Diagrammi di fase. Soluzione solida completa

I diagrammi di fase sono mappe delle fasi di equilibrio associate a varie combinazioni di variabili di stato. Uno dei più rappresentativi e probabilmente il più semplice  diagramma di stato è quello associato ai sistemi binari in cui i due componenti sono completamente miscibili l’uno nell’altro, sia nello stato solido che in quello liquido.

Pertanto il diagramma associato ai sistemi binari in cui i due componenti presentano una soluzione solida completa, avrà un comportamento simile a quello mostrato in figura:

Si noti che il diagramma mostra la temperatura con variabile in ordinata e la composizione in ascissa che può essere espressa in termini di frazione molare o di composizione percentuale.

Lettura del diagramma

Nel diagramma sono indicate con t_A e t_B le temperature di fusione dei componenti puri.

A temperature più elevate della regione bifasica per qualunque composizione si ha una fase liquida e ciò implica che è avvenuta la fusione e che i due componenti sono completamente miscibili allo stato liquido.

Ciò che è insolito in questo sistema è che A e B sono completamente solubili anche allo stato solido.

Le seguenti regole dette regole di Hume- Rothery stabiliscono i criteri per questo fenomeno nei sistemi metallici:

• Differenza dei raggi atomici inferiore al 15%
• Stessa struttura cristallina
• Simile elettronegatività
• Stessa valenza

A temperature basse c’è un campo di fase singola della soluzione solida.

Fra i due campi a fase singola c’è una regione bifasica il cui limite superiore e inferiore sono indicati rispettivamente con Liquidus e Solidus. Essa  è la linea al di sotto della quale il sistema è completamente solidificato.

Considerata una data composizione e  temperatura all’interno della regione bifasica esiste un liquido ricco di A in equilibrio con una soluzione ricca di B.

Operando a temperatura costante e tracciando una linea orizzontale essa interseca le curve in due punti. In loro corrispondenza i si ha la composizione sia del solidus che del liquidus e dei componenti A e B. La linea che collega le composizioni delle due fasi è detta linea di equilibrio