1. Instituto Universitario Politécnico.
«Santiago Mariño»
Extensión- Porlamar.
Diagramas de fases
Realizado por:
Rivas Nesmarly
Ing. Química Cód. 49º.
Operaciones Unitarias II.
Porlamar, Agosto de 2015.
2. Diagramas de fases:
• Relacionan su microestructuras y propiedades
mecánicas.
• El desarrollo de microestructuras de una
aleación está relacionado con las características
de su diagrama de fase.
• Aportan excelente información sobre la fusión, el
moldeo, la cristalización y otros fenómenos.
3. Conceptos básicos:
Para interpretar y utilizar diagramas de fases, se debe tener presente los siguientes
conceptos:
• Componente: Basado en un metal y/o compuestos que forma parte de una aleación.
• Sistema: cuerpo especifico de un material considerado; y por otro lado se relaciona con
una serie de posibles aleaciones consistente en los mismos componentes.
• Disolución solida: átomos de dos tipos, cuyos átomos del soluto se posicionan en la red
del disolvente, y mantienen la estructura cristalina.
4. Limite de solubilidad:
La concentración máxima de átomos de
soluto que se disuelven en el disolvente
para formar una solución solida: es el
limite de solubilidad.
El sistema agua- azúcar (C12,H22,O11-
H2O), es un ejemplo común de esta
representación, donde el limite de
solubilidad del azúcar depende de la
temperatura del agua, y expresa que de
acuerdo a la variación de la
temperatura este incrementara.
5. Fases:
Proporción homogénea de un sistema que posee características químicas y físicas
uniformes. Un material puro, un liquido, solido o una disolución gaseosa son considerados
fases.
Cuando en un sistema existen dos fases no expresa que deben existir distintas propiedades;
tal caso existe cuando en un vaso hay hielo y agua.
6. Equilibrio de fase
El equilibrio se describe en términos de
una función termodinámica denominada
energía libre. Esta energía depende de la
energía interna de un sistema o entropía.
Un sistema esta en el equilibrio si la
energía libre es mínima en las condiciones
especificas de la temperatura, presión y
composición.
El equilibrio de fase es muy usado en el
contexto de disolución, se refiere al
equilibrio aplicado al sistema de mas de
una fase, se traduce como una constante,
a lo largo del tiempo, de las características
del sistema.
7. Diagramas de equilibrios de fases:
La mayor parte de la información sobre el
control de la microestructura o estructura de
las fases, se recopila en los llamados
diagramas de fases o de equilibrio.
• Expresan transformación de fases.
• Originan microestructuras de acuerdo a
la modificación de la temperatura.
• Aparición o desaparición de fases.
Los diagramas de equilibrio de fases representan la relación entre la estructura y la
composición y la cantidad de fase en equilibrio. Existen diversos diagramas, pero la
temperatura y la presión son los parámetros variables de las aleaciones binarias: la que
contiene dos componentes. Si hay mas componentes el diagrama se complica y su
representación es mas difícil.
8. Sistemas isomorfos binarios:
Existe solubilidad completa de los dos
componentes en estado liquido y solido. La
presión se mantiene constante, generalmente
a 1atm y sus parámetros variables son la
temperatura y la composición.
Se determinan las fases que conforman el
sistema, trazando una serie de rectas
horizontales que pasan por las variables del
sistema y obtiene las dos líneas que definen
el campo en dos fases.
9. Regla de fases de Gibbs:
La ecuación de Gibbs tiene como objetivo determinar
el numero de fases en equilibrio presentes en un
sistema.
𝐹 + 𝑁 = 𝐶 + 2
F: numero de fases presente en el punto
de análisis
N: grado de libertad, numero de
variables que se pueden modificar sin
que varíen las fases del sistema.
C: numero de componentes del sistema.
10. Regla de la palanca:
Es el método que determina el porcentaje en peso de las fases "sólida y líquida" también
"solida y solida" , presentes en una aleación de una concentración bajo una determinada
temperatura.
• En región de una fase, la cantidad de la fase simple es 100%.
• En región bifásica, se deberá calcular la cantidad de cada fase.
Para calcular las cantidades de liquido y
solido, se construye una palanca sobre la
isoterma con su punto de apoyo en la
composición original de la aleación. 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 y se obtiene dicha
fase.
% peso para fase liquida
% peso para fase solida
11. Interpretación de los diagramas de
fases:
1. Fases presentes: se localiza en el
diagrama el punto definido por la
temperatura y la composición y se
identifican las fases presentes en este
campo.
2. Determinación de composición de las
fases: consiste en determinar el punto
temperatura-composición en el diagrama
de fases, para la región mono y bifásica se
utilizan distintos métodos.
• Monofásica: la composición de la fase coincide
con la composición total de la aleación.
• Bifásica: se trazan líneas horizontales, para así
delimitar los extremos conocidas como isoterma.
12. Interpretación de los diagramas de
fases:
3. Determinación de la cantidad de
fase: la cantidad relativa como
fracción o porcentaje, de las fases
presente en el equilibrio se puede
calcular mediante este tipo de
diagramas. Las situaciones mono y
bifásica se logran separar
nuevamente.
• Monofásica: presenta una sola fase es
decir, la fracción es 1,0 o el porcentaje es
100%.
• Bifásica: el proceso es mas complejo, por
lo que se aplica la regla de reparto o
isoterma o el método de la palanca.
13. Los equilibrios de fase y sus respectivos diagramas de
fase en sus diversos sistemas tienen aplicaciones
importantes en química, geología y ciencia de los
materiales. Del mismo, los diagramas de fases son de
gran importancia pues apoyan, entre otros, estudios de
solidificación, microestructura, metalurgia, física y el
"diseño de nuevos materiales".
