales basados en Fsica Estadstica. Estospermitieron nuestra comprension de las transicionesde fase, de los fenomenos crticos y dieron origen ados nuevos conceptos: universalidad e invariancia deescala.

References

http://quimica.laguia2000.com/conceptos-basicos/estructura-en-todas-las-escalas-punto-criticohttp://es.wikipedia.org/wiki/Puntocr

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