Tercer Labo De Fico.docx

“Año del dialogo y reconciliación nacional”

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA GEOLOGICA, MINERA Y METALURGICA

Informe de Fisicoquímica DIAGRAMA DE FASES

DOCENTE: Ing. ARTURO LOBATO FLORES ALUMNO: PIEDRA PARAVECINO GIANPIERO 20170553E [Escriba aquí]

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INDICE 1. Introducción……………………………………………………………… pág. 3 2. Objetivos…………………………………...…………………………….. pág. 4 3. Fundamento teórico……………………………...………………………. pág. 5 4. Parte experimental……………………………..………………………… pág. 13 4.1. Equipo utilizado…………………………………….…………… pág. 13 4.2. Procedimiento experimental…………………………………….. pág. 14 5. Cálculos y resultados……..…………….……………………………….. pág. 16 6. Cuestionario…………………………………...………………………….. pág. 18 7. Bibliografia...…………………………………...……………………..….. pág. 26

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INTRODUCCION El concepto de sistema heterogéneo implica el concepto de fase. Fase es toda porción de un sistema con la misma estructura o arreglo atómico, con aproximadamente la misma composición y propiedades en todo el material que la constituye y con una interfase definida con toda otra fase vecina. El comportamiento de estos sistemas en equilibrio se estudia por medio de gráficos que se conocen como diagramas de fase: se obtienen graficando en función de variables como presión, temperatura y composición y el sistema en equilibrio queda definido para cada punto (los gráficos de cambio de estado físico ó de presión de vapor de una solución de dos líquidos son ejemplos de diagramas de fases).

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OBJETIVOS  Conocer cómo construir un diagrama de fases, el punto eutéctico, curva de sólidos líquidos, etc.

 Obtener las curvas de enfriamiento de cierta mezcla de dos componentes. Los datos para dichas curvas se obtienen dejando enfriar lentamente una mezcla fundida de composición conocida y registrando la temperatura a intervalos regulares.

 Trazar el diagrama de equilibrio del sistema plomo-estaño a partir de compasiones diferentes en peso.

 Reconocer las variables independientes de la ecuación de la regla de fases (concentración, temperatura y la presión)

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FUNDAMENTO TEÓRICO DIAGRAMA DE FASES Son representaciones de temperatura (en algunas ocasiones presión) frente a composición, en las que de una manera gráfica se resumen los intervalos de temperatura (o presión) en los que ciertas fases, o mezclas de fases, existen en condiciones de equilibrio termodinámico A partir de los diagramas se puede deducir el efecto de la temperatura sobre los sólidos y las reacciones que pueden producirse entre sólidos Aunque estos diagramas se aplican en condiciones de equilibrio termodinámico, en la práctica son muy útiles en condiciones de no equilibrio

Diagrama de fases de sustancias puras: Una sustancia pura como el agua puede existir en las fases sólidas, líquidas y gas, dependiendo de las condiciones de temperatura y presión. Un ejemplo familiar para todos de dos fases de una sustancia pura en equilibrio es un vaso de agua con cubos de hielo. En este caso el agua, sólida y líquida, da lugar a dos fases distintas separadas por una fase límite, la superficie de los cubos de hielo. Durante la ebullición del agua, el agua líquida y el agua vapor son dos fases en equilibrio. Una representación de las fases acuosas que existen bajo diferentes condiciones de presión y temperatura se muestra en la Figura.

Regla de las Fases de Gibbs: Los diagramas de equilibrio de fases se basan en la regla de las fases: Ecuación que permite calcular el número de fases que pueden coexistir en equilibrio en cualquier sistema: [Escriba aquí]

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𝑃 + 𝐹 = 𝐶 + 2 (𝑃 + 𝐹 = 𝐶 + 1 𝑠𝑖 𝑙𝑎 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑒𝑠 𝑐𝑡𝑒 = 1 𝑎𝑡𝑚)   

P = número de fases que pueden coexistir en el sistema elegido C = número de componentes en el sistema (elemento, compuesto o solución) F = grados de libertad (número de variables:presión, temperatura y composición)

SOLUBILIDAD SÓLIDA COMPLETA (DIAGRAMA ISOMORFO): Un diagrama de fases muestra las fases y sus composiciones para cualquier combinación de temperatura y composición de la aleación. Cuando en la aleación sólo están presentes dos elementos, se puede elaborar un diagrama de fases binario. Se encuentran diagramas de fases binarios isomorfos en varios sistemas metálicos y cerámicos. En los sistemas isomorfos, sólo se forma una fase sólida; los dos componentes del sistema presentan solubilidad sólida ilimitada.

