Orden de transiciones de fase

Question

Tuve la oportunidad de leer cosas como

En caso de una transición de fase de primer orden, el volumen y la temperatura cambian de manera discontinua. Sin embargo, para las transiciones de fase de orden superior, el cambio en volumen y temperatura puede ser continuo.

No pude entender exactamente la declaración y por eso pensé qué significa exactamente el orden de una transición de fase.

¿Podría saber qué significa exactamente el orden de la transición de fase?

Answer 1

En el gráfico incluido en el artículo relacionado de Wikipedia, se representa un tipo de espacio donde los ejes son variables termodinámicas. De manera similar, puedes pensar en cualquier gráfico bidimensional con una línea dibujada en él. Se puede entender que la línea representa una función. Normalmente, si quieres encontrar la pendiente de una función, tomas la primera derivada de esa función. Si la primera derivada de la función tiene una discontinuidad (por ejemplo, un punto donde la función ya no está bien definida), y la variable en cuestión es una variable termodinámica, entonces por definición la transición de fase es una transición de fase de primer orden (porque la discontinuidad ocurre en la primera derivada de la función).

Básicamente, el esquema utiliza una comprensión de las propiedades de las derivadas de funciones matemáticas para clasificar los tipos de transiciones de fase. Sin una comprensión adecuada del concepto matemático relacionado, es comprensible que esta clasificación no sea inmediatamente obvia. Espero que esto ayude.

Answer 2

En términos generales, Hal tiene razón. Permíteme intentar hacerlo un poco más transparente si no te importa. La primera derivada de la energía libre de Gibbs del sistema con respecto a T, a presión constante, es la entropía del sistema, mientras que la derivada con respecto a P, a temperatura constante, es el volumen. Si estas cantidades son discontinuas en el CP (punto crítico), se dice que la transición de fase es de primer orden, debido a la singularidad de la primera derivada. Por otro lado, la segunda derivada con respecto a T, a presión constante, se relaciona con el calor específico del sistema. Si el calor específico es singular en el CP, entonces la transición de fase se dice que es de segundo orden. Por lo tanto, los términos de transición de fase de primer y segundo orden son generales y distinguen un tipo del otro, ya que la física detrás de estos dos puede estar relacionada con propiedades muy diferentes de la materia condensada u otros campos de la física. Por ejemplo, en una transición de fase de primer orden elástica, el volumen y la entropía del cristal experimentan un cambio abrupto en el CP. Si la transición es de segundo orden, el calor específico del cristal crece de manera singular y, al mismo tiempo, la velocidad del modo vibracional que lidera la transición tiende a cero (¡ablandamiento del modo!)