Un elemento o composto chimico può esistere come fasi diverse (acqua liquida, vapore d'acqua e ghiaccio, Fe α, Feγ)

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1 !"# Una singola fase ha in ogni sua parte un identico comportamento se sottoposta a sollecitazioni fisiche o chimiche Può essere costituita da più di un elemento chimico (ad esempio nelle soluzioni solide metalliche accade che all interno della struttura cristallina di uno dei due metalli trovano posto degli atomi dell altro (in posizioni interstiziali o sostituzionali) Un elemento o composto chimico può esistere come fasi diverse (acqua liquida, vapore d'acqua e ghiaccio, Fe α, Feγ)

2 ! BIVARIANZA Posso realizzare la fase alfa decidendo indipendentemente T e composizione INVARIANZA Per avere 3 fasi non posso cambiare né T né composizione MONOVARIANZA Non posso cambiare indipendentemente T e composizione: se cambio T la composizione delle 2 fasi segue le linee di solvus

3 Determinare le fasi presenti al variare di temperatura, pressione e e composizione di un sistema Determinare la composizione di ogni fase Calcolare le quantità relative delle fasi presenti in un equilibrio Determinare la solubilità massima di un componente in un altro Conoscere la temperatura di fusione delle varie fasi Determinare la temperatura a cui avvengono le trasformazioni di fase Determinare le fasi presenti al variare di temperatura, pressione e e composizione di un sistema Solo fase liquida T fb Fase liquida+fase solida REGIONE BIFASICA +S T fa Solo fase solida S A (100%) B (100%) Miscibilità completa allo stato liquido e solido

4 Determinare le fasi presenti al variare di temperatura, pressione e e composizione di un sistema Solo fase liquida T fa T fb Fase liquida + fase solida REGIONE BIFASICA A+ B+ 2 fasi solide A+B A (100%) B (100%) Miscibilità completa allo stato liquido, nulla allo stato solido Determinare le fasi presenti al variare di temperatura, pressione e e composizione di un sistema Solo fase liquida T fa Fase liquida+fase solida REGIONI BIFASICHE α+ β+ T fb 1 fase solida α β α: solizione solida di B in A α + β β: solizione solida di A in B 2 fasi solide A (100%) B (100%) Miscibilità completa allo stato liquido, parziale allo stato solido.

5 determinare la composizione di ogni fase (regioni monofasiche) +S S Nelle regioni monofasiche la composizione è la stessa della lega di partenza Composizione liquido Composizione solido determinare la composizione di ciascuna fase (regioni bifasiche) REGIONI BIFASICHE: REGOA DE ORIZZONTAE +S Composizione del liquido S Composizione del solido Tracciare l isoterma di interesse Individuare i punti di intersezione di questa linea con le curve di liquidus ( ) e di solidus (+) a composizione del liquido è il valore dell asse delle x corrispondente all intersezione dell isoterma con la linea di liquidus a composizione del solido è il valore dell asse delle x corrispondente all intersezione dell isoterma con la linea di solidus CURVA DI IQUIDUS = al di sopra di essa non è presente altro che liquido CURVA DI SOIDUS = al di sotto di essa non è presente altro che solido

6 Calcolare le quantità relative delle fasi presenti in un equilibrio REGIONI BIFASICHE: REGOA DEA EVA c e Tracciare l isoterma di interesse Individuare i punti di intersezione di questa linea con le curve di liquidus ( c) e di solidus (+ d) +S d a percentuale delle due fasi presenti in un punto prestabilito della regione bifasica (e) è definita dalle regola della leva: S % = (ed/cd)*100 %S = (ce/cd)*100 Determinare la solubilità massima di un componente in un altro IMITE DI SOUBIITA : massima concentrazione di atomi di soluto che possono dissolversi nel solvente formando una soluzione solida (dipende dalla temperatura) A 80 C il limite di solubilità dello zucchero nell acqua 72% At 20 C il limite di solubilità dello zucchero nell acqua 65%

