Fase-diagrama

Fase-diagrama zientziaren hainbat adarretan erabiltzen den grafiko mota bat da, non konposatuen oreka eta fase ezberdinak adierazten diren ezaugarri anitzen (tenperatura, presioa, bolumena…) funtzioan.  Fase hauek nahastea osatzen duten substantzien araberakoak izango dira; substantzia puruetan adibidez fase bakoitzak egoera fisiko ezberdinak (solido, likido eta gas) adierazten ditu. Osagai bat baino gehiago dituen nahaste batean berriz, fase bakoitzak konposizio ezberdineko zatiak izango dira faseak.

Puntu dun lerroak uraren ezohiko jokaera adierazten du. Lerro berdeak izozte-puntua adierazten du, eta lerro urdinak berriz irakite-puntua. Presio aldaketak ere agertzen dira.

Fase-diagramen puntu interesgarriak

Fase diagrama ohikoenak presio-tenperatura diagramak dira, ordenatu ardatzean presioa eta abzisa ardatzean tenperatura kokatuz.

Orokorrean presio eta tenperatura bakoitzeko fase bakarra (likidoa, gaseosoa edo solidoa) dago, baino puntu hirukoitza zona berezi bat da:

• Puntu hirukoitza: puntu honetan faseak banatzen dituzten hiru makurrak (solido/likido, solido/lurrun eta likido/lurrun makurrak) elkartzen dira. Horren eraginez, puntu honek adierazten dituen baldintzetan hiru faseak orekan aurkituko dira.

Beste puntu berezi bat puntu kritikoa da:

• Puntu kritikoa eta fluido superkritikoak: puntu kritikoan likido/lurrun makurra eten egiten da. Puntu honetatik aurrera egoera likidoa eta gaseosoa berdintsuak dira eta hauek nahastu egiten dira, sistemaren egoera fisikoaren determinazioa zaila eginez. Egoera hau fluido superkritikoa da, non substantziaren dentsitatea likido batena eta likatasuna gas batena diren. Fluido superkritikoak hainbat prozesu industrialetan erabiltzen dira, adibidez CO2 fluido superkritikoaren erabilera kafeari kafeina kentzeko prozesuan.

Sustantzia puruen fase-diagrama

Diagrama mota ezberdinak aurki ditzakegu materialen arabera, hauek egoera likido eta solidoan duten disolbagarritasun ezberdinengatik. Kasu bereziak ere aurki daitezke; hauetatik identifikatzeko errazenetako bat iodoaren fase diagrama izanik. Bertan faktoreen jakin batzuen arabera kristalizazio egoeren aldaketek faseen arteko eremuak definitzen dituzte.

·         Grafikoan tenperatura eta presioaren araberako aldaketak adierazten dira.

·         Fase solido eta likido artean: Fusio eta hauspeatze puntuak.

·         Fase solido eta gaseoso artean: Sublimazio eta alderantzizko sublimazio puntuak.

·         Fase likido eta gaseoso artean: Lurruntze eta kondentsazio puntuak.

Uraren fase diagraman ikus dezakegunez ez daude 3 fase soilik, polimorfismo deitzen zaion fenomenoa gertatzen zaio, hau da, egoera solidoan fase bat baina gehiago ikustea.

·         Bi fase solidoen artean: Aldaketa alotropikoa.

Fase-diagrama nahasteetan

Nahaste bat dugunean fase diagrama konplexuagoak izan ditzakegu. Kasu hauetan, kontzentrazioa aldagai oso garrantzitsua bihurtzen da. Nahasteen fase diagrametan ere hainbat aldagai izan ditzakegu, tenperatura, presioa, konposizioa, eremu elektrikoaren indarra…

Burdina-burdin karburo (Fe-Fe ₃ C) fase-diagrama karbono-altzairuetan. Karbonoaren ehunekoak eta tenperaturak burdina karbono aleazioaren fasea definitzen dute eta, beraz, bere ezaugarri fisikoak eta propietate mekanikoak. Karbonoaren ehunekoak burdin aleazioaren mota zehazten du: burdina, altzairua edo burdinurtua.

Ohikoenetakoa den fase diagrama bat tenperatura bi sustantzien kontzentrazio erlatiboen funtzioan adierazten duena da. Nahastea mota desberdinetakoa izan daiteke, soluzio solidoa, nahaste eutektikoa besteen artean. Beste mota bateko diagrama bat “irakite tenperaturen diagrama” da 2 osagaietako nahasteentzat. Diagrama hauetan presio jakin batean bi sustantziako nahaste lurrunkor baten lurrunaren konposizioa eta likidoaren konposizioaren oreka adierazten da. Diagrama gehienetan tenperatura ardatz bertikalean irudikatuz eta nahastearen konposizioa ardatz horizontalean.

Bestalde, aipatutako diagramez gain beste konbinazio pila dira posible.

Sistemak nahaskorrak, erdi nahaskorrak edo nahastezinak izan daitezke:

• Sistema nahaskorrak: bi substantzia edozein proportzioan nahasterakoan fase bakarra eratzen da (adibidez ura eta etanola).
• Sistema erdi nahaskorrak: bi substantziak partzialki nahasten dira, fase bakar bat eratu gabe eta bi faseak ondo bereizi gabe (adibidez ura eta 1-butanola). Sistema erdi nahaskorren fase diagraman tenperatura (T) kontzentrazioaren (xB) funtzioan irudikatzen da, presioa (P) konstante mantentzen delarik. Fase diagraman kurba baten bidez fase bakarreko zonaldea eta bi fasetako zonaldea banatzen dira.
• Sistema nahastezinak: substantziak ez dira nahasten, bi faseak ondo bereiziz (ura eta olioa).

Substantziak nahaskorrak izan daitezke fase batean (adibidez fase likidoan) eta nahastezinak beste batean (adibidez fase solidoan).

Clausius-Clapeyron-en ekuazioa

Termokimikan Clausius-Clapeyron-en ekuazioa p-t fase diagrama batean fase/egoera ezberdinak banatzen dituzten koexistentzia kurbak determinatzeko erabiltzen da, hauen malda dP/dT -k adierazten du; ∆H fase aldaketaren entalpia izanik eta  ∆V berriz bolumena.

$dP/dT=\Delta H/T$

Kanpo estekak

• Datuak: Q186693
• Multimedia: Phase diagrams / Q186693