Describa las diferentes reglas y diagramas de fases para sustancias puras o binarias con materiales ferrosos o no ferrosos
Enviado por julifer0713 • 22 de Octubre de 2015 • Monografías • 2.101 Palabras (9 Páginas) • 294 Visitas
3. Describa las diferentes reglas y diagramas de fases para sustancias puras o binarias con materiales ferrosos o no ferrosos.
Diagrama de fases de una sustancia pura
Una fase es un estado en una secuencia de posibles estados generalmente periódicos (e.g. fases de la luna). Las fases en termodinámica son los distintos estados homogéneos en los que se presenta una sustancia al ir cambiando su estado termodinámico (temperatura, presión o concentración). Los tres estados básicos de la materia son: sólido, líquido y gaseoso. Para una sustancia pura de poca masa molar, como el CO2, el diagrama de fases esquemático se muestra en la Fig. 5.1, donde se ha incluido la nomenclatura usual para los cambios de fase.
Diagrama de fases (p-T), y diagrama p-v-T de los estados de equilibrio de una sustancia pura como el dióxido de carbono, con la nomenclatura para los cambios de fase. Al paso de vapor a líquido también se le llama licuación (o licuefacción, que ambas formas vienen en el diccionario). A veces, se restringe la región supercrítica al cuadrante T>TCR, p>pCR, y también otras veces se restringe el nombre de vapor al estado gaseoso en equilibrio bifásico (así se dice, e.g., vapor de butano a la parte gaseosa dentro de la botella a presión, pero gas butano una vez que sale de la botella).
El diagrama de fases se construye a partir de ensayos termo mecánico; el análisis térmico típico consiste en suministrar energía a la muestra de sustancia a ensayar, a un ritmo conocido (e.g. mediante una resistencia eléctrica), y ver cómo varía su temperatura y otras propiedades térmicas, en general a presión constante (si se trata de gases, en un baño hidrostático). El análisis térmico tiene una gran importancia en la determinación de la composición de un sistema (se miden los puntos de cambio de fase, la energía involucrada en el cambio y la capacidad térmica) y se utiliza corrientemente para la caracterización de sustancias en toda la industria fisicoquímica (metalurgia, farmacia, alimentación)
Diagrama de solubilidad total [10]
Este diagrama presenta 3 zonas diferentes:
2 Regiones monofásicas
- L (Liquido): Única fase liquida (A Y B son totalmente solubles).
- α: Única fase sólida: Solución sólida con una estructura cristalina definida (A y B son completamente solubles).
1 Región Bifásica: Coexistencia de dos fases: líquida +sólida. (L + α) [10]
Solubilidad parcial
En el sistema binario de solubilidad parcial habrá solubilidad total hasta un determinado porcentaje de cada elemento (límite de solubilidad), y luego de este límite habrá un estado de insolubilidad. Dejando aparte el caso en la región donde coexisten líquido y sólido (caso anterior) en estos gráficos, en la región del sólido se puede determinar el porcentaje (%) de β y de α usando la regla de la palanca. Así mismo se puede determinar también la composición química de estas dos fases (no indicada en los gráficos) que van variando debido a la presencia de la curva solvus. En forma aproximada se puede determinar también el porcentaje de los constituyentes: en el caso de la figura de la derecha estos son 1) solución sólida β y 2) eutéctico (formado por α+β). [11]
4.5 Regla De La palanca.
Esta fórmula matemática consiste en encontrar las cantidades de % de sustancia en los diagramas de fases, Estas cantidades normalmente se expresan como porcentaje del peso (% peso), y es válida para cualquier diagrama de fase binario. La regla de la palanca da a conocer la composición de las fases y es un concepto comúnmente utilizado en la determinación de la composición química “real” de una aleación en equilibrio a cualquier temperatura en una región bifásica.
En regiones de una sola fase, la cantidad de la fase simple es 100%. En regiones bifásicas se deberá calcular la cantidad de cada fase. Y la técnica es hacer un balance de materiales.
Para calcular las cantidades de líquido y de sólido, se construye una palanca sobre la isoterma con su punto de apoyo en la composición original de la aleación (punto dado). El brazo de la palanca, opuesto a la composición de la fase cuya cantidad se calcula se divide por la longitud total de la palanca, para obtener la cantidad de dicha fase.
