Diagramas de fases: regiones, transformaciones y aplicaciones

Regiones Clave en un Diagrama Binario

En un diagrama binario, se pueden identificar las siguientes regiones:

• Línea de liquidus: Por encima de esta línea, solo existen fases líquidas.
• Línea de solidus: Por debajo de esta línea, solo existen fases sólidas.
• Línea eutéctica y eutectoide: Son líneas horizontales (isotermas) donde ocurren transformaciones eutécticas y eutectoides, respectivamente.
• Línea de solvus: Indica las temperaturas a las cuales una disolución sólida (α) de A y B deja de ser soluble, transformándose en dos disoluciones sólidas (α) + (β) de diferente composición en A y B.

Concentraciones Definidas y Transformaciones

En ciertas concentraciones específicas, las transformaciones ocurren a temperatura constante:

• Eutéctica
• Eutectoide
• Peritéctica
• Peritectoide
• Monotéctica
• Monotectoide
• Sintéctica
• Catatéctica

Relación entre Propiedades y Diagramas de Fases en Aleaciones

Una aleación de cobre-níquel es más resistente que el cobre puro o el níquel puro debido al endurecimiento por solución sólida.

La resistencia del cobre aumenta por endurecimiento por solución sólida hasta que se agrega alrededor del 67% de Ni. El níquel puro se endurece por solución sólida cuando se le incorpora hasta el 33% de Cu. La resistencia máxima se obtiene en una aleación de Cu-67%Ni, conocida como Monel. El máximo está más cerca del lado del níquel puro del diagrama de fases debido a que el níquel es más resistente que el cobre.

Diagrama de Fases del Agua

Observando el diagrama para el agua, su fase sólida es menos densa que la líquida (el hielo flota en el agua). Esto significa que la fase líquida está más favorecida a presiones elevadas (un aumento de la presión favorece siempre la fase más densa), o que el punto de fusión disminuye al aumentar la presión. Por lo tanto, la curva S-L tiene pendiente negativa. Es por esto que el hielo funde aplicando presión, mientras que el estado líquido de casi todas las demás sustancias se solidifica por compresión.

• La intersección de la línea P = 1 atm con la curva de equilibrio S-L, da, para el hielo el Punto de Fusión (P.F.) de 0ºC, y la intersección con la curva L-G, da, el Punto de Ebullición (P.E.) del agua, 100ºC.
• La distinción entre líquido y gas en el caso del agua, desaparece por encima de la Pc = 218 atm.
• Un diagrama de fases no solo sirve para determinar el estado físico en el que se encuentra una sustancia a una presión y temperatura dadas, sino también para predecir los cambios que ocurren cuando cambian las condiciones.

Ejemplo: Utilizando el diagrama de fases para el agua, describir lo que ocurre cuando el agua a -25ºC y 1 torr (0,0013 atm), se calienta hasta +25ºC y a continuación se comprime hasta 2 atm.