Sistemi binari isomorfi: diagrammi binari, interpretazione
I sistemi binari isomorfi sono quelli costituiti da due metalli completamente miscibili l’uno nell’altro sia alla stato liquido che allo stato solido che presentano lo stesso tipo di struttura cristallina.
I diagrammi di fase sono rappresentazioni grafiche che mostrano le fasi presenti a diverse composizione, pressione e temperatura.
Si definisce fase la parte del sistema che presenta caratteristiche chimiche e fisiche uguali; due fasi distinte in un sistema hanno caratteristiche fisiche o chimiche diverse come, ad esempio, nel caso di acqua e ghiaccio e sono separate l’una dall’altra. Un sistema costituito da una singola fase è detto omogeneo mentre sistemi con due o più fasi sono miscele di sistemi eterogenei.
Da un diagramma di fase si possono conoscere le fasi all’equilibrio e quali trasformazioni si verificano quando si cambia un parametro del sistema come temperatura, pressione o composizione,
Diagramma di fase
Il diagramma di fase di sistemi binario isomorfo, tipico di leghe metalliche, costituito da due componenti A e B presenta una fase solida α, una fase liquida L e una regione α + L dove coesistono la fase solida e la fase liquida.
Al di sopra della regione α+ L è presente solo la fase liquida e al di sotto della regione α + L è presente solo la fase solida.
Un tipico esempio di sistemi binari isomorfi è costituito da Cu-Ni che sono completamente miscibili l’uno nell’altro in quanto sia il rame che il nichel hanno raggi atomici, elettronegatività e valenza simili ed inoltre hanno la stessa struttura cristallina cubica a corpo centrato.
Il diagramma Cu-Ni è rappresentato in figura, Si può notare che la temperatura di 1085 °C corrisponde alla temperatura di fusione del rame puro e la temperatura di 1453 °C è quella del nichel puro.
La temperatura è rappresentata sull’asse delle ordinate mentre la composizione della lega sull’asse delle ascisse.
La composizione varia dallo 0% di Ni cui corrisponde il 100% di Cu che si verifica sulla sinistra del diagramma al 100 % di Ni cui corrisponde lo 0% di Cu alla destra. Come nei diagrammi di fase di un sistema isomorfo vi sono tre diverse regioni: fase liquida (L), fase solida + liquida (α + L) e fase solida α in cui la soluzione solida contiene sia il rame che il nichel.
Ad alte temperature il rame e il nickel costituiscono una soluzione liquida. Invece a basse temperatura è presente la soluzione solida α contenente entrambi i metalli come solido sostituzionale.
Interpretazione
Un diagramma di fase, fissata una certa temperatura e una data composizione dà informazioni relative a:
1) Fasi presenti
2) Composizione delle fasi
3) Frazioni relative delle fasi
Per ottenere la composizione delle fasi fissata la temperature si traccia una linea orizzontale XY detta di collegamento. Essa intercetta la linea del solido e quella del liquido. Si leggono le composizioni alle intersezioni: Cl e Cs sono rispettivamente le composizioni del solido e del liquido
