Bismuto e cádmio são completamente imiscíveis na fase sólida. Construa o diagrama de equilíbrio sólido-líquido para esses dois metais, a partir das seguintes informações, sob pressão de 1 atmosfera.
condições para construção do diagrama:
i. temperatura de fusão do bismuto
;
ii. temperatura de fusão do cádmio
;
iii. a
está em equilíbrio com uma solução que contém
de cada componente;
iv. formação de eutético com 70 mol (%) de Bi, a
;
Se uma mistura a
, inicialmente líquida de ambos os componentes, com 20
de Bi , for resfriada até
, qual será a proporção entre sólido e o líquido presentes no sistema?
condições para construção do diagrama:
i. temperatura de fusão do bismuto
ii. temperatura de fusão do cádmio
iii. a
iv. formação de eutético com 70 mol (%) de Bi, a
Passo 1
A questão pede o diagrama de equilíbrio sólido–líquido de uma mistura binária Bi–Cd em que os sólidos são completamente imiscíveis (ou seja, cada fase sólida é praticamente pura) e formam um eutético. Os dados são:
- Ponto de fusão de Bi puro:
. - Ponto de fusão de Cd puro:
. - A
, o sólido Cd puro está em equilíbrio com um líquido de composição % Bi– % Cd. - Eutético a
e % Bi– % Cd.
Além disso, queremos saber, ao resfriar de
até
uma fusão líquida com
mol de Bi, qual a fração sólido:líquido presente.
Passo 2
Construção das curvas de liquidus (região L):
- No lado Cd–rico, ligue por um segmento de reta o ponto
ao ponto e deste ao ponto eutético . - No lado Bi–rico, ligue por reta o ponto puro Bi
ao ponto eutético .
Passo 3
Linhas de solidus (região de sólidos puros):
- Para
o sólido que aparece é puro Cd ( ); portanto a “solidus” é a linha vertical em de até . - Para
o sólido é puro Bi ( ), linha vertical em de até . - Abaixo de
coexistem os dois sólidos puros (eutético).
Passo 4
Considere a liga com
(
mol % Bi) inicialmente líquida a
. Ao resfriar até
caímos na região bifásica L
Cd(s), pois para
o liquidus está acima de
.
Passo 5
Para aplicar a regra da alavanca precisamos de:
- Composição do sólido:
(Cd puro). - Composição do líquido em equilíbrio a
, .
Assumindo que o liquidus no trecho Cd–rico é aproximadamente linear entree , escrevemos a lei de passagem por dois pontos e achamos para :
Passo 6
Regra da alavanca: fração líquida
e sólida
(em mol %):
Resposta
Ao resfriar até
uma fusão com
Bi, o sistema conterá cerca de
de sólido (Cd) e
de líquido.