Instituto Universitario Politécnico “Santiago Mariño” Extensión Porlamar

Diagrama de FasesProfesor: Julián Carneiro

Realizado por: Rocelenny GonzálezC.I: V- 24088216

Porlamar, 18-08-15

Diagrama de Fase

También llamado diagrama de equilibrio, es la representación entre diferentes estados de la materia, en función de variables elegidas para facilitar el estudio del

mismo. Puede tener diferentes concentraciones de materiales que forma una aleación a distintas

temperaturas. Dichas temperaturas van desde la temperatura por encima de la cual un material está en fase líquida hasta la temperatura ambiente y en que generalmente los materiales están en estado sólido

EJEMPLO

La mayoría de los diagramas de fase han sido construidos según condiciones de equilibrio (condiciones de enfriamiento lento), siendo utilizadas por ingenieros y

científicos para entender y predecir muchos aspectos del comportamiento de materiales.

A partir de los diagramas de fase se puede obtener información como:

1.- Conocer que fases están presentes a diferentes composiciones y temperaturas bajo condiciones de enfriamiento lento (equilibrio).2.- Averiguar la solubilidad, en el estado sólido y en el equilibrio, de un elemento (compuesto) en otro.3.- Determinar la temperatura en la cual una aleación enfriada bajo condiciones de equilibrio comienza a solidificar y la temperatura a la cual ocurre la solidificación.4.- Conocer la temperatura a la cual comienzan a fundirse diferentes fases

Los equilibrios de fase y sus respectivos diagramas de fase en sistemas multicomponentes tienen aplicaciones importantes en química, geología y ciencia

de los materiales. La ciencia de materiales estudia la estructura, propiedades y aplicaciones de los materiales científicos y tecnológicos.

Origen de los diagramas de faseLos diagramas de fase están muy relacionados a la

ciencia de los materiales la cual 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.

Importancia de los diagramas de faseLos diagramas de fase son de gran importancia en la ingeniería, pues apoyan, entre otros, estudios de solidificación, microestructura, metalurgia física y diseño de nuevos materiales. También lo son en la práctica general de ingeniería relacionada de algún modo con la manipulación y el procesamiento de materiales, donde permiten relacionar los procesos de obtención con la estructura y ésta con propiedades de diseño y de este modo concebir y optimizar dichos procesos para obtener el producto deseado.

Regla de las fases de GibbsDescribe el número de grados de

libertad (L) en un sistema cerrado en equilibrio, en términos del número de

fases separadas (F), el número de componentes químicos (C) del

sistema y N el número de variables no composicionales (por ejemplo; presión o temperatura). Esta regla establece

la relación entre esos 4 números enteros dada por:

Regla de la Palanca

El porcentaje de sólido y líquido puede ser calculado usando las siguientes ecuaciones, que constituyen la regla de la palanca:

% peso de la fase sólida

% peso de la fase líquida

Donde wo es el porcentaje en peso del elemento B en el sistema.

Diagrama de fase binario

Diagrama de fase binarioCuando aparecen varias sustancias, la representación de los cambios de

fase puede ser más compleja. Un caso particular, el más sencillo, corresponde a los diagramas de fase binarios. Ahora las variables a tener en cuenta son la temperatura y la concentración, normalmente en masa.

Hay punto y líneas en estos diagramas importantes para su caracterización:

• Sólido puro o disolución sólida• Mezcla de disoluciones sólidas (eutéctica, eutectoide, peritéctica,

peritectoide)• Mezcla sólido - líquido• Únicamente líquido, ya sea mezcla de líquidos inmiscibles (emulsión)o

un líquido completamente homogéneo.• Mezcla líquido - gas• Gas (lo consideraremos siempre homogéneo, trabajando con pocas

variaciones da altitud).

Diagrama de fase de una sustancia pura

Existen diferentes diagramas según los materiales sean totalmente solubles en estado sólido y líquido o sean miscibles a que sean insolubles.

También pueden darse casos particulares. Uno de los diagramas de equilibrio más clásico es el de los aceros que tiene particularidades y donde afecta

claramente la concentración y las diferentes cristalizaciones que puede darse en el hierro estando en estado sólido y a diferentes temperaturas.

Los pares (presión, temperatura) que corresponden a una transición de fase entre:

• Dos fases sólidas: Cambio alotrópico;• Entre una fase sólida y una fase líquida: fusión - solidificación;• Entre una fase sólida y una fase vapor (gas): sublimación - deposición (o

sublimación inversa);• Entre una fase líquida y una fase vapor: vaporización - condensación (o

licuefacción).

Diagrama de fase de una sustancia pura

EJERCICIO

Solución