Sistemas isomorfos binários

Teoria Completa

Fala gente!!!! Belezinha?

No tópico anterior conhecemos o diagrama de fase de um componente, por exemplo, o diagrama de fase da água. Neste tópico iremos conhecer outro tipo de diagrama de fases, porém agora, com dois componentes diferentes, por exemplo, o diagrama de fases da liga cobre-níquel.

No diagrama de fases da água mantivemos a composição constante e variamos a temperatura, eixo x , e pressão, eixo y .

No diagrama de fases da liga cobre-níquel irá variar a composição de cobre e níquel, no eixo x , e a temperatura, no eixo y , mantendo-se a pressão constante, conforme figura abaixo.

É bom lembrar que existem vários tipos de diagramas diferentes, porém iremos nos concentrar nas ligas binárias.

Mas afinal, o que é representa um diagrama de fases binário?

Bom, nada mais é do que um mapa que nos mostra em uma dada temperatura qual ou quais fase(s) e composições químicas estará(ão) presente(s) em equilíbrio. Estas composições e fases influenciarão a microestrutura da liga e, consequentemente, a propriedade mecânica. Portanto, os diagramas de fases binários são úteis para prever as transformações de fases e as microestruturas resultantes.

Vamos agora analisar o diagrama de fases cobre-níquel abaixo.

Conforme dito, temos a composição química no eixo x em porcentagem em peso ( % p ), parte inferior e em porcentagem atômica ( % a ), parte superior. No eixo y temos de um lado a temperatura em °C e do outro lado em °F. Observem que temos três regiões (fases) distintas no diagrama: (a) líquido, (b) α + líquido e (c)   α . Em soluções sólidas representamos as fases sólidas por letras gregas minúsculas ( α , β , γ   e t c ). Notem, também, duas linhas que representam a fronteira entre as fases. A primeira, linha liquidus separa a fase liquida da fase que possui liquido + sólido α . Na segunda, linha solidus separa a fase que possui liquido + sólido α da fase sólida α .

A fase α é uma solução sólida substitucional, isto é, uma mistura homogênea de cobre e níquel. Vimos que para ocorrer uma solução sólida substitucional é necessário que os componentes possuam mesma estrutura cristalina (ambos são CFC), raios atômicos e eletronegatividades praticamente idênticas e valência iguais ou próximas. Portanto, o sistema cobre-níquel é denominado isomorfo em razão dessa solubilidade completa, tanto no estado líquido quanto no sólido.

Como recordar é viver, observe a tabela abaixo estudada no tópico de defeitos substitucionais!!!!

Nas extremidades vemos a interseção das duas linhas. Quando há 0 % p de N i , isto é, 100 % p   d e   C u , há somente uma temperatura, 1085 ° C , que corresponde à temperatura de fusão do cobre puro, nessa transformação de fases não há nenhum aquecimento adicional até que toda a transformação tenha ocorrido. A mesma coisa ocorre quando há 100 % p de N i , isto é, 0 % p   d e   C u , há somente uma temperatura, 1453 ° C , que corresponde à temperatura de fusão do níquel puro. Entretanto, quando a liga possui os dois componentes a fusão ocorrerá ao longo de uma faixa de temperatura, por exemplo, suponha que estamos aquecendo um liga com 60 % p   d e   N i , inicialmente a 1000°C e desejamos levar à liga a fusão completa. Quando esta liga atingir, aproximadamente, 1300°C começará a transição de sólido α para liquido até atingir 1350°C, onde todo sólido transformou-se em líquido. Note que não há uma temperatura única no processo, e sim um faixa de temperatura na qual coexiste sólido α + líquido.

A interpretação dos diagramas de fases binários é bem simples e nos fornece a seguintes informações:

  • As fases que estão presentes;
  • As composições dessas fases;
  • As porcentagens ou frações das fases.

Observe no diagrama cobre-níquel acima o ponto A. Nesse ponto sabe-se que a fase presente é a sólido α   ( 100 %   s ó l i d a ) . Além disso, sabe-se que neste ponto a composição é 60 % p   d e   N i e 40 % p   d e   C u .