Las

figuras muestran cómo cambia la

composición a medida que cambia la temperatura

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TEMPERATURAS DE LÍQUIDOS Y DE SÓLIDOS: La curva superior en el diagrama es la temperatura de líquidus. Se debe calentar una aleación por encima de líquidus para producir una aleación totalmente líquida que pueda ser colocada para obtener un producto útil. La aleación líquida empezará a solidificarse cuando la temperatura se enfríe hasta la temperatura de líquidus. La temperatura de sólidus es la curva inferior. Una aleación de este tipo, no estará totalmente sólida hasta que el metal se enfríe por debajo de la temperatura de sólidus. Si se utiliza una aleación cobre-níquel a altas temperaturas, deberá quedar seguro que la temperatura durante el servicio permanecerá por debajo de la temperatura de sólidus, de manera que no ocurra fusión. Las aleaciones se funden y se solidifican dentro de un rango de temperatura, entre el líquidus y el sólidus. La diferencia de temperatura entre líquidus y sólidus se denomina rango de solidificación de la aleación. Dentro de este rango, coexistirán dos fases: una líquida y una sólida. El sólido es una solución de átomos de los compuestos involucrados; a las fases sólidas generalmente se les designa mediante una letra minúscula griega, como . FASES PRESENTES: A menudo, en una aleación a una temperatura en particular interesa saber qué fases están presentes. Si se planea fabricar una pieza por fundición, debe quedar seguro que inicialmente todo el metal esté líquido; si se planea efectuar un tratamiento térmico de un componente, se debe procurar que durante el proceso no se forme líquido. El diagrama de fases puede ser tratado como un mapa de carreteras; si se sabe cuáles son las coordenadas, temperatura y composición de la aleación, se podrán determinar las fases presentes.

COMPOSICIÓN DE CADA FASE: Cada fase tiene una composición, expresada como el porcentaje de cada uno de los elementos de la fase. Por lo general, la composición se expresa en porcentaje en peso (% peso). Cuando está presente en la aleación una sola fase, su composición es igual a la de la aleación. Si la composición original de la aleación se modifica, entonces también deberá modificarse la de la fase. Sin embargo, cuando coexisten dos fases como líquido y sólido, sus composiciones diferirán entre sí como de la composición general original, Si ésta cambia ligeramente, la composición de las dos fases no se afectará, siempre que la temperatura se conserve constante. Regla de la Palanca: La regla de la palanca es el método empleado para conocer el porcentaje de fase sólida y líquida presentes en una aleación de una cierta concentración cuando se encuentra a una determinada temperatura. [Escriba aquí]

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El protocolo a seguir consiste en entrar en el diagrama de equilibrio de la aleación AB por la línea de concentración que deseamos analizar, línea vertical X y por la línea isoterma de la temperatura indicada, línea horizontal L-O-S. La intersección de la isoterma con las líneas de liquidus y de solidus determina unos puntos de intersección, los puntos L y S. La intersección de la isoterma con la línea de concentración de nuestra aleación determina el punto O. Si proyectamos sobre el eje de concentraciones esos puntos de intersección se obtienen las concentraciones de la fase líquida, wL y de la fase sólida, wS, así como de la muestra que vamos a estudiar. Una vez determinadas estas concentraciones, aplicando la regla de la palanca podemos obtener el porcentaje de cada una de las fases en las condiciones del problema.

