Diagramas de fases

Diagramas de fase en equilibrio. Regla de las fases. Diagramas de fase de dos y tres componentes.

SISTEMAS BINARIOS
1. Sistema binario con un punto eutéctico y regla de la palanca
2. Sistema binario con formación de compuestos
i) con un punto de fusión congruente
ii) con un punto de fusión incongruente
iii) que presentan disociación
3. Sistemas binarios con líquidosinmiscibles
4. Sistema binario con soluciones sólidas
i) Soluciones sólidas
ii) Sistema binario con soluciones sólidas continuas
iii) Sistema binario con soluciones sólidas parciales.
5. Sistemas binarios con transiciones de fases

SISTEMAS BINARIOS

En los sistemas binarios el máximo número de grados de libertad es igual a dos. En estos diagramas de manera convencional, el ejehorizontal representa la composición y el vertical la temperatura. A continuación se describirán los principales tipos de sistemas binarios.

1. Sistema binario con un punto eutéctico y regla de la palanca
En estos sistemas no hay formación de compuestos intermedios o de soluciones sólidas, solamente se forman mezclas de los componentes iniciales. La figura 1 muestra un diagrama típico, que consta decuatro partes delimitadas por líneas curvas y rectas. En la zona inferior del diagrama, ABTETE1, coexisten dos fases, la mezcla de los componentes A y B, el número de grados de libertad en esta zona es igual a uno. La línea isopleta TE-TE1 se le llama “solidus” e indica la temperatura mínima en la cual la fase líquida puede existir en equilibrio en un intervalo de composiciones. Las curvas“liquidus” TAE y ETB delimitan las siguientes tres regiones e indican la temperatura mas alta en la cual los cristales pueden existir en función del intervalo de composiciones. La curva TAE representa el descenso gradual del punto de fusión con el incremento en el contenido de B en A, la curva liquidus ETB muestra la disminución del punto de fusión de B. A estas curvas se les llama “curvas de saturaciónde solubilidad”.
El punto E, llamado punto eutéctico, es un punto invariante en el cual coexisten tres fases A, B y líquido e indica la temperatura más baja a la cual la mezcla de A+B con una determinada composición pueda existir completamente en estado líquido.
En un sistema eutéctico simple, las temperaturas solidus y eutéctica son iguales. La reacción eutéctica ocurre cuando al enfriar unafase líquida, ésta se descompone en dos fases sólidas. Por ejemplo al enfriar la fase líquida con composición f, a menor temperatura que TE, se cristaliza completamente para dar una mezcla de sólido A y sólido B.
En la zona superior del diagrama las temperaturas son superiores a los puntos de fusión de ambos componentes A y B y todas las composiciones se encuentran en estado líquido, hay dos gradosde libertad, puesto que sólo existe una sola fase, por lo tanto se puede cambiar la temperatura y la composición sin que varíe el número de fases.
En las regiones TAETE y TBETE1 coexisten dos fases, una sólida y una líquida y sólo hay un grado de libertad. La composición de la fase líquida en equilibrio con la fase sólida depende de la temperatura.
Una información importante que proporcionanlos diagramas de fases es el poder estimar cuantitativamente la cantidad relativa de las fases presentes en las diferentes zonas de los diagramas y durante los procesos de enfriamiento o de calentamiento. Estas cantidades se pueden calcular aplicando la regla de la palanca, que se basa en el mismo principio de los momentos pero en lugar de balancear pesos en una barra, a diferentes distancias delfulcro, se tienen dos fases en diferentes cantidades dentro de un intervalo de composición. La regla dice que las cantidades relativas de los componentes son inversamente proporcionales a la distancia en el eje de composición. Por ejemplo la fracción mol del líquido presente a la temperatura TC de la composición d la da la relación Ad/Ae y la fracción de A la relación: fd/Ae.
Para la...