Laboratorio Diagrama De Fases

INTRODUCCIÓN

Los diagramas de equilibrio son gráficas que representan las fases y estado en que pueden estar diferentes concentraciones de materiales que forma una aleación a distintas temperaturas. La mayoría de los diagramas de fase han sido construidos según condiciones de equilibrio, siendo utilizadas por ingenieros y científicos para entender y predecir muchos aspectos del comportamiento de materiales; debido a que aportan valiosa información sobre la fusión, el moldeo, la cristalización y otros fenómenos.

Los equilibrios de fase y sus respectivos diagramas de fase en sistemas multicomponentes tienen aplicaciones importantes en química, geología y ciencia de los materiales. Por otra parte, los diagramas de fases son de gran importancia pues apoyan, entre otros, estudios de solidificación, microestructura, metalurgia física y el "diseño de nuevos materiales".

La ciencia de los materiales surgió después de la Segunda Guerra Mundial, como respuesta a la necesidad de producir materiales con propiedades especializadas. Los primeros intentos de modificar científicamente las propiedades de la materia se remontan a principios del siglo pasado, cuando los conocimientos de cristalografía, estado sólido y física atómica convirtieron el arte de la metalurgia en ciencia. De allí parte la creación de nuevas aleaciones, como el acero, que es el resultado de la aleación de hierro y carbono en diferentes proporciones. La definición en porcentaje de carbono corresponde a los aceros al carbono, en los cuales este no metal es el único aleante, o hay otros pero en menores concentraciones. Es utilizado, por ejemplo, en construcción, cascos de barcos, maquinaria, carrocería de automóviles, equipos químicos, etc.

El acero se calienta a una temperatura determinada, se mantiene a esa temperatura durante un cierto tiempo hasta que se forma la estructura deseada y entones se enfría a una velocidad conveniente, dependiendo del tratamiento térmico que le sea aplicado, adquiriendo así, gran flexibilidad y dureza.

La técnica de enfriado (tratamiento térmico), como se menciono anteriormente, consiste en someter al material a determinada temperatura y enfriarlo con cierta velocidad. Los factores temperatura-tiempo dependen del material, tamaño y forma de la pieza. De esta manera se conseguirá una modificación microscópica, transformaciones de tipo físico, cambios de composición o una determina estructura interna las propiedades de a cual permitirán alguno de los objetivos buscados, como aumentar la dureza, mejor mecanizado, eliminar tensiones internas, evitar deformaciones, etc. Los principales tratamientos térmicos son: temple, recocido, revenido y normalizado.

OBJETIVOS

Mediante el análisis térmico obtener curvas de enfriamiento de cierta mezcla de dos componentes, que nos permitan comprender el comportamiento de una aleación a diferentes porcentajes de los respectivos componentes.

Conocer cómo construir un diagrama de fase, el punto eutéctico, curva de sólidos, líquidos, etc.

Trazar el diagrama de equilibrio del sistema plomo – estaño a partir de composiciones diferentes en peso. Se utilizará el método del análisis térmico.

Reconocer las variables independientes de la ecuación de la regla de fases (concentración, temperatura y la presión).

FUNDAMENTO TEORICO

Equilibrios líquido-vapor en sistemas binarios: Disoluciones ideales.

Consideremos una disolución líquida compuesta de varias sustancias volátiles (mezcla binaria A, B) en un recipiente en el que se ha hecho el vacío a una temperatura T.

Parte de la disolución se evapora y la disolución (l, composición: xA, xB) y el vapor (g, composición: yA, yB) alcanzan el equilibrio cuando se igualan los potenciales químicos del componente i en las dos fases:

u_i^g=u_i^l

La composición es diferente en cada fase, líquida y gaseosa. El vapor (gas) será más rico en el componente más volátil.

La Presión total (PT) será la suma de las presiones de vapor parciales de A y B: PT = PA+ PB.

Para componentes muy parecidos (interacciones semejantes) se encuentra (medidas experimentales) que las presiones de vapor de A y B siguen la ley de Raoult, es decir:

Figura 1a.

Variación de la presión de vapor total y parcial de una mezcla binaria (A-B) en funciónde la fracción molar en el líquido (xA) cuando se cumple la ley de Raoult, siendo el componente Bmás volátil que el componente A.

Figura 1b. Diagrama Presión-composición de la mezcla benceno-metil benceno (valoresexperimentales).

Conclusión:La presión de vapor total (PT) y las dos presiones de vapor parciales de una mezcla binaria idealson proporcionales a las fracciones molares de los dos componentes en la disolución.

Figura 2(a). Esta figura es en realidad un diagrama de fases, porque la línea recta representalas presiones a las que las dos fases están en equilibrio en función de la composición de ladisolución (x) (T cte). Los puntos por encima de la línea (cuando la presión es mayor que lapresión de vapor) corresponden al líquido como fase estable y los puntos por debajo de la línea(cuando la presión es menor que la presión de vapor, de forma que la muestra se evapora)corresponden al vapor como fase estable.

Cuando el vapor y el líquido están en equilibrio, sus composiciones no son las mismas. Siqueremos encontrar una expresión que relacione la PT y la fracción molar en el vapor (y)utilizaremos la ley de Dalton (PA = PT yA) combinada con la ley de Raoult.

yA PA

PT

yB PB

PT

Ley de Dalton de las Presiones parciales: Pi = PT yi

Se puede utilizar cualquiera de los diagramas para analizar los

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