Algunas preguntas fundamentales
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Conceptos preliminares sobre transformaciones de fase Algunas preguntas fundamentales ¿Por qué queremos estudiar los diagramas de fase? ¿Dónde reside su importancia? Las propiedades de un material están determinadas en gran medida por su microestructura. El desarrollo de la microestructura está relacionado con las características del diagrama de fases. ¿Qué información nos pueden aportar? El diagrama de fases suministra información muy valiosa acerca del comportamiento de un material durante procesos tales como fusión, cristalización, moldeo etc.. Paloma Fernández Sánchez Departamento de Física de Materiales, Físicas, UCM 1 Conceptos preliminares sobre transformaciones de fase DEFINICIONES Y CONCEPTOS FUNDAMENTALES COMPONENTE: Elemento o compuesto que forma parte de una aleación DISOLVENTE: Representa el componente mayoritario en una aleación SOLUTO: Representa el componente minoritario de la aleación SISTEMA: * Cuerpo de un material determinado * Serie de posibles aleaciones constituidas por los mismos componentes en distintas proporciones SOLUCIÓN SÓLIDA: Mezcla de dos o más componentes en la que los átomos de soluto pueden ocupar posiciones tanto sustitucionales como intersticiales. LÍMITE DE SOLUBILIDAD: Concentración máxima de soluto que, en determinadas condiciones, puede disolver el disolvente Paloma Fernández Sánchez Departamento de Física de Materiales, Físicas, UCM 2 Conceptos preliminares sobre transformaciones de fase Y EL CONCEPTO ESTRELLA.... FASE: Es cada una de las porciones de un sistema que puede considerarse homogénea Se caracteriza por variables termodinámicas que nos permiten especificar el estado del sistema Los parámetros termodinámicos del sistema completo se pueden “construir” a partir de los de sus fases constituyentes MICROESTRUCTURA: se caracteriza por el número de fases, su proporción y su distribución dentro del sistema. Depende del número de componentes, de la concentración de cada uno de ello, de la historia térmica del sistema etc. Una fase aislada sólo es estable si su energía libre es mínima para las condiciones termodinámicas dadas, lo que sólo ocurre en condiciones de equilibrio....... Paloma Fernández Sánchez Departamento de Física de Materiales, Físicas, UCM 3 Conceptos preliminares sobre transformaciones de fase EQUILIBRIO DE FASES El concepto de equilibrio es absolutamente esencial en todos los procesos físicos. Macroscópicamente el equilibrio se traduce en que las características del sistema no varíen con el tiempo, en particular en lo que se refiere a su microestructura, es decir a las fases que lo constituyen. Llegamos así a los DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO DE FASES o DIAGRAMAS CONSTITUCIONALES Estos diagramas representan las relaciones entre estructura y composición y proporción de las fases en equilibrio. Veamos ya qué información podemos obtener de un diagrama constitucional. Empecemos con un ejemplo sencillo Paloma Fernández Sánchez Departamento de Física de Materiales, Físicas, UCM 4 Conceptos preliminares sobre transformaciones de fase Sistema agua-azúcar Límite de solubilidad T, ºC Disolución líquida (jarabe) Jarabe + azúcar sólido Agua Azúcar Composición (% peso) • Fases presentes para diferentes composiciones y temperatura. • Proporción y composición de cada una de las fases presentes • Temperaturas de inicio y fin de la transición • Solubilidad en estado sólido Paloma Fernández Sánchez Departamento de Física de Materiales, Físicas, UCM 5 Conceptos preliminares sobre transformaciones de fase ALGUNAS FUNCIONES TERMODINÁMICAS DE INTERÉS ∂H CP = ∂T P T ∫C H= P dT 298 Entalpía T Entropía S=∫ 0 CP dT T Paloma Fernández Sánchez Departamento de Física de Materiales, Físicas, UCM 6 Conceptos preliminares sobre transformaciones de fase Habitualmente nos interesa más la función de Gibbs G=H-TS, lo que a presión constante nos permite escribir dG=-SdT Pendiente Cp Pendiente -S H(líquido) H(sólido) G(sólido) Salto en CP Continuidad en G Sólido estable Líquido estable Paloma Fernández Sánchez Departamento de Física de Materiales, Físicas, UCM G(líquido) 7