También podemos calcular el porcentaje de una fase como la diferencia entre el 100% y el porcentaje de la otra fase. Solidificación de una aleación de solución sólida limitada (solución en equilibrio): En una aleación como Cu-40% Ni que se funde y luego se enfría, la solidificación requiere que ocurra tanto la nucleación como el crecimiento. La nucleación heterogénea permite poco o prácticamente ningún subenfriamiento, por lo que la solidificación empezará cuando el líquido llegue a la temperatura de líquidus. El diagrama de fases (figura) con la [Escriba aquí]

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isoterma trazada a la temperatura de líquidus, indica que el primer sólido que se forma tiene una composición Cu-52% Ni.

El cambio en estructura de una aleación Cu-40% Ni durante la solidificación en equilibrio. Los átomos de níquel y cobre deben difundirse durante el enfriamiento, a fin de satisfacer el diagrama de fases y producir una estructura en equilibrio uniforme. Se necesitan dos condiciones para el crecimiento del sólido . Primero, el crecimiento requiere que el calor latente de fusión, que se disipa durante la solidificación del líquido, sea eliminado de la interfase sólido líquido. Segundo, y a diferencia de los metales puros, debe ocurrir la difusión tal de manera que durante el enfriamiento las composiciones de las fases sólida y líquida sigan las curvas de sólidus y de líquidus. El calor latente de fusión es eliminado a lo largo de un rango de temperaturas, y así a curva de enfriamiento muestra un cambio en pendiente, en vez de una meseta plana.

La curva de enfriamiento correspondiente a una aleación isomorfa durante la solidificación. Los cambios en la pendiente de la curva de enfriamiento indican las temperaturas de líquidus y de sólidus, en este caso, correspondientes a una aleación Cu40% Ni. [Escriba aquí]

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Al inicio de la solidificación, el líquido contiene Cu-40% Ni y el primer sólido contiene Cu-52% Ni. Los átomos de níquel debieron difundirse y concentrarse en el primer sólido que se formó. Pero después de enfriarse hasta 1250ºC, la solidificación ha avanzado y el diagrama de fases indica que ahora todo el líquido debe contener 32 por ciento de Ni y todo el sólido debe contener 45 por ciento de Ni. Al enfriarse desde el líquidus hasta 1250ºC, algunos átomos de níquel debieron haberse difundido del primer sólido hasta el nuevo sólido, reduciendo el níquel del primero. Además, Se difunden átomos de níquel del líquido en solidificación hacia el nuevo sólido. Entre tanto, los átomos de cobre se han concentrado, por difusión, en el líquido restante. Este proceso deberá continuar hasta llegar a la temperatura de sólidus, donde el último líquido en solidificarse, que contiene Cu-28% Ni, lo hace formando un sólido que contiene Cu-40% Ni. Justo debajo de la temperatura de sólidus, todo el sólido deberá contener una concentración uniforme de 40 por ciento de Ni.

Solidificación fuera de equilibrio: Cuando el enfriamiento es demasiado rápido para que se difundan los átomos y se produzcan condiciones de equilibrio, aparecen en la fundición estructuras poco comunes. Obsérvese lo que ocurre en la aleación Cu-40% Ni durante un enfriamiento rápido.

FIGURA Modificación en la estructura de una aleación Cu-40% Ni durante la solidificación fuera de equilibrio. Un tiempo insuficiente para la difusión dentro del sólido produce una estructura segregada. Se puede apreciar claramente la diferencia de composiciones con respecto a la solidificación en equilibrio. MISCIBILIDAD SÓLIDA PARCIAL Muchas combinaciones de dos elementos producen diagramas de fases más complicados que los sistemas isomorfos. Estos sistemas contienen reacciones que implican tres fases independientes. En la figura aparecen definidos cinco de ellos. Cada una de las

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reacciones puede ser identificada en un diagrama de fases complejo mediante el procedimiento siguiente: 1. Localice una línea horizontal en el diagrama de fases. La línea horizontal que indica la presencia de una reacción de tres fases representa la temperatura a la cual ocurre la reacción en condiciones de equilibrio. 2. Localice tres puntos distintos en la línea horizontal: los dos extremos, más un tercer punto, a menudo cerca del centro de la línea horizontal. El punto central representa la composición a la cual ocurre la reacción de tres fases. 3. Busque directamente por encima del punto central e identifique la fase o fases presentes; busque inmediatamente por debajo del punto central e identifique la fase o fases presentes. A continuación escriba, en forma de reacción, la fase o fases por encima del punto central que se transforman en la fase o fases por debajo del punto. Compare esta reacción con las de la figura para identificarla.

