Conceptos básicos de solidificación

CLASE N°10

Conceptos básicos de solidificación.

La solidificación es un cambio de fase de liquido a solido en la cual se tiene fundamentalmente la transformación de un estado semiordenado, liquido, a un estado absolutamente ordenado, solido, este traspaso lleva consigo un cambio termodinámico y cinético.

Entonces se tiene una estructura de líquido, que, por movimiento natural convectivo, se comienzan a mover los átomos, existe una energía cinética asociada. Dado cierto tiempo lo anterior genera núcleos formados por embriones, estos crecen por la incorporación de átomos adyacentes y el cristal comienza a crecer. Esto no ocurre en un solo punto, sino que, en muchas zonas del volumen, por tanto, se tienen muchos núcleos que crecen simultáneamente en diferentes partes, al final de este proceso los núcleos forman lo que se denomina grano.

Se define un estado gaseoso como un estado en el cual los átomos o moléculas están en continuo caos.  Las partículas de gases están en un movimiento constante, chocando con las paredes de la habitación.

El liquido presenta ciertos ordenamientos de duplas, tríos, cuartetos hasta grupos de 6 y entre ellos átomos aislados que pueden de alguna forma sumarse a los ordenados, pero, así como se suman puede que alguno de estos se destruya, este estado semiordenado de líquido también se le conoce como embrionado.

Finalmente se tiene un estado absolutamente ordenado en donde el caos es inexistente a nivel atómico. Se agrupan planos atómicos siguiendo un cierto patrón (redes de Brave).

Para el estudio a continuación lo que importa es el paso de liquido a sólido, el cual involucra o trae como consecuencias cambios químicos, cinéticos y termodinámicos.

¿Por qué solidifica un metal?

Porque los cambios energéticos así lo favorecen.

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Si se dibujan estas mismas para liquido y solido se interceptan en el punto de fusión, esto para un metal sólido.

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A Te no pasa nada, se debe cambiar la temperatura para que realmente pase algo, es decir un cambio de fase de solido a liquido al aumentar la temperatura o de líquido a solido al bajarla.

Importante: zona pastosa se da cuando existe un rango de solidificación, no un punto esto ocurre en aleaciones.

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Curva de solidificación, con un subenfriamiento en donde comienza la nucleación y una sección constante que indica crecimiento de núcleos hasta que finaliza con el último de estos sólidos. De la curva se pueden obtener velocidades de enfriamiento de líquido y sólido. Cada sección de la curva esta asociada a un cambio cinético, pero no se observa un cambio termodinámico. Se debe generar un gráfico termodinámico que se correlacione con el grafico cinético.

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La cinética de movimiento de los átomos o difusión de estos es función de la temperatura, por lo que al disminuir esta disminuye la cinética de movimiento, aumenta la viscosidad y se comienzan a formar embriones dentro del liquido que no se destruirán, ocurriendo esto en una fracción de tiempo muy pequeña. Hay un cambio energético, una perdida y esta se transforma en otra forma de energía que es la generación de núcleos. Si se asume que los embriones asumen una forma esférica, ya que es la menor área de las figuras geométricas, considerando esto, es posible graficar el cambio de energía libre de estos embriones que tienden a ser esféricos en función de su tamaño y su tamaño se expresa por el tamaño de su radio.

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