Equilibrio sólido-líquido

El equilibrio sólido-líquido es de gran importancia por su conexión con los problemas de cristalización y se caracterizan por la ausencia de una fase gaseosa por lo que son llama sistemas condensados; además que es poco afectado por los cambios de presión. Las mediciones en el equilibrio sólido-líquido se llevan a cabo a presión ambiente y esta se considera constante, debido a la mínima, a que el sistema es poco alterado por la presión. Por lo que las únicas variables que permanecen son la temperatura y la concentración de los constituyentes.

Si una disolución líquida de dos sustancias A y B se enfría a temperaturas suficientemente bajas, aparecerá un sólido. Esta temperatura es el punto de congelación de la solución y depende de la composición. En el análisis de la disminución de la temperatura de congelación obtuvimos la ecuación:

ln X A=−∆ H fus, A

R ( 1T − 1T OA )

Suponiendo que el sólido A puro está en equilibrio con una solución líquida ideal. La ecuación anterior relaciona la temperatura de congelación de la solución con la fracción mol de A en la solución XA. En la siguiente figura se muestra un diagrama de esta función. Los ´puntos sobre la curva representan estados líquidos del sistema, los situados debajo de la curva representan estados en los cuales coexisten A puro en equilibrio con la solución. La curva se denomina curva del líquido.

Un punto como a representa la solución de composición b en equilibrio con el solido de composición c, esto es, A puro. Según la regle de la palanca, la relación del numero de moles de solución con el numero de moles de sólido A es igual a la relación entre los segmentos de la línea de enlace ac/ab. A menor temperatura, mayor es la cantidad relativa de solido para una composición global particular.

Esta curva no puede representar la situación en todo intervalo de composición. En la medida en que XB 1, es de esperar la congelación del sólido B por encima de las temperaturas indicadas por la curva en esta región. Si la solución es ideal, la misma ley es válida para la sustancia B:

ln X B=−∆H fus, B

R ( 1T− 1TOB )

Donde T es la temperatura de congelación de B en la solución. Esta curva aparece en las siguientes figuras. Las curvas se intersecan a una temperatura Te, la temperatura eutéctica. La composición Xe es la composición eutéctica. La línea

GE es la curva de la temperatura de congelación en función de la composición de B. Los puntos como a debajo de esta curva representan estados en los cuales el sólido B puro esta en equilibrio con la solución de composición b. Un punto sobre EF representa sólido B puro en equilibrio con la solución de composición Xe,. Sin embrago, un punto sobre DE representa sólido A puro en equilibrio con la solución de composición Xe. Por tanto la solución con composición eutéctica Xe esta en equilibrio con el sólido A puro y con el sólido B. Si están presentes tres fases, F’ = 3 – P = 3 – 3 = 0, el sistema es invariante a esa temperatura. Si fluye calor al sistema, la temperatura a varia hasta desaparecer una fase; por tanto, las cantidades relativas de las tres fases cambian en la medida en que fluye calor. La cantidad de líquido disminuye en tanto que aumenta la dos fases sólidas presentes. Los puntos bajo la línea DEF representan los estados del sistema en los cuales están presentes solo los dos sólidos, dos fases, A y B puros.

Diagrama Eutéctico

Solubilidad total en estado líquido y nula en sólido

Eutéctico: punto invariante (F= 0) en el que un líquido (L) se transforma en

otros dos sólidos diferentes (α y β).

Reacción eutéctica

L → α + β