Las reacciones eutécticas, peritéctica y monotéctica forman parte del proceso de solidificación. Las aleaciones que se utilizan para fundición o soldadura a menudo aprovechan el bajo punto de fusión de la reacción eutéctica. El diagrama de fases de las aleaciones monotécticas tiene un domo o zona de miscibilidad, en donde coexisten dos fases líquidas. En el sistema cobre-plomo, la reacción monotéctica produce minúsculos glóbulos de plomo disperso, que mejoran la capacidad de maquinado de la aleación de cobre. Las reacciones peritécticas conducen a la solidificación fuera de equilibrio y a la segregación. Las reacciones eutectoide y peritectoide son reacciones exclusivas al estado sólido. La reacción eutectoide forma la base del tratamiento térmico de varios sistemas de aleaciones, incluyendo el acero. La reacción peritectoide es extremadamente lenta, produciendo en las aleaciones estructuras fuera de equilibrio no deseables. [Escriba aquí]

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EL DÍAGRAMA DE FASES EUTÉCTICO: Para analizar el diagrama de fase eutectico usaremos el sistema plomo-estaño, El cual contiene solamente una reacción eutéctica simple (figura). Este sistema de aleación es la base de las aleaciones más comunes para soldadura. Se puede apreciar en el gráfico que la temperatura de fusión de la composición eutéctica es menor que la temperatura de fusión de cada uno de los materiales componentes.

Figura: Curva de enfriamiento de distintas composicionesdel liquido, con estas curvas se puede deducir el diagrama de fase correspondiente.

DIAGRAMA DE FASE PERITECTICO Esta reacción se presenta particularmente si los puntos de fusiónde los dos componentes son completamente diferentes.

Reacción peritéctica: Transformación de fases en que, por enfriamiento, una fase líquida reacciona con una fase sólida para formar una fase sólida nueva y diferente.

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Figura: Un diagrama de equilibrio peritectico generalizado Reacción eutectoide: Transformación de fases en que una fase sólida se transforma, por enfriamiento, en dos fases sólidas, es decir, todas las fases involucradas en la reacción son sólidas. Se produce por difusión en estado sólido. S1 --> S2 + S3 Como ejemplo de la forma en que se puede utilizar la reacción eutectoide para controlar la microestructura y las propiedades de una aleación, examínese el diagrama de fases FeFe3C (figura) que forma la base de los aceros y de los hierros fundidos. Deberán notarse las siguientes características.

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PARTE EXPERIMENTAL EQUIPO UTILIZADO: Los materiales empleados en el presente laboratorio son los siguientes:



Un horno de laboratorio a gas



Un crisol de grafito, carburo de silicio o porcelana



Un termómetro de -10 a 420 ℃



Una pinza para sujetar el crisol



Un reloj o cronómetro



Cierta cantidad de Pb puro y de Sn puro



Un mechero de bunsen



Una lingotera



Una bagueta



Soporte universal

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PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL: 1. Pesamos las cantidades de Plomo (Pb) y Estaño (Sn) requeridas para elaborar la aleación de los metales.

2. Armamos el equipo tal como se muestra en la imagen.

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3. Colocamos le Crisol con el Sn y el Pb dentro del horno.

4. Prendemos el Mechero y lo colocamos debajo del crisol y esperamos a que los metales se licuen.

5. Agitamos la solución con la bagueta para homogeneizarla y apagamos le mechero, introducimos el termómetro para medir la temperatura.

