Regla de las fases de Gibbs: punto triple, clasificación de aceros y propiedades del cobre y aluminio

Regla de las fases de Gibbs: ejemplo en el diagrama P–T del agua

A modo de ejemplo vamos a aplicar la regla de las fases al diagrama de fases regulado por las variantes presión–temperatura del agua pura.

Vamos a estudiar qué ocurre en el punto triple del diagrama y sacaremos las siguientes conclusiones:

• Coexisten tres fases en equilibrio: sólido, líquido y vapor.
• El número de componentes es uno: el agua.

Punto triple

Se puede calcular el número de grados de libertad aplicando la regla de las fases:

F + N = C + 2 ⇒ 3 + N = 1 + 2 ⇒ N = 0 (cero grados de libertad)

Consecuencia: ninguna de las variables se puede modificar. Se dice que el punto triple es un punto invariable.

Curva de solidificación (sólido–líquido)

Nos fijamos ahora en la curva de solidificación sólido–líquido, y se observa que en cualquier punto A de esa curva coexisten dos estados o fases. Aplicando la regla de fases:

F + N = C + 2 ⇒ 2 + N = 1 + 2 ⇒ N = 1 (un grado de libertad)

Consecuencia: una variable puede cambiar manteniendo un sistema donde coexisten dos fases. A una presión determinada, sólo existe una temperatura en la que las dos fases sólido–líquido coexisten.

Punto B: fase única

Consideremos, por último, un punto cualquiera B dentro de una fase única. El número de fases es uno, y aplicando la regla de fases:

F + N = C + 2 ⇒ 1 + N = 1 + 2 ⇒ N = 2 (dos grados de libertad)

Consecuencia: se pueden modificar dos variables, presión y temperatura, y el sistema permanecerá en una única fase.

Clasificación de los aceros según el porcentaje de carbono

A continuación se presentan las categorías de aceros en función del contenido de carbono:

• Aceros hipoeutectoides: en ellos el porcentaje de carbono es inferior al del punto eutectoide.
• Aceros eutectoides: en ellos el porcentaje de carbono es igual al del punto eutectoide.
• Aceros hipereutectoides: en ellos el porcentaje de carbono es superior al del punto eutectoide.

El punto eutectoide para los aceros al carbono corresponde a un 0,89 % de carbono.

Resistencia mecánica específica, cobre y aluminio

Resistencia mecánica específica

La resistencia mecánica específica es la resistencia a la rotura dividida por la densidad.

Cobre

El cobre sin alear es tan blando y dúctil que puede resultar difícil de mecanizar, pero tiene una buena capacidad para ser trabajado en frío. Resiste muy bien la corrosión; la resistencia mecánica y el comportamiento ante la corrosión del cobre mejoran con su aleación.

Aleaciones destacadas:

• Latón: es la aleación más común del cobre, en la que el cinc es el soluto y constituye el principal componente de la aleación.
• Bronce: son aleaciones de cobre con estaño que también pueden contener aluminio, silicio o níquel. El bronce es más resistente que el latón y tiene una gran resistencia a la corrosión. Se emplea cuando se requiere elevada resistencia a la corrosión y buena resistencia a la tracción.

Aluminio

Tanto el aluminio como sus aleaciones se caracterizan por la relativa baja densidad, las elevadas conductividades eléctricas y térmicas y la resistencia a la corrosión. Aplicaciones típicas: carcasa de bomba de agua, envases, papel de aluminio.