Diagrammi di fase binari

Per una data composizione e temperatura, i diagrammi di fase permettono di stabilire quali sono, all’equilibrio, le fasi presenti, la loro abbondanza e la loro composizione per una data composizione e temperatura (diagrammi T-x) , o per una data composizione e pressione ( diagrammi P-x).

Dall’analisi termica dei sistemi binari, formati cioè da due componenti, è possibile ottenere un diagramma di fase che descrive, in condizioni isobare o isoterme di equilibrio termodinamico, il rapporto esistente tra la temperatura e la composizione della miscela o tra la pressione e la composizione della miscela .

Per i diagrammi di fase binari, ovvero in cui sono presenti due componenti, si può presentare un sistema che segue la Legge di Raoult, un sistema con azeotropo oppure un sistema con eutettico; si analizzerà un diagramma di fase con eutettico ovvero di una miscela di sostanze in cui il punto di fusione è minore rispetto a quello delle singole sostanze che la compongono.

In figura viene rappresentato, in condizioni isobare, un diagramma di fase T-x relativo a due componenti A e B e le possibili fasi: cristalli di A, cristalli di B, liquido con composizioni variabili tra A puro e B puro.

La composizione può essere espressa in termini di frazione molare di A o di B e la loro somma deve essere uguale a 1 o in termini di percentuale e in tal caso la loro somma deve essere uguale a 100.

Le curve delimitano il campo di esistenza della fase liquida e della fase liquida in equilibrio con quella solida mentre una retta delimita il campo di esistenza dello stato solido.

eutettico

Come si nota dal grafico relativo a componenti immiscibili allo stato solido e completamente miscibili allo stato liquido i punti TmA e TmB rappresentano rispettivamente la temperatura di fusione di A e la temperatura di fusione di B. La retta  che tocca il punto E detto punto eutettico, ha intercetta sul valore TE e delimita il campo di esistenza dello stato solido. Nel punto eutettico e solo in esso tutte e tre le fasi, ovvero fase liquida, cristalli di A e cristalli di B si trovano in equilibrio.

Per tutte le composizioni tra A puro e B puro la temperatura di fusione è minore rispetto alla temperatura di fusione di A e di B puri e la fusione inizia alla temperatura dell’eutettico TE.

Consideriamo la cristallizzazione di un liquido a composizione X.

Si deve tener presente che in un sistema chiuso in un equilibrio di cristallizzazione o di fusione la composizione finale del sistema deve essere uguale a quella iniziale.

Quindi la composizione di X che è costituito dall’80% di A e dal 20% di B avrà, nel prodotto cristallino finale l’80% di cristalli di A e il 20% di cristalli di B.

Al di sopra della temperatura T1 ci troviamo di fronte a un liquido, alla temperatura T1 iniziano a formarsi i cristalli di A e, al diminuire di essa si forma una quantità sempre maggiore di cristalli di A.

Nella fase liquida pertanto, mano a mano che si formano cristalli di A, aumenta la quantità di B. abbassando la temperatura, quindi, la composizione del liquido varia e a tutte le temperature comprese tra T1 e TE sono presenti due fasi: fase liquida e cristalli di A.

Alla temperatura TE iniziano a formarsi i cristalli di B e quindi coesistono tre fasi: fase liquida, cristalli di A e cristalli di B.

Se la temperatura scende al di sotto di quella del punto eutettico TE la fase liquida scompare in quanto il liquido cristallizza completamente in cristalli di A e in cristalli di B che si troveranno nella stessa proporzione originaria ovvero 80% di A e 20% di B.

Si può riassumere quanto detto nel seguente schema:

Per la composizione X:

T > T1 → tutto liquido

T1 < T < TE → liquido + cristalli di A

TE → liquido + A + B

T < TE → A + B solidi

 

Avatar

Author: Chimicamo

Share This Post On