aula_diagrama_solido_liquido

Prévia do material em texto

DIAGRAMAS DE FASESDIAGRAMAS DE FASES
LÍQUIDOLÍQUIDO--SÓLIDO SÓLIDO 
UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E BIOLÓGICAS
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
LÍQUIDOLÍQUIDO--SÓLIDO SÓLIDO 
QUI 116 QUI 116 –– Turma 11Turma 11
Data: 28/09/2010
A Regra da Alavanca também pode ser aplicada quando não se conhece a massa
total ou o número de mols total do sistema
Nesse caso, obtém-se as quantidades relativas dos componentes em cada fase,
em termos da porcentagem
100100% x
XX
XX
x
ba
bc
L
BB
vapor
−
−
==
α
α
Quantidades relativas de L (líquido) e
de αααα (vapor):
XXba
L
BB −
α
100100% x
XX
XX
x
ba
ca
L
BB
L
BB
L
−
−
==
α
Equilíbrio Sólido-Líquido
Considerando um sistema binário, em determinadas temperaturas, as fases sólida
e líquida podem estar presentes em equilíbrio.
a1 = solução líquida (1 fase)
a1 →→→→ a2 = solução líquida entra em
equilíbrio com os primeiros traços do sólido
B puro (2 fases)
a →→→→ a = Mais sólido é formado, e as
Considerando o resfriamento da solução
líquida:
a2 →→→→ a3 = Mais sólido é formado, e as
quantidades relativas do sólido B puro e da
solução líquida são dadas pela regra da
alavanca. A fase líquida é mais rica no
componente A do que a solução inicial
a3 →→→→ a4 = Existem 3 fases em equilíbrio, o
sólido B puro, o sólido A puro e o líquido
com composição e (ponto eutético)
Abaixo de a5 = formação de 2 fases
sólidas, A e B, cujas quantidades relativas
são dadas pela regra da alavanca
Eutético
A composição eutética é a mistura com a menor temperatura de fusão
Composição 
eutética
Na composição eutética, a mistura binária funde-se ou solidifica-se sem
alteração da composição.
Exemplo de um eutético com aplicação tecnológica:
Solda (liga de Sn e Pb):
Sn (Tf: 232 °C)
Pb (Tf: 326 °C)
Liga: 67 % de Sn e 33 % de Pb →→→→ funde a 183 oC
Diagrama de fases Pb-Sn
Sn
Quando a solda é resfriada, forma-se um sólido com uma mistura muito homogênea
de microcristais
Quando a solução líquida de Pb-Sn possui uma composição diferente da eutética,
quando a mesma é resfriada, forma-se um sólido com microestrutura cristalina
heterogênea.
Outro exemplo de formação de eutético
Solução de NaCl 23 % / H2O 77 % ���� Tf: - 21 oC
Solução
Solução + 
NaCl(s)
T ºC
Sal adicionado ao gelo em
condições isotérmicas:
a mistura funde se a temperatura
está acima de -21 ºC
Condição adiabática:
a temperatura do sistema cai e se
suficiente sal é adicionado a
0 -
-21 -
% NaCl (m/m) 1000
Gelo + NaCl(s)
Solução
+ Gelo
Curva do ponto de 
congelamento da água
suficiente sal é adicionado a
temperatura cai à do eutético
Sistemas que Formam Compostos
Misturas binárias podem reagir e formar compostos
Exemplo: Semicondutor Ga /As forma o composto GaAs:
Ga + As ↔↔↔↔ GaAs
A + B ↔↔↔↔ C
Região com 
excesso de B
Região com 
excesso de A
Forma-se o composto C a partir da reação
entre A e B
Aparência de dois diagramas eutéticos
superpostos
Partindo de uma composição a1:
Durante o resfriamento é formado o sólido
C puro, e a solução torna-se cada vez
mais saturada do componente B
Atinge-se a composição eutética em a4
superpostos
Fusão Congruente: a composição do
líquido que se funde é igual à composição
do composto C sólido
Fusão Incongruente e Peritético
O composto C não é estável como líquido
Ex. Liga Na2K (sólido)
- a1 resfriado até a2
algum Na sólido é depositado (contaminado
levemente com K) e o líquido remanescente é
rico em K
- Abaixo de a3 (Na sólido + Na2K sólido)
-b1 resfriado até b2-b1 resfriado até b2
Na sólido é depositado
-b3 a reação ocorre e forma Na2K (peritético)
Na(s) + líquido →→→→ Na2K(s)
mistura líquida Na/K está em equilíbrio com Na2K
sólido, mas não tem Na2K líquido
Fusão Incongruente: a fusão do composto é
acompanhada pela sua decomposição, de modo
que o mesmo não existe na forma líquida
Diagrama Ferro-Carbono
Aço Ferro Fundido
Ligas acima 
de 6,7 % de C 
não tem valor 
comercial
Austenita (Ferro γγγγ)
Solução sólida de C no Ferro γ, que possui estrutura cúbica de
face centrada (cfc)
Solução intersticial – a estrutura cristalina do Ferro γ não é alterada
Propriedades:
Material dúctil, grãos grandes, estável a altas temperaturas, alta
solubilidade de C (até 2,14 %).
Ferrita (Ferro αααα)
Ferro passa da estrutura cfc para a estrutura cúbica de corpo 
centrado (ccc) – novamente forma uma solução intersticial do C na 
estrutura cristalina do Fe
Propriedades: Material dúctil, grãos pequenos, estável a baixas 
temperaturas, baixa solubilidade de C (até 0,022 %).
Eutetóide
Formação da Perlita – estrutura lamelar de ferrita e cementita
Formada como produto da transformação eutetóide da austenita
A perlita possui boa resistência mecânica
Referências Bibliográficas
1. G. Castellan, Fundamentos de Físico Química, LTC Editora, Rio de Janeiro,
1991.
2. P. W. Atkins, J. Paula, Físico-Química Vol. 1, LTC Editora, Oitava Edição, Rio
de Janeiro, 2008.
3. W. D. Callister Jr., Materials Science and Engineering, An Introduction, John
Wiley & Sons, Quinta Edição, Nova Iorque, 2000.