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• Ariel Castillo

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Taller Equilibrio de Fases Ariel Castillo 8-863-45 1.

Qué es un diagrama de fase? Se denomina diagrama de fase o diagrama de estados de la materia, a la representación entre diferentes estados de la materia, en función de variables elegidas para facilitar el estudio del mismo. Cuando en una de estas representaciones todas las fases corresponden a estados de agregación diferentes se suele denominar diagrama de cambio de estado. Los diagramas de equilibrio pueden 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.

2.

Qué es una fase? En termodinámica y química, se denomina fase (del latín phase: partes o fase) a cada una de las zonas macroscópicas del espacio de una composición química, y sus propiedades físicas homogéneas, que forman un sistema. Los sistemas monofásicos se denominan homogéneos, y los que están formados por varias fases se denominan mezclas o sistemas heterogéneos. Se debe distinguir entre fase y estado de agregación de la materia. Por ejemplo, el grafito y el diamante son dos formas alotrópicas del carbono; son, por lo tanto, fases distintas, pero ambas pertenecen al mismo estado de agregación (sólido). También es frecuente confundir fase y microconstituyente; por ejemplo, en un acero cada grano de perlita es un microconstituyente, pero está formado por dos fases, ferrita y cementita.

Los líquidos provenientes de diferentes reacciones suelen contener diferentes fases, es decir, dos o más líquidos que se separan tras un corto tiempo en reposo, generalmente se obtiene una fase acuosa y otra orgánica. Una fase posee características físicas y químicas relativamente homogéneas y puede constar de uno o varios compuestos. Sin embargo, cuando las propiedades de otro o más compuestos difieren en tal grado que dejan de ser compatibles, entonces hay separación de fases. Esta característica se observa, por ejemplo, al mezclar agua y aceite y dejarlos reposar unos minutos. Se observa una línea divisoria o interfase, dado que estos materiales no son compatibles y se separan en fases. 3.

Qué representa un punto triple en un diagrama de fase? El punto triple es aquel en el cual coexisten en equilibrio el estado sólido, el estado líquido y el estado gaseoso de una sustancia. Se define con una temperatura y una presión de vapor. El punto triple del agua, por ejemplo, está a 273,16 K (0,01 °C) y a una presión de 611,73 Pa ITS90. Esta temperatura, debido a que es un valor constante, sirve para calibrar las escalas Kelvin y Celsius de los termómetros de mayor precisión. Algunos puntos triples de sustancias conocidas: Sustancia

T (K) P (kPa)

Acetileno

192,4 120

Amoníaco

195,4 6,076 0

Argón

83,81 68,9

Grafito

3900 10100

Dióxido de carbono

216,5 517 5

Monóxido de carbono 68,10 15,37 Deuterio

18,63 17,1

Etano

89,89 8 × 10−4

Etileno

104,0 0,12

Helio-4

2,19

5,1

Hidrógeno

13,84 7,04

Cloruro de hidrógeno

158,9 13,9 6

Mercurio

234,2 1,65 × 10−7

Metano

90,68 11,7

Neón

24,57 43,2

Óxido nítrico

109,5 21,92 0

Nitrógeno

63,18 12,6

Óxido nitroso

182,3 87,85 4

Oxígeno

54,36 0,152

Paladio

1825 3,5 × 10−3

Platino

2045 2,0 × 10−4

Dióxido de azufre Titanio

197,6 1,67 9 1941 5,3 × 10−3

Hexafluoruro de uranio

337,1 151,7 7

Agua

273,1 0,61 6

4.

Xenón

161,3 81,5

Zinc

692,6 0,065 5

En que consiste la regla de Gibbs y para que se emplea. En química y termodinámica, la regla de las fases de Gibbs describe 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: La regla de las fases de Gibbs fue derivada de los principios de la termodinámica por Josiah Willard Gibbs hacia 1870.

5.

Que es un diagrama de fase isomorfo? Un diagrama de fases muestra las fases y sus composiciones para cualquier combinación de temperatura y composición de la aleación. Cuando en la aleación sólo están presentes dos elementos, se puede elaborar un diagrama de fases binario. Se encuentran diagramas de fases binarios isomorfos en varios sistemas metálicos y cerámicos. En los sistemas isomorfos, sólo se forma una fase sólida; los dos componentes del sistema presentan solubilidad sólida ilimitada.

6.

Qué es la regla de la palanca? La regla de la palanca es el método empleado para conocer el porcentaje de fase sólida y líquida presentes en una aleación de una cierta concentración cuando se encuentra a una determinada temperatura.

El protocolo a seguir consiste en entrar en el diagrama de equilibrio de la aleación AB por la línea de concentración que deseamos analizar, línea vertical X y por la línea isoterma de la temperatura indicada, línea horizontal L-O-S. La intersección de la isoterma con las líneas de líquidos y de solidas determina unos puntos de intersección, los puntos L y S. La intersección de la isoterma con la línea de concentración de nuestra aleación determina el punto O. Si proyectamos sobre el eje de concentraciones esos puntos de intersección se obtienen las concentraciones de la fase líquida, w L y de la fase sólida, w S, así como de la muestra que vamos a estudiar. Una vez determinadas estas concentraciones, aplicando la regla de la palanca podemos obtener el porcentaje de cada una de las fases en las condiciones del problema.