Fsica de los Materiales. Puntos de fusin de

sistemas binarios

Carlos Soto Sarmiento. Joaqun Montes Fernndez

10 de abril de 2014

1. Objetivo

El objetivo de esta prctica ser el estudio del comportamiento para diferen-

tes concentraciones de un sistema binario sometido a cambios de temperatura.

2. Fundamentos

Los diagramas de fase constituyen una representacin de las relaciones de

estructura, composicin y cantidades de fases en equilibrio de un sistema ma-

terial. Existen distintos diagramas, pero la temperatura y la presin son los

parmetros variables de las aleaciones binarias.

En la gura anterior se muestra el diagrama del sistema binario de los com-

puestos orgnicos bifenilo y naftaleno. Estos compuestos son completamente

inmiscibles en estado slido y poseen temperaturas de fusin facilmente alcan-

zables en laboratorio.

Podemos ver en el diagrama que pueden existir varios fases de la mezcla.

Por debajo de la lnea Solidus se encuentran ambos compuestos solidos en fases

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A y B. Por encima de la lnea Lquidus los componestes estan en fase lquida y

entre ambas lneas se encuentran disoluciones tanto de lquido con fase A como

lquido con fase B.

3. Metodologa

El dispositivo usado para determinar la temperatura de las mezclas bifenilo-

naftaleno es un SMP10 "Melting Point Apparatus"de Bibby-Stuart, Inglaterra,

y se muestra a continuacin:

El procedimiento ser llenar con unos gramos de las distintas mezclas, con

diferentes concentraciones de los compuestos, unos capilares que se pondrn en

un bao de arena para que fundan a estado lquido para posteriormente dejar

enfriar a temperatura ambiente para homogeneizar. Una vez conseguido esto

utilizamos el dispositivo para ir calentando poco a poco las muestras hasta dar

con la temperatura de fusin de cada una que se anotar para posteriormente

sacar conclusiones de ellas.

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4. Cuestiones

Represente grcamente la temperatura de fusin de la fraccin

molar de naftaleno.

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Estime la temperatura y composicin eutcticas. Compare con los

valores bibliogrcos (fraccin molar de naftaleno 0.44; temperatura

300.8 K).

Para ello haremos dos grcas que muestren las dos tendencias:

Vamos a suponer que la interseccin de ambas rectas nos dar la estimacin

de la temperatura y composicin eutcticas:

CE = 0,58mol (1)

T = 53,85oC (2)

Vemos que la estimacin no es muy satisfactoria pero era de esperar ya que

los errores en laboratorio y la suposicin en el diagrama son errores importantes.

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Aplique la regla de las fases a cada uno de los puntos mostrados.

La regla de las fases se puede escribir (con c=2, dos componentes):

l = 2 f + 1 = 3 f (3)

Al considerar un campo monofsico del diagrama (liquidus, solidus) ya que

slo existe una fase, f = 1 y l = 2. Esto signica que para escribir completamenteuna aleacin que exista en el campo de un de estas fases se deben especicar

dos parmetros: composicin y temperatura. En las situaciones donde coexisten

dos fases (A+L,L+B) se tendr un solo grado de libertad.

Indique de modo cualitativo las microestructuras que se podran

encontrar al desplazarse a lo largo de cada una de las lneas del dia-

grama de fases.

Si empezamos en el diagrama a alta temperatura con alta composicin de

el componente A, ambos compuestos en estado lquido, y empezamos a enfriar

no se producen cambios en la composicin ni en la microestructura hasta que

se alcanza la lnea lquidus. En este punto aparece el primer slido A que tiene

la composicin indicada con la recta de reparto. Al continuar el enfriamiento,

las composiciones y cantidades relativas de ambas fases cambian hasta llegar

a la lnea solidus donde el producto nal es una disolucin slida de compo-

sicin indicada en la posicin que ocupe en el grco. Si nos situamos a altas

temperaturas pero con alta composicin de B el proceso es el mismo pero entre

las lneas lquidus y solidus aparecen solidos en la fase B. Si nos encontramos

a alta temperatura en la composicin eutctica ocurre que al enfriar pasamos

directamente, en la temperatura eutctica, de disolucin lquida a slida con la

composicin indicada.

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