sábado, 11 de mayo de 2019

SOLUCIONES SOLIDAS


Una solución sólida es una solución en estado sólido de uno o más solutos en un solvente. Tal mezcla es considerada una solución en lugar de un compuesto siempre que la estructura cristalina del disolvente permanezca sin cambios al ser sustituidos sus átomos por los átomos de los solutos y además la mezcla permanezca homogénea.
El soluto puede incorporarse dentro de la estructura cristalina del disolvente bien mediante sustitución, reemplazando cada partícula del disolvente por una partícula del soluto, o bien de forma intersticial, encajándose cada partícula de soluto dentro del espacio que hay entre partículas del disolvente. Ambos tipos de solución sólida afectan a las propiedades del material ya que distorsionan, aunque sea poco, la estructura cristalina y porque perturban la homogeneidad física y eléctrica del material disolvente.
Soluciones sustitucionalesEn las soluciones sólidas sustitucionales los átomos de B se colocan sustituyendo algunos átomos de A en la red, tal y como se representa en la figura de la izquierda.

Soluciones Intersticiales: Las soluciones sólidas intersticiales son aquellas en las que los átomos de B se colocan en posiciones huecas (no en vacantes) dejadas entre los átomos de A en la red.



Las soluciones sólidas intersticiales sólo se producen cuando el soluto B tiene un radio atómico muy pequeño. Los átomos que se colocan en los intersticios de la red suelen ser del tipo H, N, C,…
La solubilidad de B en A puede ser total o parcial.
La solubilidad total sólo puede darse en el caso de soluciones sólidas sustitucionales y significa que para cualquier % de B (desde 0% hasta el 100%) los átomos de B se ubican sustitucionalmente en la red de A. La primera condición de solubilidad total es que A y B cristalicen según la misma red.

DIAGRAMA DE FASE

Son representaciones gráficas de presión vs. temperatura, a las que las fases sólida, líquida y gaseosa de una sustancia existen. En esta representación se incluye la variación de presión de vapor del sólido y del líquido, y la variación de la temperatura de fusión con la presión.
Un diagrama de fases no solamente sirve para determinar el estado físico en el que se encuentra una sustancia a una presión y temperatura dadas, sino también para predecir los cambios que tienen lugar cuando cambian las condiciones.
Ya sabemos que cuando se solidifica un metal puro se obtiene una curva de enfriamiento en la que se produce el cambio de fase a temperatura constante. Sin embargo, en la solidificación de una aleación el cambio de fase se produce entre un margen de temperaturas. Si se analiza cómo solidifican la mezcla de los dos mismos componentes en distintas proporciones tendremos una serie de gráficas como las siguientes:
Sustancias Puras:
Consideremos un sistema con un sólo componente (H2O) despreciamos la disociación. Vamos a representar cualquier estado del sistema mediante un diagrama de fases. 

A temperaturas bajas y presiones moderadas o altas tenemos la fase sólida.  A presiones bajas la fase gaseosa y a temperaturas y presiones intermedias la fase líquida.
·         OA: Equilibrio de fases sólido-gas, nos da los puntos de sublimación del sólido.
·         AD: Equilibrio sólido-líquido, nos da los puntos de fusión.
·         AC: Equilibrio líquido-gas, nos da los puntos de ebullición.
·         A: Punto triple. Punto en el que coexisten las tres fases: sólido, líquido y gas.
·         C: Punto crítico. Por encima de Tc no es posible licuar un gas por compresión.
Fijada la presión a 1 atm los puntos de corte con las líneas AD y AC nos dan los puntos de fusión normal y ebullición normal (para el agua 0ºC y 100ºC).
En el punto crítico la densidad de la fase líquida y vapor se igualan, líquido y gas tienen las mismas propiedades.

Sustancias Isomorfas:
La palabra isomorfo proviene de las raíces griegas iso, que significa igual y morfo, que significa forma. Así, un diagrama isomorfo se caracteriza por tener la misma forma. Estos diagramas hacen alusión al hecho de que siempre son descritos como una elipse en el medio. Lo que representan físicamente estos diagramas es que ambos componentes, independientemente de la concentración de uno y de otro o de la fase en que se encuentren, sea esta sólida, líquida o gas, siempre estarán disueltos el uno en el otro para un mismo rango de temperatura y presión.
Un diagrama isomorfo es aquel que describe por ejemplo el comportamiento del agua en presencia del alcohol. Ya sea que se agregue un poco de agua al alcohol o bien un poco de alcohol al agua, o cualquier proporción de uno y otro, el agua siempre disolverá al alcohol en su totalidad y viceversa.
Estos diagramas son el resultado de ciertas propiedades químicas similares entre ambos componentes, tales como polaridad, densidad, interacciones, electronegatividades, etc.  Así, los diagramas de fase isomorfos describen una miscibilidad total entre las dos sustancias, independientemente de las concentraciones de una y otra.

Sustancias Eutécticas: 
Considerando los aspectos teóricos del procedimiento, los podemos resumir diciendo que cuando dos substancias se funden conjuntamente, los líquidos resultantes pueden ser:
  • no miscibles
  • parcialmente miscibles
  • completamente miscibles
Los diagramas de fases de los sistemas pueden damos información útil acerca de estos fenómenos. En el caso de substancias no miscibles, el diagrama de fases es muy simple, siempre que no se formen compuestos intermedios. En el caso de la figura 1.3, que representa el caso de una mezcla de A y B en diferentes proporciones, el componente B se separa cuando la mezcla tiene una composición de 0% a 40% de A. Inversamente, si la mezcla está constituída por 0% a 60% de B, se observará solamente la separación del producto A.
El punto de congelamiento inicial para toda composición cae sobre la línea que marca el límite del área líquida. A una composición líquida determinada y a una temperatura correspondiente a un punto en esta línea, puede existir un equilibrio entre dos fases y el líquido debe tener la composición indicada a cada temperatura cuando está en equilibrio con la fase sólida.
Cuando el sistema se encuentra a una temperatura dada o a una composición que está comprendida en las regiones marcadas "líquido + sólido" (A+ líquido o B + líquido), éste está formado por dos fases en equilibrio. Por ejemplo, en el diagrama de fases de la figura 1.3, a una temperatura tÂ’ corresponde una mezcla de B puro y de un líquido que contiene 40% de A 60% de B.
El punto de intersección, E, de las dos curvas que separan la zona líquida y la zona donde el líquido se encuentra en equilibrio con el sólido, se llama "punto eutéctico" (del griego: "fusión fácil") y es la temperatura más baja a la cual puede existir la fase líquida. A este punto corresponde una temperatura y una composición determinada que, para la mezcla del diagrama de la figura 1.3, corresponde a 40% de A y 60% de B. Un líquido de esta composición, al enfriamiento forma dos fases sólidas separadas, A y B puras. Cuando una mezcla fundida posee un diagrama de fases como éste, la última gota de líquido contiene siempre la composición eutéctica y es solamente en el punto eutéctico que los dos sólidos se separan. El enfriamiento de las mezclas para cualquier otra composición no dará lugar a la separación de una sola fase sólida.


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