Diagrama de Fases

DISCUSIÓN GENERAL SOBRE
LOS DIAGRAMAS DE FASE

OSCAR JAIME RESTREPO BAENA
Doctor en Materiales
Universidad de Oviedo - España

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
GRUPO DE CERÁMICOS Y VÍTREOS
MEDELLIN
1998

Oscar Jaime Restrepo Baena

DISCUSIÓN GENERAL SOBRE LOS DIAGRAMAS DE FASE
NATURALEZA E IMPORTANCIA DE LOS DIAGRAMAS DE FASE
1. INTRODUCCIÓN
Los materiales en estado sólidoexisten en muchas formas diferentes o fases. El número
de tales fases puede ser grande incluso para sustancias puras, por ejemplo el hielo puede
existir en varias fases sólidas y un metal tan importante como el hierro presenta hasta
cuatro fases sólidas. En los sistemas que presentan más de una especie química el
número de fases puede igualmente ser grande. Es también frecuente, aún en sistemascomerciales importantes, la disponibilidad de datos que cubren sólo una parte de los
sistemas. En vista del hecho que las propiedades de los materiales dependen
significativamente de la naturaleza, número, cantidad, y forma de las posibles fases que se
presentan y pueden cambiarse por alteraciones en dichas cantidades, es vital, en el uso
de materiales, conocer las condiciones bajo las cualescualquier sistema dado puede
existir en sus varias formas posibles.
A través de los años se ha acumulado gran cantidad de información de un gran número de
sistemas; para registrar tal enorme cantidad de datos se acostumbra graficar el número y
composición (e indirectamente las cantidades) de fases presentes como función de la
temperatura, la presión y sobre todo la composición. Estas gráficasse llaman diagramas
de fase, diagramas de constitución o diagramas de equilibrio. Este último nombre se
deriva del hecho de que tales diagramas permiten mostrar la mayoría de las fases
estables que se encuentran bajo condiciones de equilibrio.
El término “condiciones de equilibrio” requiere cierta elaboración. Estrictamente hablando
el estado de equilibrio de un sistema es aquel estado en elcual las propiedades del
sistema no cambian con el tiempo, a menos que se ejerza una restricción. En este último
sentido, restricción significa normalmente una alteración de la temperatura, la presión o la
composición, pero puede también referirse a la aplicación de fuerzas mecánicas,
eléctricas, magnéticas, etc. En la práctica, sin embargo, la definición de equilibrio se
modifica teniendo encuenta las velocidades relativas de los posibles procesos que
puedan introducirse en un sistema por cambios en la temperatura, la composición o la
presión. Frecuentemente un sistema es importante sólo para ciertos valores de presión,
temperatura y composición; en tales casos las reacciones al interior de los sistemas
pueden proceder a velocidades que son: a) tan lentas que producen cambiosdespreciables en las propiedades para períodos de tiempo lo suficientemente
considerables. b) tan rápidas que llegan al equilibrio en menos tiempo que el que se
puede registrar de manera práctica y c) una magnitud intermedia. Los diagramas de fase

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Discusión General sobre Diagramas de Fase

muestran los reactivos en los procesos tipo a) y los productos de reacción en los procesos
tipob) y c) como fases en equilibrio.
En el tratamiento de los diagramas de fase, tanto en la determinación, como en el uso se
ha hecho un acercamiento fundamentalmente empírico, aunque en general ellos poseen
una fuerte base termodinámica. En principio, al menos los diagramas de equilibrio,
pueden calcularse por relaciones termodinámicas, en la práctica, sin embargo, sólo se
recurre asustituciones relativamente simples fundamentalmente por dos razones: la teoría
exacta para casos generales es bastante compleja y muchos de los datos termodinámicos
necesarios no se encuentran disponibles. Otros acercamientos posibles son: a) estudios
desde un punto de vista puramente químico, con lo cual se involucrarían algunos sistemas
que no son de interés. b) una visión puramente matemática,...