6. Una vez que la temperatura ha llegado a su punto máximo y comienza el descenso comenzamos a tomar mediciones de la temperatura a intervalos de 15 segundos hasta que la solución haya solidificado por completo.

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7. Calentamos una vez más hasta lograr retirar el termómetro y conseguir una solución líquida. 8. Vertemos la solución mientras se encuentra líquida en la lingotera que ha sido previamente calentada y conseguimos un lingote de forma cónica.

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CUESTIONARIO 1. Adjuntar los datos de los diferentes grupos de trabajo. (temperatura vs. Tiempo)

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%Sn = 20% %Pb = 80% Tiempo(s) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330

𝑻℃ 𝟑𝟕𝟓

%Sn = 40% %Pb = 60% Tiempo(s) 0

𝑻℃ 378

𝟑𝟕𝟎 𝟑𝟔𝟓 𝟑𝟓𝟖 𝟑𝟓𝟎 𝟑𝟒𝟒 𝟑𝟑𝟒 𝟑𝟐𝟔 𝟑𝟏𝟖 𝟑𝟏𝟎 𝟑𝟎𝟒 𝟐𝟗𝟕 𝟐𝟗𝟑 𝟐𝟖𝟕 𝟐𝟖𝟐 𝟐𝟕𝟕 𝟐𝟕𝟐 𝟐𝟔𝟖 𝟐𝟔𝟑 𝟐𝟓𝟖 𝟐𝟓𝟑 𝟐𝟒𝟖 𝟐𝟒𝟒 𝟐𝟑𝟗 𝟐𝟑𝟓 𝟐𝟑𝟎 𝟐𝟐𝟔 𝟐𝟐𝟐 𝟐𝟏𝟕 𝟐𝟏𝟐 𝟐𝟎𝟗 𝟐𝟎𝟒 𝟐𝟎𝟎 𝟏𝟗𝟔

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330

𝟑𝟕𝟏 𝟑𝟔𝟒 𝟑𝟓𝟓 𝟑𝟒𝟔 𝟑𝟑𝟗 𝟑𝟑𝟏 𝟑𝟐𝟒 𝟑𝟏𝟔 𝟑𝟎𝟗 𝟑𝟎𝟐 𝟐𝟗𝟔 𝟐𝟗𝟏 𝟐𝟖𝟔 𝟐𝟖𝟏 𝟐𝟕𝟔 𝟐𝟕𝟐 𝟐𝟔𝟔 𝟐𝟔𝟐 𝟐𝟓𝟔 𝟐𝟓𝟏 𝟐𝟒𝟕 𝟐𝟒𝟐 𝟐𝟑𝟕 𝟐𝟑𝟒 𝟐𝟐𝟖 𝟐𝟐𝟓 𝟐𝟐𝟏 𝟐𝟏𝟕 𝟐𝟏𝟑 𝟐𝟏𝟎 𝟐𝟎𝟖 𝟐𝟎𝟔 𝟐𝟎𝟒

19

340

193

𝟐𝟎𝟎

340

2. Graficar temperatura vs. Tiempo de todos los grupos indicando los cambios. 20% Sn – 80% Pb 400 350 300

T° (C)

250 200 150 100 50 0 0

50

100

150

200

250

300

350

400

TIEMPO(S)

40% Sn – 60% Pb 400 350

300

T° (C)

250 200

150 100 50 0 0

50

100

150

200 TIEMPO(S)

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250

300

350

400

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3. Graficar el diagrama de fase del Pb – Sn experimental y compararlo con el teórico.

4. Aplicaciones del Pb, Sn y aleaciones Aplicaciones del estaño: El estaño se utiliza en el revestimiento de acero para protegerlo de la corrosión. La hojalata, acero estañado, sigue siendo un material importante en la industria conserves y destino de aproximadamente la mitad del estaño metálico producido en el mundo aunque está siendo desplazado por el aluminio. La segunda aplicación en importancia es la soldadura blanda de tuberías y circuitos eléctricos y electrónicos.

