Corso di chimica generale ed inorganica 31 - i sistemi ternari Finora abbiamo
trattato, al massimo, sistemi binari, ma è possibile rappresentare sistemi ternari,
costituiti cioè da tre componenti A, B, C? Cerchiamo di costruire un diagramma
relativamente semplice, in cui ogni coppia di componenti presenta un eutettico. Ognuna delle coppie possibili fra i tre componenti
A, B, C, ha un suo diagramma di stato liquido-solido con presenza di punto eutettico. Le Ti
rappresentano le singole temperature. La coppia A-B, per esempio, presenta
(come le altre coppie) un eutettico D, ed è rappresentata dalla faccia del prisma
triangolare su cui giacciono i punti (TA A B TB TD). La
parte superiore della faccia rappresenta la fase liquida L, sempre per la coppia A-B.
Essendo però presenti tre componenti (all'interno del prisma), il sistema, a seconda dei
rapporti A/B/C, ha le sue condizioni di equilibrio liquido-solido sulle tre superfici
ternarie (TA TE TG TD, marrone), (TB
TF TG TD, grigio), (TC TF TG
TE, verde). In particolare, la superficie (TA
TE TG TD) dà le condizioni in cui il solido A si separa
dal liquido ternario. Le curve generate dalle intersezioni tra
due superfici, (TD TG), (TE TG), (TF
TG), sono le curve eutettiche ternarie, che rappresentano le condizioni
di separazione di due fasi solide dal liquido (le fasi A puro e B puro per la curva TDTG,
per esempio). Queste tre curve si incontrano in un punto
eutettico ternario, individuato dalla TG, che rappresenta
la sola temperatura in cui il liquido può coesistere in equilibrio con le tre fasi solide
A, B, C. E' un punto invariante (v = 3 + 2 - 4 = 1) dato che la p è fissata. Sotto TG il liquido non può
esistere. I punti D',
E', F', G' sono le proiezioni
di TD, TE, TF, TG, sul piano ABC,
che, essendo perpendicolare all'asse del prisma, è isotermo; qualsiasi piano
ad esso parallelo rappresenta perciò una sezione del prisma che individua una
situazione isoterma. Ognuna di queste sezioni dà una
rappresentazione bidimensionale delle condizioni di equilibrio a quella temperatura. Per
esempio, a T > TA, TB,
TC, è un triangolo equilatero che rappresenta solo la fase liquida. Rappresenta una situazione in cui esiste solo la fase liquida,
L, in cui i tre componenti sono completamente miscibili tra loro. A T
<
TG, rappresenta solo
le fasi solide A, B, C ed è il triangolo base del prisma già visto in figura 31.1. Più interessanti
sono le sezioni isoterme che intersecano la zona di esistenza delle curve di equilibrio
ternario solido-liquido, per esempio a T > TG, ma di poco
superiore: Il triangoloide interno, L,
rappresenta la zona di esistenza della fase liquida. A E' D' (colore marrone) identifica la
zona di esistenza di A, B D' F' (colore grigio) identifica quella
di B, C F' E' (colore verde) identifica quella
di C. D', E', F' sono le miscele eutettiche
delle coppie AB, AC, BC. Se la temperatura
è invece un po' più alta, per esempio T = TD, ci troviamo
esattamente alla temperatura dell'eutettico tra A e B: Per il sistema AC siamo a
temperatura superiore a quella del suo eutettico (TE),
perciò esiste ancora la fase liquida tra E'' e E'''. Per il sistema BC invece la temperatura
è inferiore a quella del suo eutettico (TF): non può
esistere fase liquida con solo B e C a questa temperatura, dato che già tutto è
solidificato e cristallizzato come B e C. Per il sistema AB, infine siamo
esattamente alla temperatura del suo eutettico (TD),
perciò coesistono la fase liquida L e le fasi solide A e B. Se aumentiamo
ancora la temperatura, in modo essa sia inferiore a TA, ma superiore a TB e a TC: A questa temperatura non può esistere A solido, e
anche il campo di esistenza per B e per C è abbastanza ridotto. Abbiamo visto così
come sia possibile interpretare un diagramma di stato tridimensionale piuttosto complesso
fissando uno dei parametri: se fissiamo la temperatura (se cioè utilizziamo sezioni perpendicolari all'asse del prisma) possiamo analizzare il comportamento del sistema ternario a quella temperatura; se invece poniamo che la concentrazione di uno dei componenti sia nulla, esaminiamo una delle facce del prisma: per esempio, se poniamo che non ci sia C, utilizzeremo la faccia TA A B TB, che rappresenta semplicemente il diagramma di stato con eutettico del sistema A-B.
Questi diagrammi ternari isobari (consideriamo di operare a pressione costante, generalmente quella atmosferica) e isotermi (per semplificare l'interpretazione del diagramma tridimensionale) sono molto utili per lo studio di leghe metalliche, di materiali ceramici e vetri. Le applicazioni dei diagrammi di stato in generale sono molte e molto più complessi possono essere, in certi casi, alcuni diagrammi (per esempio quello Fe/C); ma sono generalmente riconducibili a quelli più semplici, interpretandone le varie parti in base a quelli considerati. prima lezione, ti prego di registare i tuoi dati completando il modulo di uscita (basterà fare un clic sul pulsante "registrati")... nel modulo potrai anche scrivere le tue osservazioni. |