62 3 Le basi chimico-fisiche delle operazioni unitarie: diagrammi di stato e materiali Il sistema è la porzione dell universo che stiamo studiando. Se il nostro sistema è costituito da una sola sostanza normalmente sarà presente una sola fase. Ma in particolari condizioni, che dipendono dai valori temperatura e pressione, possono essere presenti due fasi, durante i passaggi di stato, o addirittura tre fasi, al punto triplo. Se nel nostro sistema sono presenti più sostanze abbiamo a che fare con un miscuglio. Se il miscuglio è costituito da più fasi è un miscuglio eterogeneo, in caso contrario è un miscuglio omogeneo ovvero una soluzione. Una soluzione è costituita da una sola fase e può essere solida, liquida o gassosa. Per le prime due, non è detto che i componenti possono essere miscelati in qualunque rapporto, ma molto spesso esistono degli intervalli di miscibilità. Come vedremo, le coppie ferro-carbonio, rame-nichel, e molte altre formano soluzioni omogenee solo entro limiti strettissimi che dipendono dalla temperatura. Al di fuori dei limiti di miscibilità il sistema sarà costituito da almeno due fasi. 3.1.2 lettura di diagrammi di stato semplici Miscele a due componenti Curve di liquidus e di solidus 03a CAPITOLO_059-070.indd 62 I diagrammi di stato descrivono il comportamento di sistemi a più componenti durante i passaggi di stato e forniscono informazioni circa il numero ed il tipo di fasi, la loro composizione e la loro quantità. Nei casi più comuni si ottengono studiando il sistema ad una determinata pressione costante e valutando temperatura e composizione. Per i passaggi di stato solido-liquido, di cui ci interessiamo in questo capitolo, la pressione non ha influenza ed i diagrammi si riferiscono alla pressione atmosferica. Si può iniziare lo studio con il caso semplice di miscela a due componenti miscibili in tutti i rapporti: nell esempio, si considera la miscela rame-nichel (v. Fig. 3.1). Gli atomi di questi elementi hanno pressoché le stesse dimensioni, per cui possono occupare i nodi della stessa matrice cristallina formando vere e proprie soluzioni solide senza distorsioni del reticolo. Pertanto, la fase solida è costituita da una sola fase. Il diagramma riporta sulle ascisse la composizione percentuale ponendo all estremità sinistra il 100% di un elemento e sull estremità destra il 100% dell altro. Sulle ordinate si riportano le temperature, sia sull ordinata di sinistra che su quella di destra. In particolare, sull ordinata sinistra, corrispondente alla composizione 100% Cu e 0% Ni, è riportata la temperatura di fusione del rame puro, 1085°C, e sull ordinata destra quella del nichel puro, 1453°C. Le due curve riportate rappresentano l inizio della fusione, detta curva di solidus, e la fine della fusione, detta curva di liquidus. Si tenga presente che le miscele si comportano durante i passaggi di stato in maniera differente rispetto alle sostanze pure. Per queste, infatti, la temperatura si mantiene costante sino al completamento, mentre per le miscele la temperatura e la composizione di liquido e solido cambiano durante la trasformazione. Le curve di solidus e di liquidus suddividono il diagramma in tre zone: la zona sotto la curva di solidus dove si ha solo una fase solida; la zona sopra la curva di liquidus, in cui si ha la fase liquida; la zona intermedia in cui sono presenti la fase solida e la fase liquida L. 27/04/12 11.29
