DIAGRAMAS DE FASES clase3

DIAGRAMAS DE FASES
 
El concepto de sistema heterogéneo implica el concepto de fase. Fase es toda porción de un sistema con la misma estructura o arreglo atómico, con aproximadamente la misma composición y propiedades en todo el material que la constituye y con una interfase definida con toda otra fase vecina. Puede tener uno ó varios componentes. Debe diferenciarse del concepto de componente,que se refiere al tipo de material que puede distinguirse de otro por su naturaleza de sustancia química diferente.
Por ejemplo, una solución es un sistema homogéneo (una sola fase) pero sin embargo está constituida por al menos dos componentes. Por otro lado, una sustancia pura (un solo componente) puede aparecer en dos de sus estados físicos en determinadas condiciones y asi identificarsedos fases con diferente organización atómica y propiedades cada una y con una clara superficie de separación entre ellas (interfase).
Los equilibrios entre fases pueden corresponder a los más variados tipos de sistemas heterogéneos: un líquido en equilibrio con su vapor, una solución saturada en equilibrio con el soluto en exceso, dos líquidos parcialmente solubles el uno en el otro, dos sólidostotalmente solubles en equilibrio con su fase fundida, dos sólidos parcialmente solubles en equilibrio con un compuesto formado entre ellos, etc. El objetivo es describir completamente el sistema.
El comportamiento de estos sistemas en equilibrio se estudia por medio de gráficos que se conocen como diagramas de fase : se obtienen graficando en función de variables como presión, temperatura ycomposición y el sistema en equilibrio queda definido para cada punto (los gráficos de cambio de estado físico ó de presión de vapor de una solución de dos líquidos -ley de Raoult- son ejemplos de diagramas de fases).
Para obtener información de estos gráficos, para un sistema y condiciones particulares se usa la regla de las fases de Gibbs, que describe el estado de un material y tiene la formageneral
F = C - P + 2
donde F es el número de grados de libertad, es decir, el número de variables (como presión, temperatura, composición, etc) que pueden modificarse independientemente sin cambiar el número de fases en equilibrio, C el número de componentes y P el número de fases presentes.
El equilibrio entre los distintosestados físicos del Mg puro servirá para ejemplificarla (Fig.1)


 
 

En el diagrama de fases para el Mg puro, solo hay un componente, pero según el punto que se considere el número de fases varía y también los grados de libertad. Por ejemplo en el punto A existe una sola fase entonces habrá dos grados de libertad (es decir pueden variar temperatura y presión sin alterar la fase, dichode otro modo deben fijarse las dos variables para describir el sistema).
 
 
 
Fig.1
 

En el punto B, donde coexisten el Mg sólido y líquido, hay dos fases entonces habrá un solo grado de libertad. Esto significa que al fijar una variable la otra queda determinada, mientras ambas fases estén presentes. En el punto C, el número de fases es 3 y el número de grados de libertad, cero. Coexistenlas tres fases solo a esa presión y temperatura (punto triple).
Cuando se mezclan varios componentes aparece la variable composición del sistema. Además es interesante y necesario determinar la cantidad de un material que se puede mezclar con otro en solución verdadera antes de producir una fase adicional por exceso del mismo. Es decir, definir la solubilidad de un componente en otro, se trate delíquidos, sólidos o gases. La separación de algún insoluble origina una nueva fase que también aparecerá descripta en los diagramas de fase.
Entre muchos componentes la solubilidad es ilimitada. Así como el agua y el alcohol etílico son solubles en todas proporciones, muchos metales forman soluciones sólidas y su solubilidad es ilimitada (ej. : el cobre y el níquel se disuelven ilimitadamente...