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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.
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