3.1 GLI EQUILIBRI DI FASE E I DIAGRAMMI DI STATO
Nel corso di chimica generale sono stati studiati i passaggi di stato di sostanze pure e sono stati sottolineati alcuni aspetti di notevole importanza:
- durante i passaggi di stato la temperatura si mantiene costante;
- durante i passaggi di stato viene comunque messa in gioco energia;
- la densità varia in particolare misura durante l’evaporazione-condensazione.
Una prova che evidenzia questi fatti è la semplice curva sperimentale che mostra la variazione di temperatura nel tempo quando la sostanza è sottoposta a riscaldamento (o raffreddamento).
Incontreremo spesso nel nostro corso di studi operazioni che coinvolgono passaggi di stato. Spesso queste operazioni riguarderanno miscele liquide o soluzioni solide che si comportano in maniera decisamente differente rispetto alle singole sostanze.
Lo studio delle leghe ferro-carbonio, che sono delle soluzioni solide, ci dà l’opportunità di iniziare a studiare alcuni aspetti degli equilibri fisici, introducendo i diagrammi di stato, che ne rappresentano gli aspetti essenziali e forniscono le informazioni principali.
3.1.1 Vocabolario di base
Prima di proseguire è opportuno riprendere alcune importanti definizioni di base che saranno messe in relazione con gli argomenti trattati.
Innanzitutto, con il termine sostanza si indica qualunque porzione di materia in cui è presente un solo individuo chimico. Le sostanze possono essere suddivise in elementi, se sono costituiti da atomi dello stesso tipo, e composti, se sono presenti atomi di natura diversa. Il ferro, il carbonio, il rame etc. sono elementi, mentre ad esempio la cementite è un composto (in particolare un composto intermetallico di composizione Fe3C).
Definiamo fase una porzione di materia fisicamente distinguibile che presenta caratteristiche uniformi, in ogni suo punto, relativamente a densità, temperatura, composizione chimica e ogni altra proprietà intensiva, la cui entità non dipende dalla quantità di materia.