[pic 1]
4.4 Ley De Fases De Gibbs.
A partir de consideraciones termodinámicas, J. W. Gibbs obtuvo una ecuación que permitía calcular el número de fases que pueden coexistir en equilibrio en cualquier sistema. Esta ecuación llamada regla de las fases de Gibbs, es
P + F = C + 2
Donde,
P = número de fases que pueden coexistir en el sistema
C = número de componentes en el sistema
F = grados de libertad
Usualmente, un componente C es un componente, un compuesto o una solución en el sistema. F son los grados de libertad, es decir número de variables como (presión, temperatura y composición) que se pueden cambiar independientemente sin variar el número de fases en equilibrio en el sistema.
Considere la aplicación de la regla de Gibbs al diagrama a continuación de fases presión-temperatura PT del agua pura ver (figura5) en el punto triple coexisten tres fases en equilibrio y como hay un componente en el sistema (agua), se puede calcular el número de grados de libertad.
[pic 2]
7. Aluminio, Cobre, Níquel, Magnesio, Titanio y sus aleaciones:
Complete la siguiente matriz apoyado en la unidad 2, (modulo 2 pdf) del contenido del curso
Material y su aleación | Características Térmicas | Características Físicas | Características Mecánicas | Aplicaciones |
Aluminio | Punto de fusión: 660.24°C para el aluminio de 99.996% | El aluminio es un metal ligero, con un densidad 2.7 veces mayor que la del agua. | Es un material blando (Escala de Mohs: 2-3-4) y maleable. En estado puro tiene un límite de resistencia en tracción de 160-200 N/mm2 (160-200 MPa). Todo ello le hace adecuado para la fabricación de cables eléctricos y láminas delgadas, pero no como elemento estructural. Para mejorar estas propiedades se alea con otros metales, lo que permite realizar sobre él operaciones de fundición y forja, así como la extrusión del material. También de esta forma se utiliza como soldadura. | Sus aplicaciones son botes de bebidas, aplicaciones domésticas, equipos para procesos químicos, equipo de trasmisión de energía eléctrica, componentes automotrices, ensambles aeroespaciales, etc. |
Níquel | Tiene un punto de fusión de 1.455 °C, y un punto de ebullición de 2.730 °C, su densidad es de 8,9 g/cm3 y su masa atómica 58,69. | Símbolo Ni | El Níquel tiene unas grandes propiedades mecánicas lo que hace que se alee con muchos materiales para mejorar sus propiedades de dureza, resistencia al desgaste, tenacidad. | Por su resistencia a la corrosión se emplea para el revestimiento electrolítico de chapas de acero dulce (niquelado). |
Cobre | Su punto de fusión es de 1.083 °C, mientras que su punto de ebullición es de unos 2.567 °C, y tiene una densidad relativa de 8,9 g/cm3. Su masa atómica es 63,846. | Símbolo Cu | Buenas propiedades de mecanizado. | El cobre ha sido utilizado para una gran variedad de aplicaciones a causa de sus ventajosas propiedades como son la conductividad del calor y electricidad, la resistencia a la corrosión, así como su maleabilidad y ductilidad, además de su belleza. Debido a su extraordinaria conductividad, sólo superada por la plata, el uso más extendido del cobre se da en la industria eléctrica. |
Magnesio | El magnesio tiene un punto de fusión de unos 649 °C, un punto de ebullición de unos 1.107 °C y una densidad de 1,74 g/cm3; su masa atómica es 24,305. El magnesio ocupa el sexto lugar en abundancia natural entre los elementos de la corteza terrestre. Existe en la naturaleza sólo en combinación química con otros elementos, en particular, en los minerales carnalita, dolomita y magnesita, en muchos silicatos constituyentes de rocas y como sales, por ejemplo el cloruro de magnesio, que se encuentra en el mar y en los lagos salinos. Es un componente esencial del tejido animal y vegetal. | Símbolo Mg | Es más ligero al aluminio y su resistencia a la corrosión es casi igual al aluminio. | Su oxido, se usa como material refractario en hornos para la producción de hierro y acero, metales no férreos, cristal y cemento, así como en agricultura e industrias químicas y de construcción. |
Titanio | Tiene un punto de fusión de 1675 ºC (1941 K). | Símbolo TI Numero atómico 22 | Mecanizado por arranque de viruta similar al acero inoxidable. | El titanio es un metal compatible con los tejidos del organismo humano que toleran su presencia sin reacciones alérgicas del sistema inmunitario. Esta propiedad de compatibilidad del titanio unido a sus cualidades mecánicas de dureza, ligereza y resistencia han hecho posible una gran cantidad de aplicaciones médicas, como prótesis de cadera y rodilla, tornillos óseos… |
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