DIAGRAMA DE FASES

CAPITULO 1 - DIAGRAMA DE FASES DO ALUMINIO - COBRE

Figura 1 - Diagrama de fases entre alumínio e cobre.

Este diagrama permite ver que as fases presentes são: Líquido, Solução sólida de alumínio (Al) e CuAl2 (θ). A máxima solubilidade de cobre na fase (Al) é de 5,6% a 547 graus Celsius.

1.1 - Fases do Diagrama "COMPOSIÇÃO X TEMPERATURA"

Os sistemas homogêneos formados pela mistura de dois líquidos miscíveis ou um sólido dissolvido em um líquido podem ser separados pela destilação. Destilação é um processo caracterizado por uma dupla mudança de estado físico, em que uma substância, inicialmente no estado líquido, é aquecida até atingir a temperatura de ebulição, transformando-se em vapor, e novamente resfriada até que toda a massa retorne ao estado líquido.A destilação pode ser simples ou fracionada, dependendo da diferença entre os pontos de ebulição das substancias principais componentes da mistura.

Fase: é uma porção homogênea de um sistema que possui características físicas e químicas uniformes. A solução de xarope açúcar-água é uma fase enquanto o açúcar sólido é outra fase. Nesse exemplo, cada fase possui propriedades físicas diferentes (uma é liquida e a outra é sólida) assim como propriedades químicas diferentes (uma é açúcar puro e a outra é uma solução). Não é necessário que existam diferenças tanto nas propriedades químicas e nas físicas, exemplo: Água e gelo, são duas fases, possuem as mesmas propriedades químicas, mas possuem propriedades físicas distintas. Ou Ainda quando uma substancia pode existir em duas ou mais formas polimórficas (estruturas C e CFC, exemplo, Ferrita-α (C) e Austenita (CFC)) cada uma dessas estruturas consistem em uma fase separada, pois suas características físicas são diferentes.

1.2 - Características das Fases

1.2.1 - Diagramas de fase 2D

Os mais simples diagramas de fase são diagramas pressão-temperatura de uma única substância, tais como água. Os eixos correspondem a pressão e temperatura. O diagrama de fase mostra, em espaço pressão-temperatura, as linhas de equilíbrio ou contornos de fase entre as três fases de sólido, líquido e gás.

Um típico diagrama de fase. A linha pontilhada dá o comportamento anômalo da água. As linhas verdes marcam o ponto de congelamento e a linha azul o ponto de ebulição, mostrando como tais grandezas variam de acordo com a pressão.

As curvas sobre o diagrama de fase mostram os pontos onde a energia livre (e outras propriedades derivadas) torna-se não-analítica: seus derivados, com relação às coordenadas (temperatura e pressão, neste exemplo) mudam descontinuamente (abruptamente). Por exemplo, a capacidade térmica de um recipiente cheio de gelo vai mudar abruptamente com o recipiente sendo aquecido após o ponto de fusão. Os espaços abertos, onde o energia livre é analítica, correspondem a regiões de fase única. Regiões monofásicas são separadas por linhas não analíticas, onde transições de fase ocorrem, que são chamados contornos ou limites de fase.

No diagrama à esquerda, o contorno de fase entre líquido e gás não continua indefinidamente. Em vez disso, ele termina em um ponto no diagrama de fase chamado ponto crítico. Isto reflete o fato que, a extremamente altas temperaturas e pressões, as fases líquidas e gasosas tornam-se indistinguíveis2 , no que é conhecido como um fluido supercrítico. Na água, o ponto crítico corresponde a aproximadamente Tc=647.096 K (1164.773 °R), pc=22.064 MPa (3,200.1 psi) e ρc=356 kg/m³.3

A existência do ponto crítico gás-líquido revela uma ligeira ambiguidade na classificação das regiões de fase única. Quando vai-se da fase líquida para a gasosa, geralmente cruza-se a fronteira de fase, mas é possível escolher um caminho que não cruze a fronteira, indo para a direita do ponto crítico. Assim, as fases líquida e gasosa podem se transformar continuamente uma na outra. A este fato se dá o nome de continuidade de estados e o principio que o reconhece é o princípio da continuidade de estados.

O contorno de fase líquido-sólido no diagrama de fase da aioria das substâncias tem um coeficiente angular positivo; quanto maior a pressão sobre uma determinada substância, o aproximar das moléculas da substância as coloca interpostas uma das outras, o que aumenta o efeito das forças intermoleculares da substância. Assim, a substância requer uma temperatura mais elevada para as suas moléculas terem energia suficiente para quebrar o padrão fixo da fase sólida e entrar na fase líquida. Um conceito similar aplica-se a mudanças de fase gás-líquido.4 Água, por causa de suas propriedades particulares, é uma das várias exceções à regra.

Além disso, apenas a temperatura ou pressão, outras propriedades termodinâmicas podem ser representadas graficamente em diagramas de fase. Exemplos de tais propriedades termodinâmicas incluem volume específico, entalpia específica, ou entropia específica. Por exemplo, gráficos de componente único de temperatura vs. entropia específica (T vs. s) para água/vapor ou para um refrigerante são normalmente uados para ilustrar ciclos termodinâmicos tais como um ciclo de Carnot, ciclo Rankine, ou ciclo de refrigeração por compressão. Em um gráfico bidimensional, duas das grandezas termodinâmicas podem ser mostrados nos eixos horizontal e vertical. Grandezas termodinâmicas adicionais podem cada ser ilustradas em incrementos de uma série de linhas - em curva, reta, ou uma combinação de curvas e retas. Cada uma dessas iso-linhas representa a grandeza termodinâmica de um certo valor constante.

1.3 - Diagramas de fase 3D

É possível vislumbrar gráficos tridimensionais (3D) mostrando três grandezas termodinâmicas. Por exemplo, para um único componente, um sistema de coordenadas cartesianas de gráfico tipo 3D pode mostrar a temperatura (T) em um eixo, a pressão (P) em um segundo eixo, e o volume específico (v) em um terço. Um tal gráfico 3D é às vezes chamado de diagrama P-v-T, ou comumente, PVT. As condições de equilíbrio seriam mostrado como uma superfície curva em 3D com áreas de coexistência de fases sólido, líquido e vapor e as áreas onde sólido e líquido, sólido e vapor ou líquido e vapor encontram-se equilíbrio. Uma linha na superfície chamada uma linha tripla é onde sólido, líquido e vapor podem todos coexistir em equilíbrio. O ponto crítico continua a ser um ponto sobre a superfície, mesmo em um diagrama de fases em 3D. Uma projeção ortogonal do gráfico P-v-T 3D mostrando