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DIAGRAMA DE FASES: EQUILIBRIO SÓLIDO-LÍQUIDO
DIAGRAMA DE PUNTO DE FUSIÓN BINARIO

A. PROPÓSITO
En este experimento se pretende obtener las curvas de enfriamiento de un sistema binario sólido-líquido y construir su diagrama de fases. Como consecuencia de la determinación del diagrama de fases se determinará la composición eutéctica del sistema y la entalpía de fusión de cada componente.
B.TEORÍA
La Regla de Fases de Gibbs establece que:
F = C-P + 2 (1)
En 1875 J. Willaid Gibbs relacionó tres variables: fases (P), componente, (C) y grados de libertad ó varianza, (F) para sistemas multi-componentes en equilibrio. Eel número de grados de libertad se determina por la ecuación (1) si y solo si el equilibrio entre las fases no está influenciado por gravedad, fuerzaseléctricas ó magnéticas y solo se afecte por la temperatura, presión y concentración. El número dos en la ecuación (1) corresponde a las variables de temperatura, T y presión, P.
Cada una de las variables en la ecuación (1) se define a continuación:
a) Fase - (P)- es un parte uniforme de un sistema en términos de composición química y propiedades físicas. Está separada de otras partes homogéneas delsistema por medio de superficies límites. Se representa por la letra "P" donde se indica el número de fases diferentes en un sistema.
b) Componente -(C) - Se refiere al número de constituyentes químicamente diferentes que son necesarios para describir la composición de cada fase. Su concentración puede variar en forma independiente. Es importante notar que si los constituyentes no reaccionan entresí el número de sustancias en el sistema será igual al número de componentes. Sin embargo, si estos reaccionan entre sí, el número de componentes será menor que el número de sustancias.
Por lo tanto C = S -n - m donde: S = número de sustancias; n = número de condiciones de equilibrio;m = número de condiciones de concentraciones iniciales. Por ejemplo, en un sistema PCl5, PCl3 y Cl2 a pesar deque consiste de tres constituyentes, éste tiene dos componentes ya que se relaciona por la condición de equilibrio: PCl5 PCl3 + Cl2.
c) Número de grados de libertad o varianza - (F)- se refiere al número mínimo de variables intensivas independientes (i.e presión, temperatura, fracción molar), que debe especificarse para poder describir completamente el estado de un sistema.
De acuerdo a cómo estáestablecida la ecuación (1) se necesitaría una gráfica de tres dimensiones para hacer una representación completa de las condiciones de equilibrio (T,P,xi).














Para el tipo de sistema que nos interesa: sólido-líquido, el efecto de la presión es mínimo sobre ambas fases y a menos que estemos interesados en fenómenos de presiones altas, se puede mantener la presión fija a1atm y examinar los efectos de temperatura y composición. Además, en procesos de fusión la presión es constante. Con esta condición impuesta, los grados de libertad disminuyen por una variable y la Regla de Fases se reduce a:
F = C - P + 1 (3)
Para poder construir un diagrama de fases dado, como en la figura 2, los datos se obtienen de un análisis termal. Del análisis termal secrean las curvas de enfriamiento experimentales midiendo valores de temperatura y tiempo. Para un sistema de un componente puro en la fase líquida y usando la ecuación (3) los grados de libertada son igual a F = 1donde la variable de temperatura es la que describe el sistema. Tan pronto coexistan las dos fases (sólido y líquido), P=2 y F=O y por lo tanto la temperatura es constante. Cuando todo elsistema se convierte en sólido la temperatura vuelve a variar. (Figura 3(a)). El cambio en pendiente se debe a la diferencia en la capacidad calórica a presión constante del líquido y el sólido.

El resto de los puntos se obtienen preparando mezclas de los dos componentes de sólidos inmiscibles, A y B de fracciones molares conocidas. Las mezclas se calientan hasta fundirse, se agita la solución...