Diagramas de fase

Realizado por: Lupwin RodríguezIngeniería Química

Porlamar Agosto, 2015

CONCEPTOS BÁSICOS

¿Qué es un sistema?

Es la cantidad de materia con masa y propiedades fijas sobre la cual centramos nuestra atención. Un sistema químico consiste en cualquier combinación de componentes químicos bajo observación.

Un sistema no puede contener más de una fase gaseosa, pero sí puede tener varias fases líquidas y sólidas.

Alrededor o entorno

Es todo aquello que se encuentra fuera del sistema

Tipos de sistemas

Sistema Abierto: es aquel sistema que intercambia materia y energía con sus alrededores. Un ejemplo de sistema abierto es un líquido colocado en un recipiente abierto a la atmósfera.

Sistema cerrado: es un sistema que puede recibir o ceder energía, pero no puede intercambiar materia. Un ejemplo de sistema cerrado puede ser un recipiente cerrado al cual se le aplican variaciones de temperatura. El ganará o perderá energía, pero su masa permanecerá constante.

Sistema aislado: en este tipo de sistema no existe intercambio de energía con sus alrededores. Como ejemplo de este sistemas se encuentran los sistemas al vacío donde se producen reacciones aisladas del medio que las rodea.

¿Qué es una fase?

Es cada una de las zonas macroscópicas del espacio de una composición química, y sus propiedades físicas homogéneas, que forman un sistema.

Por ejemplo, el grafito y el diamante son dos formas alotrópicas del carbono; son, por lo tanto, fases distintas, pero ambas pertenecen al mismo estado de agregación (sólido).

Separación de fasesLa separación en fases es señal clara de la falta de miscibilidad del sistema. Estas fases se pueden separar por medio de diferentes operaciones unitarias.

TamizadoLa tamización o tamizar es un método físico para separar mezclas en el cual se separan dos sólidos formados por partículas de tamaño diferente. Consiste en hacer pasar una mezcla de partículas de diferentes tamaños por un tamiz o cualquier cosa con la que se pueda colar.

Un ejemplo podría ser: si se saca tierra del suelo y se espolvorea sobre el tamiz, las partículas finas de tierra caerán y las piedras y partículas grandes de tierra quedarán retenidas en el tamiz. De esta manera se puede hacer una clasificación por tamaños de las partículas.

Levigación

Es un proceso físico, que consiste en separar las partículas dependiendo de su masa y como consecuencia por su granulometría. . Es un método mecánico de separación de fases del cual se pasa de una sustancia heterogénea a una sustancia homogénea.

Decantación

En la decantación se separa un sólido o líquido más denso de otro fluido (líquido o gas) menos denso y que por lo tanto ocupa la parte superior de la mezcla. Es un proceso importante en el tratamiento de las aguas residuales.

FiltraciónEs el proceso unitario de separación de sólidos en suspensión en un líquido mediante un medio poroso, que retiene los sólidos y permite el pasaje del líquido.

Evaporación

Es un proceso físico que consiste en el paso lento y gradual de un estado líquido hacia un estado gaseoso, tras haber adquirido suficiente energía para vencer la tensión superficial. A diferencia de la ebullición, la evaporación se puede producir a cualquier temperatura, siendo más rápido cuanto más elevada sea esta.

Destilación

Es la operación de separar las distintas sustancias que componen una mezcla líquida mediante vaporización y condensación selectivas. Dichas sustancias, que pueden ser componentes líquidos, sólidos disueltos en líquidos o gases licuados, se separan aprovechando los diferentes puntos de ebullición de cada una de ellas.

Cristalización

Es un proceso por el cual a partir de un gas, un líquido o una disolución, los iones, átomos o moléculas establecen enlaces hasta formar una red cristalina, la unidad básica de un cristal. La cristalización se emplea con bastante frecuencia en química para purificar una sustancia sólida.

Componentes

Son elementos químicos y/o compuestos con los cuales es constituida una aleación. Se trata de elementos que, a través de algún tipo de asociación o contigüidad, dan lugar a un conjunto uniforme.

En un sistema puede estar presente uno o más componentes. Por ejemplo; un sistema conformado por un componente sería un vaso con aceite. Si se coloca en el mismo recipiente, vinagre, el sistema estará conformado por 2 componentes: aceite y vinagre. Los componentes pueden encontrarse en estado gaseoso, líquido o sólido, en el ejemplo ambos componentes se presentan en estado líquido y conforman 2 fases.

Aleaciones Es el producto de la unión de dos o mas elementos químicos, uno de los cuales ha de tener carácter metálico.

Las aleaciones están constituidas por elementos metálicos como Fe (hierro), Al (aluminio), Cu (cobre), Pb (plomo), ejemplos concretos de una amplia gama de metales que se pueden alear. El elemento aleante puede ser no metálico, como: P (fósforo), C (carbono), Si (silicio), S (azufre), As (arsénico).

En las aleaciones, para que se produzca una solución solida estable, es necesario que los elementos que la constituyen formen parte de la misma red cristalina.

Diagramas de faseSon representaciones graficas de las fases que están presentes en un sistema de materiales a varias temperaturas, presiones y composiciones.

Regla de Gibbs

Permite calcular el número de fases que pueden existir en equilibrio en cualquier sistema. = C + 2

Donde:f: es el numero de fases presentes en el análisis.N: grado de libertad, es decir el número de variables que se pueden modificar sin que varíen las fases del sistema.C: es el número de componentes del sistema.

Diagramas de equilibrio en las aleaciones

Regla de la palanca

Es el método empleado para conocer el porcentaje en peso de las fases "sólida y líquida" también "solida y solida" , presentes en una aleación de una cierta concentración cuando se encuentra a una determinada temperatura.

Diagrama hierro-carbonoEn el diagrama de equilibrio o de fases hierro-carbono (Fe-C) se representan las transformaciones que sufren los aceros al carbono con la temperatura, admitiendo que el calentamiento (o enfriamiento) de la mezcla se realiza muy lentamente de modo que los procesos de difusión (homogeneización) tienen tiempo para completarse. Dicho diagrama se obtiene experimentalmente identificando los puntos críticos —temperaturas a las que se producen las sucesivas transformaciones— por métodos diversos.