Relazione laboratorio (diagrammi di fase), Chimica fisica

Leonardo Calabresi relazione diagrammi di fase

Relazione esperienza di laboratorio diagrammi di fase Pb-Sn da curve di raffreddamento

Corso: Laboratorio di chimica fisica 1 CCL: Chimica

Docente: Prof.ssa Anita Scipioni

Esperienza: n°6

Scopo dell'esperienza

Costruire il diagramma di fase binario Pb-Sn attraverso l’acquisizione di temperature dalle curve di raffreddamento in aria di 12 leghe a composizione diversa.

Materiali e strumentazione

• Forno a pozzo con termostato (450 °C)
• Crogioli per leghe
• Supporto per crogioli
• Computer con interfaccia per acquisizione dati
• Termoresistenze
• Leghe Pb-Sn a diversa composizione

Principio del metodo

Le leghe Pb-Sn sono sistemi costituiti da due componenti, questo fa sì che per rappresentare un diagramma di fase di tali leghe occorrono quattro variabili: T, P, x_a, x_b; questo richiederebbe un diagramma estremamente complesso da elaborare. Dato che le composizioni x_a e x_b sono complementari tra loro (x_a + x_b =1), è possibile rappresentare sul grafico solo una delle composizioni; questo ci permette di elaborare un grafico in tre dimensioni, più accessibile a fini pratici.

Determinazione dei campi di esistenza

Nel diagramma sovrastante è possibile determinare sei campi di esistenza dove coesistono fasi differenti:

• Fase liquida L: piombo e stagno sono liquidi e completamente miscibili tra loro.
• Soluzione solida α: è una soluzione solida di Sn in piombo.
• Soluzione solida β: è una soluzione solida di Pb in stagno.
• Coesistenza fase α con fase liquida (L).
• Coesistenza fase β con fase liquida (L).
• Coesistenza fase α con fase β.

Osservazioni durante il raffreddamento

Come si può vedere dal diagramma precedente, durante il raffreddamento di un’ipotetica lega al 22% in peso di stagno, inizialmente in fase liquida, è possibile osservare dei fenomeni che si discostano da quelli di sostanze pure. Infatti, se osserviamo lungo la linea che indica tale composizione, si incontra l’inizio della solidificazione del Pb nella zona che separa il liquido (L) e la fase (α+L); ciò comporta un arricchimento in stagno della fase liquida e un arricchimento in piombo della fase solida che proseguono al diminuire della temperatura fino a raggiungere la riga della temperatura del punto eutettico (183 °C) che indica la minima temperatura alla quale possono coesistere le fasi solide (α e β) in presenza di liquido. Quando una soluzione si trova sul punto eutettico, essa si comporta come una sostanza pura in quanto, da questo punto in poi, la composizione rimane costante e quindi solidifica a temperatura costante.