El estaño también debido a su estabilidad y su falta de toxicidad se utiliza como recubrimiento de metales: recubrimiento de hierro (hojalata) para la industria conservera, lo que se hace por electrólisis o inmersión. Esto consume aproximadamente el 40% del estaño. Con los metales forma aleaciones: bronces (cobre-estaño), estaño de soldar (64% estaño, 36% plomo, punto de fusión 181ºC), metal de imprenta (hasta 15% de estaño) y para fabricar cojinetes (30% estaño, antimonio y cobre). Es interesante la aleación de niobioestaño superconductora a muy bajas temperaturas. Esto puede ser importante en la construcción de imanes superconductores que generan fuerzas muy grandes con poca potencia: conectados a una pequeña batería y con un peso de pocos kg, generan campos magnéticos con una fuerza comparable a la de los electroimanes normales de 100 toneladas y, además, éstos últimos tienen que estar conectados continuamente a una gran fuente de alimentación. Entre los compuestos destaca el cloruro de estaño (II), que se usa como agente reductor y como mordiente de telas calicó.

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El hidruro de estaño (IV) descompone por encima de los 150ºC y forma un espejo de estaño en las paredes del recipiente. Las sales de estaño pulverizadas sobre vidrio se utilizan para producir capas conductoras que se usan en paneles luminosos y calefacción de cristales de coches. Pequeñas cantidades de estaño en los alimentos enlatados no es peligroso. Los compuestos trialquil y triaril estaño se usan como biocidas y deben manejarse con cuidado. El hidruro de estaño (IV) es un gas venenoso.

Aleación del estaño

Aplicaciones del Plomo El plomo es un metal pesado (densidad relativa, o gravedad específica, de 11,4 a 16ºC), de color azuloso, que se empaña para adquirir un color gris mate. Es flexible, inelástico, se funde con facilidad, su fundición se produce a 327,4ºC y hierve a 1725ºC. Es relativamente resistente al ataque de ácido sulfúrico y ácido clorhídrico. Pero se disuelve con lentitud en ácido nítrico. El plomo es anfótero, ya que forma sales de plomo de los ácidos, así como sales metálicas del ácido plúmbico. El plomo forma muchas sales, óxidos y compuestos organometálicos. Industrialmente, sus compuestos más importantes son los óxidos de plomo y el tetraetilo de plomo. El plomo forma aleaciones con muchos metales y, en general, se emplea en esta forma en la mayor parte de sus aplicaciones. Todas las aleaciones formadas con estaño, cobre, arsénico, antimonio, bismuto, cadmio y sodio tienen importancia industrial. Los compuestos del plomo son tóxicos y han producido envenenamiento de trabajadores por su uso inadecuado y por una exposición excesiva a los mismos. El mayor peligro proviene de la inhalación de vapor o de polvo. En el caso de los compuestos órgano plúmbicos, la absorción a través de la piel puede llegar a ser significativa. Algunos de los síntomas de envenenamiento por plomo son dolor de cabeza, vértigo e insomnio. En los casos agudos, por lo común se presenta estupor, el cual progresa hasta el coma y termina en la muerte. El uso más amplio del plomo, como tal, se encuentra en la fabricación de acumuladores. Otras aplicaciones importantes son la fabricación de tetraetilplomo, forros para cables, elementos de construcción, pigmentos, soldadura suave, municiones y plomadas para pesca. Merced a su excelente resistencia a la corrosión, el plomo encuentra un amplio uso en la construcción, en particular en la industria química. Es resistente al ataque por parte de [Escriba aquí]

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muchos ácidos, porque forma su propio revestimiento protector de óxido. Como consecuencia de esta característica ventajosa, el plomo se utiliza mucho en la fabricación y el manejo del ácido sulfúrico.

Plomo para ser utilizado en la soldadura de componentes eléctricos.

