Digrama De Fases

Fig: diagrama de fases sólido-líquido para el sistema Cu-Ag.

Si se enfría una disolución líquida de Cu y Ag fundidos con xCu= 0,2, al alcanzar el punto S empieza a separarse una fase sólida (denominada fase α) , que es una disolución saturada de Cu en Ag. La composición inicial de esta fase sólida viene dada por el punto Y, en el extremo de la línea de conjunción SY. Si la mezcla bifásica de la disolución líquida y la disolución sólida continúan enfriándose, aumenta el porcentaje de Cu en la disolución sólida que está en equilibrio con el fundido. En el punto U, el fundido alcanza la composición eu-téctica y aparecen dos fases sólidas –la fase α(Ag sólida saturada con Cu) y la fase β (Cu sólido saturado con Ag)-. El examen del sólido en el punto V muestra cristales grandes de la fase α ( que se forman antes de alcanzar el punto U) y cristales diminutos de las fases α y β( que se forman en el punto U).

Un aspecto complicado lo constituye el hecho de que la difusión de las moléculas, átomos e iones a través de los sólidos es bastante lenta, por lo que es necesario que pase un tiempo considerable antes de que se alcance el equilibrio en una fase sólida. En el punto T,

el sólido en equilibrio con el fundido presenta la composición correspondiente al punto Z, mientras que el sólido que aparece en primer lugar tiene una composición dada por el pun-to Y. Puede ser necesario mantener el sistema en el punto T durante un período prolongado para que la fase sólida sea homogénea, con composición Z en toda su extensión.

La velocidad de difusión en los sólidos depende de la temperatura . A temperaturas elevadas, no muy por debajo de los puntos de fusión de los sólidos , la difusión en el estado sólido normalmente es tan rápido como para que el equilibrio se alcance en pocos días. A temperatura ambiente, la difusión es tan lenta que puede ser necesario que pasen años pa-ra que se logre el equilibrio del sólido.

La región bifásica (α+β) que se observa en la anterior figura constituye un intervalo de inmis-cibilidad. Las zonas de dos fases α + disolución líquida y β+ disolución líquida constituyen zonas de transición de fases. Las zonas de dos fases de la siguiente figura ilustra un ejemplo de transición de fase

fig: un intervalo de inmiscibilidad en fase sólida se aproxima, y corta en ( c) a una zona de transición de fases sólido-líquido.

Algunos diagramas de fase sólido-líquido provienen de la intersección de un intervalo de inmiscibilidad en fase sólida con una zona de transición de fases simple sólido- líquido esto origina diagramas como:

Fig: diagrama de fases sólido-líquido con una temperatura peritéctica

La fase α es una disolución sólida de A en la estructura cristalina de B; la fase β es una disolución sólida de B en A. Si se calienta el sólido α con composición F, empieza a fundirse en el punto G, formando una mezcla bifásica de α y una disolución líquida de composición inicial N. Sin embargo, cuando se alcanza el punto H, el resto de la fase α “funde” para for-mar un líquido de composición M más una fase β sólida de composición R; α(s) β(s) + disolu-ción líquida. Durante esta transición hay tres fases presentes: α, β y el líquido, por lo que el número de grados de libertad es 1 (f= 2-3+2=1), pero como P es constante e igual a 1 atm, el sistema posee 0 grados de libertad, y la transición desde α a β+disolución líquida tiene que ocurrir a una temperatura determinada, la temperatura peritéctica. Un calentamiento adicional, posterior a la transición del punto H lleva a una región bifásica de β y la disolución líquida y finalmente a la región de una sola fase de la disolución líquida. Una transición de fase peritéctica, como la transición del punto H, es aquella en la que el calentamiento trans-forma una fase sólida en una fase líquida más una segunda fase sólida: sólido1 líquido + sólido2. Por el contrario, en una transición de

fase eutéctica, el esquema es: sólido1+ sólido2 líquido.

E) Formación de compuestos-miscibilidad en fase líquida e inmiscibilidad en fase sólida: a menudo, las sustancias A y B forman un complejo sólido que puede existir en equilibrio con el líquido. La siguiente figura corresponde al diagrama de fases sólido-líquido para el siste-ma fenol (F) más anilina(A), que forman el compuesto C6H5OH ⋅ C6H5NH2(FA).

Fig: diagrama de fases sólido líquido del sistema fenol-anilina. Los símbolos F(s), FA(s) y A(s) se refiere al fenol sólido, al compuesto de adición sólido y a la anilina sólida, respectivamente xA, la fracción molar de anilina del eje de abscisas, se calcula suponiendo que sólo existen anilina y fenol ( sin ningún compuesto de adición). Aunque el sistema tiene c=3, el número de grados de libertad no cambia por la formación del compuesto.

La figura anterior se puede analizar pensando que está formado por un diagrama eutéctico simple para el fenol-FA junto a otro diagrama eutéctico simple para FA-anilina. La disolución líquida de la parte superior del diagrama es una mezcla en equilibrio de F, A y FA. Dependiendo de la composición de la disolución , se separan fenol sólido, FA sólido o anilina sólida al enfriar, hasta que se llegue a una de las dos temperaturas eutécticas, que es cuan-do se congela un segundo sólido. Si se enfría una disolución con xA=0,5 sólo el sólido de FA puro se congela completamente en la disolución a una sola temperatura (31°C), el punto de fusión del FA. Las curvas de descenso del punto de congelación de F y de A empiezan con pendiente distinta de cero, y la curva de descenso del punto de congelación de FA tiene pendiente nula en el punto de fusión de FA.

Algunos sistemas presentan la formación de varios compuestos. Si se forman n com-puestos, se puede suponer que el diagrama de fase sólido-líquido esta constituido por n+1 diagrama de fases eutécticos simples adyacentes.(suponiendo que no existen puntos peri-técticos)

F) Formación de compuestos con fusión incongruente-miscibilidad en fase líquida e inmisci-bilidad en fase sólida: el siguiente diagrama muestra un diagrama de fases con formación del compuesto A2B .

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