Fases Clases

Ciencia e Ingeniería de
Materiales
Tema: Diagrama de fases
25-Septiembre-2015

DIAGRAMAS DE FASE
1. DEFINICIONES
Los diagramas de fase son representaciones gráficas de cuales fases
están presentes en un sistema material en función de la temperatura, la
presión y la composición.
Son representaciones gráficas de las condiciones termodinámicas de
equilibrio.

Regla de las fases de Gibbs ó Regla
deFases
El diagrama, también conocido como diagrama de fase o diagrama de
equilibrio es esencialmente una expresión gráfica de la regla de fases:
F+L=C+2
Donde:
C:Número de componentes del sistema
F:Número de fases presentes en el equilibrio
L:Varianza del sistema (grados de libertad)

Definiciones
SISTEMA: cualquier porción del universo material que pueda aislarse completa y arbitrariamente delresto, para considerar los cambios que puedan ocurrir en su interior y bajo condiciones variantes.
FASE: cualquier porción del sistema físicamente homogénea y separada por una superficie
mecánicamente eparable de otras porciones. Por ejemplo, un vaso de agua con cubos de hielo
constituye dos fases distintas de una misma sustancia (agua). Los cubos de hielo son una fase sólida y
el agua líquida esuna fase líquida.
COMPONENTES: Normalmente un componente es un elemento, compuesto o solución del sistema.
Así por ejemplo, el vaso de agua con cubos de hielo, es un sistema en el que hay dos fases pero una
sola componente.
VARIANZA DEL SISTEMA (GRADOS DE LIBERTAD): Es el número de variables (presión, temperatura y
composición) que se pueden cambiar independientemente sin alterar el estado de lafase o de las
fases en equilibrio del sistema elegido. Es la aplicación de la regla de las fases al tipo de sistemas bajo
consideración. El número de las variables, las cuales se fijan de manera arbitraria paradefinir
completamente el sistema, se llama varianza o grados de libertad del sistema.

Diagrama de fases del agua

Aplicar la regla de las fases a
cualquier punto de la línea desolidificación, y calcular L (se
obtiene L=1).
Esto quiere decir que sobre
esta línea hay un grado de
libertad, y por lo tanto, al
especificar por ejemplo una
presión, solo hay una
temperatura a la que
pueden coexistir las dos
fases (sólido y líquido).

2. INTERPRETACION DE LOS DIAGRAMAS DE FASE
2.1 SISTEMAS DE UN COMPONENTE
Las variables independientes en sistemas de un componente están limitadas a latemperatura y la presión ya que la composición es fija. En un diagrama de fases de un
sistema de un componente se pueden distinguir:
- Zonas bivariantes, es decir, zonas del diagrama donde sólo está presente una fase,
a diferentes presiones y temperaturas, tales como las zonas de líquido, sólido o
vapor del diagrama de la figura 1.
- Líneas univariantes, en las que hay dos fases presentes. Es el caso delas líneas
solidificación, vaporización y sublimación del diagrama de la figura 1. En estas líneas
coexisten dos fases y para cada temperatura existe una presión determinada.
- Puntos invariantes, en los que coexisten tres fases.

Algunos sistemas de un componente que son de interés a nivel industrial, son el del
hierro
puro, el del magnesio, que es un material notablemente liviano, el de laSílice (SiO2), el
del Carbono (de especial interés en la fabricación de diamantes sintéticos), entre otros.

2 SISTEMAS DE DOS COMPONENTES
Los sistemas de dos componentes tienen tres variables independientes, nominalmente,
temperatura, presión y composición.
En los sistemas de importancia a nivel industrial, donde la presión de vapor permanece muy
baja para grandes variaciones en la temperatura, lavariable presión y la fase gaseosa pueden
no ser consideradas.
Por lo tanto los diagramas pueden reducirse a dos dimensiones representando la composición
en las abscisas y la temperatura en las ordenadas.

En los sistemas binarios bajo estas condiciones pueden coexistir tres fases produciendo una
condición invariante (punto triple); dos fases producen una condición univariante (línea) y una...