Los usos finales del plomo, es decir, su aplicación práctica, han variado de forma drástica en lo que va de siglo. Usos clásicos, como la fontanería, la plancha para industrias químicas y para la construcción, las pinturas y los pigmentos, los cables eléctricos, etc., han retrocedido de forma sensible. En la gasolina la utilización del plomo tiende a desaparecer, obedeciendo a exigencias legales. Usos muy especiales del plomo, que le hacen indispensable o difícilmente sustituible son, entre otros:     

Baterías para automoción, tracción, industriales, servicios continuos y de seguridad, energía solar, etc. Protección contra radiaciones de todo tipo; Vidrios especiales, para aplicaciones técnicas o artísticas. Protección contra la humedad, cubiertas y techumbres. Soldadura, revestimientos, protección de superficies, etc

5. Otros Métodos experimentales para construir un diagrama de fases.

Los datos para construir diagramas de equilibrio o diagramas de fase se determinan experimentalmente por diversos métodos, entre los cuales los más comunes son:

A) Análisis Térmico: Este es el método más usado, cuando se hace un diagrama de temperatura contra tiempo, a composición constante, la curva mostrará un cambio de pendiente cuando ocurre un cambio de fase. Este método parece ser mejor para determinar la temperatura de solidificación inicial y final. Este método es el que se ha seguido en esta práctica de laboratorio, obteniendo los datos correspondientes para la elaboración del diagrama de fases.

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B) Métodos Métalo-gráficos: Estos consisten en calentar muestras de una aleación a diferentes temperaturas, esperando que el equilibrio se establezca y entonces se enfrían rápidamente para retener su estructura de alta temperatura, entonces las muestras se analizan al microscopio. Es complicado aplicar este método a metales a altas temperaturas, ya que las muestras enfriadas rápidamente no siempre retienen su estructura de alta temperatura.

C) Difracción de Rayos X: Este método mide las dimensiones de la red, indicada la aparición de una nueva fase, ya sea por el cambio en las dimensiones de la red o por la aparición de una nueva estructura cristalina.

6. Descripción de los diagramas de fases Los diagramas de fase o equilibrio son de diversos tipos dependiendo de la solubilidad de sus componentes. Esta clasificación ya se señaló en la primera parte de este informe, exactamente en la introducción, y se cree conveniente describir dos tipos de esta clasificación por considerarse más importantes. Estos son el Tipo I y el tipo III, cuyas características se detallan:

A) Diagrama de estado de las aleaciones con disolubilidad total en estado sólido (Tipo I) En este diagrama se tiene que ambos componentes son completamente solubles en los estados líquido y sólido y no forman compuestos químicos, componentes: A y B. Si los dos componentes se disuelven totalmente en los estados sólido y líquido, sólo pueden existir dos fases: La solución líquida L y la solución sólida a. Por consiguiente, no puede haber tres fases, la cristalización a temperatura constante no se observa y en el diagrama no hay línea horizontal.

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El diagrama que se representa consta de tres regiones: Líquido, líquido + solución sólida y solución sólida. La línea AmB es la de líquido, la AnB, la de sólido. El proceso de cristalización se representa por medio de la curva de enfriamiento de la aleación. El punto 1 corresponde al principio de la cristalización y el 2, a su fin. Entre los puntos l y 2 (es decir, entre las líneas de líquido y de sólido) la aleación se halla en un estado de dos fases. Cuando los componentes son dos y las fases también dos, el sistema es monovariante (c = k – f + 1 = 2 – 2 + 1 = 1), es decir, si la temperatura cambia, también cambia la concentración de los componentes en las fases.

B) Diagrama de estado de las aleaciones con solubilidad parcial en estado sólido (Tipo III) En diagramas de este tipo, ambos componentes son solubles totalmente en estado líquido, parcialmente en estado sólido y no forman compuestos químicos. Componentes: A y B. Fases: L, α y β. En las aleaciones de este tipo es posible la existencia de: Fase líquida, solución sólida del componente B en el A, que llamaremos solución α, y solución sólida del componente A en B, que llamaremos β. En estas aleaciones es posible el equilibrio invariante cuando existen al mismo tiempo las tres fases: L, α y β. En dependencia de qué reacción se desarrolla en las condiciones de existencia de las tres fases, puede haber dos tipos de diagramas: Un diagrama con eutéctica y otro con peritéctica. El diagrama con eutéctica se encuentra ya bien detallado en el fundamento teórico, por lo cual pasaremos al diagrama con peritéctica:

