27.2: Curvas de enfriamiento

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El método que se utiliza para mapear los límites de fase en un diagrama de fases es medir la velocidad de enfriamiento para una muestra de composición conocida. La velocidad de enfriamiento cambiará a medida que la muestra (o alguna porción de ella) comience a sufrir un cambio de fase. Estos “descansos” aparecerán como cambios en la pendiente en la curva de temperatura-tiempo. Considera una mezcla binaria para la cual el diagrama de fases es como se muestra en la Figura\(\PageIndex{1A}\). En la Figura se muestra una curva de enfriamiento para una muestra que comienza a la temperatura y composición dada por el punto a\(\PageIndex{1B}\).

Figura\(\PageIndex{1}\): (A) enfriamiento de un sistema de dos componentes de líquido a sólido. (B) Curva de enfriamiento de respuesta conjunta para este proceso.

A medida que la muestra se enfría desde el punto a, la temperatura disminuirá a una velocidad determinada por la composición de la muestra, y la geometría del experimento (por ejemplo, se espera un enfriamiento más rápido es que la muestra tiene más área superficial expuesta a los alrededores más fríos) y la diferencia de temperatura entre la muestra y los alrededores.

Cuando la temperatura alcanza esa en el punto b, empezará a formarse algún compuesto sólido B. Esto conducirá a una ralentización del enfriamiento debido a la naturaleza exotérmica de la formación de sólidos. Pero también, la composición del líquido cambiará, haciéndose más rica en el compuesto A ya que B se elimina de la fase líquida en forma de sólido. Esto continuará hasta que el líquido alcance la composición en el punto eutéctico (punto c en el diagrama).

Cuando la temperatura alcanza esa en el punto c, ambos compuestos A y B se solidificarán, y la composición de la fase líquida permanecerá constante. Como tal, la temperatura dejará de cambiar, creando lo que se llama el alto eutéctico. Una vez que todo el material se haya solidificado (en el momento indicado por el punto c'), el enfriamiento continuará a una velocidad determinada por las capacidades térmicas de los dos sólidos A y B, la composición y (por supuesto) la geometría del conjunto experimental. Al medir las curvas de enfriamiento para muestras de composición variable, se puede mapear todo el diagrama de fases.