Note agora o ponto B. Neste ponto sabe-se que há duas fases presentes ( α + L), conforme figura abaixo.

Observe que a composição química da liga citada é de aproximadamente 35 % p   d e   N i e 65 % p   d e   C u , a 1250°C. Porém, neste ponto, coexiste fase liquida e sólida e o desafio agora é descobrimos a porcentagem de cada fase, isto é, qual será a composição química fase liquida e fase sólida?

Mas, calma! Esse procedimento é conhecido com regra da alavanca e veremos isso no próximo tópico.

Vamos praticar um pouco e fixar esse conteúdo!

Expandir

Exercício Resolvido #1

https://pdfslide.net/documents/estrutura-cristalina-55844c5a13737.html

Determine a melhor definição de sistema binário:

  1. Um par de elementos puros ou de compostos puros podem ser combinados segundo um número finito de proporções diferentes, formando um sistema binário
  2. Um par de elementos ou compostos podendo ou não ser puros, combinados segundo um número finito de proporções diferentes, formando um sistema binário
  3. Um par de elementos puros ou de compostos puros podem ser combinados segundo um número infinito de proporções diferentes, formando um sistema binário
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Passo 1

Um par de elementos puros ou de compostos puros podem ser combinados segundo um número infinito de proporções diferentes, formando um sistema binário

Resposta

Alternativa C

Exercício Resolvido #2

Elaboração própria

Explique sucintamente o que é composição global.

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Resposta

É uma composição da liga e o estado de equilíbrio (número de fases presentes, suas composições e as proporções relativas de cada uma) é uma função da temperatura e da pressão.

Exercício Resolvido #3

Elaboração própria

A respeito dos sistemas binários, determine a característica correta sobre esse diagrama.

  1. Nos sistemas binários, os efeitos da pressão são considerados.
  2. Sistemas são constituídos apenas de fases líquidas e sólidas
  3. A variação da pressão interfere na temperatura de equilíbrio.
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Passo 1

Nos sistemas binários, os efeitos da pressão não são considerados.

Passo 2

Sistemas são constituídos apenas de fases líquidas e sólidas

Passo 3

A variação da pressão não tem um efeito na temperatura de equilíbrio.

Resposta

Alternativa 2

Exercício Resolvido #4

Elaboração própria

A respeito dos sistemas isomorfo binário, determine a característica correta sobre esse diagrama.

  1. Considerado os diagramas de fases binários mais difíceis de serem compreendidos e interpretados
  2. Nos sistemas isomorfos somente uma fase liquida é formada, ou seja, os dois componentes no sistema apresentam completa solubilidade liquida.
  3. Esses diagramas são encontrados em vários sistemas metálicos e cerâmicos, tais como os sistemas Cu-Ni e NiOMgO, respectivamente.
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Passo 1

Considerado os diagramas de fases binários mais fáceis de serem compreendidos e interpretados

Passo 2

Nos sistemas isomorfos somente uma fase sólida é formada, ou seja, os dois componentes no sistema apresentam completa solubilidade sólida.

Passo 3

Esses diagramas são encontrados em vários sistemas metálicos e cerâmicos, tais como os sistemas Cu-Ni e NiOMgO, respectivamente

Resposta

Alternativa 3

Exercício Resolvido #5

Elaboração própria

Observe o gráfico e explique a linha liquidus.

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Resposta

A linha liquidus é a curva temperatura-composição para a fase líquida que está em equilíbrio com o sólido.

Exercício Resolvido #6

Elaboração própria

Observe o gráfico e explique a linha solidus.

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Resposta

É a curva temperatura-composição para a fase sólida que está em equilíbrio com o líquido.

Exercício Resolvido #7

Elaboração própria

Observe o gráfico e explique temperatura liquidus.

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Resposta

A temperatura liquidus é definida como a temperatura acima da qual o material está completamente líquido

Exercício Resolvido #8

Elaboração própria

Observe o gráfico e explique a temperatura solidus.

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Resposta

É definida como a temperatura abaixo da qual o material está completamente sólido.

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