7 Si ha miscibilità illimitata di due componenti quando questi sono completamente solubili l uno nell altro sia allo stato liquido che allo stato solido. Esempi di componenti completamente miscibili allo stato liquido sono acqua ed alcool, allo stato solido sono Cu-Ni ed Ag-Au. Tracciando un punto sul diagramma di fase si può capire se ci si trova in un sistema monofasico liquido, in un sistema monofasico solido o in un sistema bifasico; in quest ultimo caso, per conoscere composizione e quantità relative delle fasi si ricorre alla "regola della leva" k h a regola dell orizzontale permette di trovare le composizioni delle due fasi in equilibrio all interno di una zona bifasica; esse si leggono sull ascissa di un diagramma di stato. Si traccia l isoterma e vengono individuati due punti, uno sulla curva del liquidus ed uno sulla curva del solidus, Si tracciano, partendo da questi due punti, due linee verticali vengono individuati altri due punti sull asse delle ascisse I due punti sono contrassegnati nel diagramma dalle lettere k ed h: la k rappresenta la composizione del liquido mentre la h rappresenta la composizione del solido

8 + (

9 Soluzioni solide che ammettono completa miscibilità importanti nella scienza dei materiali introduzione di atomi sostituzionali in un reticolo cristallino influenza su proprietà meccaniche (resistenza), elettriche, ottiche, magnetiche. $ % & ' & ( & ) & * & + ('', SITUAZIONE DI EQUIIBRIO!!!! " # $ %&'%

10 Solidificazione attraversamento del sistema bifasico continue modifiche delle composizioni delle fasi liquida e solida. EQUIIBRIO grani di composizione omogenea (diversa da quella che aveva ciascun grano al momento della sua formazione). NON-EQUIIBRIO grani di composizione diversa (ciascun grano ha una composizione vicina a quella che aveva quando si è formato). (α # "! "#$ %# $!) #α * # + ), $ #&'#& %#((! $-# #./0 " 1

11 ) * Due elementi o composti possono non risultare affatto miscibili. Miscibili nello stato liquido e immiscibili nello stato solido: Alla solidificazione si ottengono i due elementi/composti distinti. Es: Bi-Cd: Bi: struttura ortorombica (legame metallo-covalente sul piano basale e legame debole fra piani) Cd:carattere metallico e struttura esagonale compatta Nessuna tendenza a fare soluzione solida )* Nella zona : Fase liquida alla concentrazione data. Nella zona +α: Sistemi bifasici una fase liquida ed una solida (α) di composizioni date dalle intersezioni delle isoterme con le rispettive curve di liquidus e solidus. Nella zona +β: Idem (sostituiamo fase solida α con β) Nelle zone α e β: Sistema solido monofasico (rispettivamente α e β). Nella zona α + β: Sistemi bifasici costituiti da: A saturo di B e B saturo di A. inea di Solvus

12 SOUBIITA NUA AO STATO SOIDO T fa iquidus Solidus T fb Solvus A+ B+ A+B A (100%) B (100%) SOUBIITA IMITATA AO STATO SOIDO T fa iquidus Solidus α: soluzione solida di B in A β: soluzione solida di A in B α α+ β+ β T fb Solvus α + β A (100%) B (100%)

13 EUTETTICO T fa T fa T fb T fb A+ B+ α+ β+ A+B α α + β β A (100%) B (100%) A (100%) B (100%) TRASFORMAZIONE EUTETTICA A+B TRASFORMAZIONE EUTETTICA α+β Completamen te liquido Completamente liquido Eutettico: tutto il liquido solidifica per dare due fasi solide α e β Completamente liquido Solidifica il primo cristallo di α ultima goccia di liquido solidifica come α Iniziano a formarsi piccole particelle di β T fa α α+ α + β β+ β T fb A (100%) B (100%) Solidificail primo cristallo di β Il liquido solidifica completamente per dare la struttura eutettica α-β

14 Un esempio di diagramma reale: Pb-Sn )5* #'+ %+ %+!,$!''! %+!! '+-+.+(+ /!$0+!(#.&1 +-$ $2 2$!!!'.+#& #,$!&+#32+!+-+ %+!(4!

15 )* #'+ %+ %+!,$!''! %+!! '+-+.+(+ /!$0+!(#.&1 +-$ $2 2$!!!'.+#& #,$!&+#32+!+-+ %+!(4! (+,$!&+ %+.#! )8*9 #'+ %+ %+!,$!''! %+!! '+-+.+(+ /!$0+!(#.&1 Possiamo calcolare con la regola della leva: la concentrazione di primario, della struttura eutettica, ed ancora la concentrazione totale di e nella struttura ega ipo-euttettica

16 )8*9 #'+ %+ %+!,$!''!%+!! '+-+.+(+ /!$0+!(#.&1 +-$ $2 2$!!!'.+#& # +-$ $2 2$! #2 # +-! -. Congruente Il liquido che si forma alla fusione ha la stessa composizione del solido di partenza

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