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En la transformación eutéctica el líquido cristaliza formando dos fases sólidas. También es posible otro tipo de transformación invariante (equilibrio de tres fases), en la cual el líquido reacciona con los cristales segregados antes y forma un nuevo tipo de cristales. La reacción de este tipo se llama peritéctica. Un diagrama con transformación peritéctica se muestra arriba. En este diagrama pueden verse tres regiones de una fase: La del líquido L y las soluciones sólidas α y β. La línea ACB es la de líquido, la APDB, la de sólido. Cristalización de la aleación 1: La cristalización comienza en el punto 1, cuando del líquido se desprenden cristales de solución β cuya composición es la determinada por el punto b. Después, a medida que desciende la temperatura, la concentración del líquido varía siguiendo la línea de líquido desde el punto 1 hasta el punto G, y la concentración de los cristales S, siguiendo la línea de sólido desde el punto b hasta el punto D. Al llegar a la horizontal peritéctica CPD, la composición del líquido responderá al punto C, y la composición de los cristales, al punto D. Estas dos fases reaccionan y dan la tercera fase α, cuya concentración la determina el punto P, tercero en la horizontal. La reacción peritéctica se representa del modo general: L +β → α

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CONCLUSIONES  Se observa una diferencia entre el punto eutéctico experimental con el teórico, se debe a que los metales empleados tienen impurezas, y por descuido del operador que no toma los datos en su debido tiempo.  Nótese que sobre un amplio intervalo de composiciones, una porción de la curva de enfriamiento que muestra el final de la solidificación se presenta a una temperatura fija. Esta línea horizontal más baja es TE, se conoce como temperatura eutéctica.  El diagrama de fase obtenido de la aleación binaria Pb Sn se muestra como una placa superpuesta sobre el diagrama teórico. En el diagrama experimental observamos que la línea de liquidos está por debajo de la teórica y que la línea de solidos no es exactamente una recta.  Este sistema es la base de las aleaciones más usadas para la soldadura.  El diagrama de fases muestra los estados estables, es decir los estados que en unas condiciones dadas poseen el mínimo de energía libre. De acuerdo a esto los cambios de estado reflejados en el diagrama también se refiere a las condiciones de equilibrio.  Los diagramas de fases constituyen un conveniente y conciso medio para representar las fases más estables de una aleación. En esta discusión se consideran los diagramas de fases binarios en los cuales la temperatura y la composición son variables.

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RECOMENDACIONES  De los resultados obtenidos en las gráficas de las curvas de enfriamiento en algunas aleaciones no se pudo encontrar fácilmente los puntos que representa la temperatura en los cuales las diversas composiciones empiezan a congelar, es decir la línea de liquidus. Esto se debió a la mala estabilización de la temperatura en el proceso de aleación es por eso recomendable lograr una buena estabilización de la temperatura para que así el enfriamiento del sistema nos arroje buenos resultados.  Es recomendable tener la mayor cantidad de curvas de enfriamiento, para que se asemeje más al diagrama de fases teórico.  Calentar la lingotera antes de echar la solución, porque de lo contrario chispeará debido a la humedad del medio ambiente.  Es recomendable pesar la muestra después de efectuada la aleación y la respectiva solidificación pues los metales utilizados en el experimento no son del todo puros y a la hora de enfriarlos además de la aleación se obtiene escoria.

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BIBLIOGRAFIA

 FISICOQUIMICA, Ira N. Levine, Mc Gaw-Will (1996)

 INTRODUCCION A LA METALURGIA FISICA, Sydney H. Avner

 THE ELEMENTS OF PHISICAL CHEMISTRY, P.W. Akins, Oxford University Press (1995)

 MODERD PHYSICAL CHEMISTRY, G.F. Liptrot, J.,J. Thompson, G.R. Walker. Bell and Hyman Limited, London (1982

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