Diagrama de Fases binario

En esta nuevo tema analizaremos qué es un diagrama de fases binario y qué información podemos obtener de él.

Primero que todo ¿qué es? Es una representación gráfica de composición vs temperatura donde podemos conocer en qué estado se encontrará cada componente de una mezcla binaria, a una temperatura dada y a distintas composiciones.

Así, en el eje vertical se encuentra la temperatura (típicamente grados centígrados [ºC] aunque también se puede indicar en Kelvins [K]), mientras que en el eje horizontal se halla la composición (que se puede expresar en %masa, %mol o fracción molar).

El diagrama arriba mostrado corresponde al de la mezcla A+B. En el extremo izquierdo empezamos con un 100% del componente A y a medida que nos movemos en el eje horizontal de izquierda a derecha, aumenta el porcentaje de B. Así, a la mitad del eje horizontal tenemos una mezcla con 50% de A y 50% de B, mientras que en el extremo derecho, solo tenemos B (100%).

Observamos dos lineas:

• Línea de sólidus: Ésta línea corresponde a las distintas parejas de condiciones (composición y temperatura) a las cuales la mezcla sólida empieza a fundir (una parte o componente de la mezcla) y se obtiene una mezcla de líquido + sólido. Ésta línea existe debido a la diferencia de los puntos de fusión de los componentes de la mezcla. 
• Línea de líquidus: Es la línea que indica, a distintas composiciones, a qué temperatura los dos componentes de la mezcla se encuentran en estado líquido, es decir, a qué temperatura (según la composición %A y %B) se observa solo una fase líquida.

A la composición que indica la línea I (naranja) podemos decir que:

• Por debajo de la temperatura T4, solo se observa sólido (de componentes A y B con %B < 50%).
• Entre T2 y T4, observamos sólido y líquido. Es importante mencionar que conforme más alta sea la temperatura, mayor parte de la mezcla se encontrará en fase líquida (ésto se explicará con mayor detalle en Diagrama de Fases binario II).
• A la temperatura T4, solo se observa líquido (lo que quiere decir que los dos componentes, A y B, han fundido). Por encima de ésta temperatura se sigue observando solo la fase líquida (salvo que una componente, o ambas, empiece a evaporarse -lo cual no se observa en el diagrama, dado que la temperatura no es lo suficientemente alta-).

Algo similar podemos decir de la línea II (verde):

• Para T<T3, solo se observa sólido (mezcla de A y B sólidos).
• Para T3<T<T1, observamos dos fases, sólido y líquido. (parte de A y B, sólido y líquido, ambos).
• Para T1<T, solo se observa líquido (A y B, ambos líquidos).

Por último, es importante resaltar que éste diagrama corresponde a una mezcla de A y B, donde ninguno de los componentes es soluble en el otro. Ésto puede parecer extraño, "que uno sólido sea 'soluble' en otro sólido", pero lo cierto es que existen y son muy comunes. Un ejemplo sencillo de una solución sólida es el acero, que está compuesto por Hierro y carbono (ambos son sólidos) donde ciertas combinaciones de éstos son solubles en el hierro puro.

Más información en la próxima entrega de: Diagrama de Fases binario II. No olvides que puedes enviar tus dudas en el icono del mensaje ("Mándanos un mensaje").