Diagramas de equilíbrio ternário
Noções básicas de diagrama ternário Número de componentes C = 3 Componentes podem ser: três matérias-primas, três óxidos, três fases cerâmicas Representado por um triângulo equilátero Cada vértice do triângulo representa 100% de um componente puro e pode ser expressado em % molar ou % em peso Através de intervalos de linhas conhecidos pode-se determinar a composição da mistura em termos dos seus componentes Também é possível a partir de uma composição conhecida ( em que os três componentes perfazem 100%) representá-la no diagrama
Ponto P 20% A 40% B 40% C
1. 60% A 20% B 20% C = 100% 2. 25% A 40% B 35% C = 100% 3. 10% A 70% B 20% C = 100% 4. 0.0% A 25% B 75% C = 100%
Mistura M = 70% A + 20% B + 10% C Mistura N = 40% A + 10% B + 50% C Se foram misturadas uma parte de M com três partes de N, isto é, 25% M + 75% N, a mistura resultante terá a composição: 0,25 x 70% A + 0,75 x 40% A = 47,5% A 0,25 x 20% B + 0,75 x 10% B = 12,5% B 0,25 x 10% C + 0,75 x 50% C = 40,0% C Ponto Q, sobre o segmento MN. Aplicando a regra da alavanca a esse segmento, tem-se: % M = (QN/MN) x 100 = 25% % N = (MQ/MN) x 100 = 75%
Esse exemplo mostra que: conhecidas as composições químicas das matérias-primas de interesse, pode-se matemática e geometricamente, determinar a composição química da mistura. conhecidas as composições químicas das matérias-primas de interesse e a composição química da composição que se deseja obter (por exemplo a composição de uma fase cerâmica), pode-se determinar matemática e geometricamente as proporções da matérias-primas para que essa composição (ou fase) seja alcançada. Se juntarmos duas misturas M e N, a composição Q da mistura resultante estará sobre o segmento de reta MN e num ponto tal que divida esse segmento em dois inversamente proporcionais às quantidades das misturas originais (regra da alavanca).
Mistura R = 20% A + 70% B + 10% C Mistura S = 40% A + 40% B + 20% C Mistura L = 10% A + 30% B + 60% C Se se misturarem duas partes de R com três partes de S e cinco partes de L, isto é, 20% R + 30% S + 50% L, a mistura resultante terá a composição: 0,20 x 20% A + 0,30 x 40% A + 0,50 x 10% A = 21% A 0,20 x 70% B + 0,30 x 40% B + 0,50 x 30% B = 41% B 0,20 x 10% C + 0,30 x 20% C + 0,50 x 60% C = 38% C Pode-se calcular as proporções de R, S e L usando três alavancas lineares independentes, unindo cada um dos vértices ao ponto P até interceptar o lado oposto, tal que: %S = (PO/SO) x 100 = 30% % R= (PO /RO ) x 100 = 20% % L= (PO /LO ) x 100 = 50%
Para três misturas quaisquer num sistema ternário: a composição da mistura resultante pertence ao triângulo formado pelas três misturas originais e localiza-se no seu centro de gravidade. Inversamente, quando uma mistura se desdobra em três fases de composições diferentes, essas três fases definem um triângulo (chamado de triângulo conjugado) cujo centro de gravidade é ocupado pela mistura original.
Se quantidade de um componente são adicionadas ou subtraídas de uma mistura ternária e os outros dois componentes são mantidos numa relação constante, a mudança da composição segue através de uma linha reta interior ao triângulo que representa os 3 componentes. A extensão do vértice de A até o eixo que une B e C, mostra que a uma proporção constante entre B e C, o componente A pode ser adicionado ou subtraído.
A + L B + L A + L B + L C + L C + L A + L B + L C + L Eutético ternário (A, B e C) Regra das Fases: P + F = C + 1 Número máximo de fases que podem coexistir F = 0 P + 0 = 3 + 1 P = 4 fases
É comum encontrar ou representar a variação de temperatura através do uso de setas que indicam o sentido do abaixamento da temperatura. O interior do diagrama tem temperaturas mais baixas que os vértices do triângulo (que representam as temperaturas de fusão dos componentes puros), devido ao surgimento de reações eutéticas, peritéticas ou outras. Campos primários indicam fases que se cristalizam primeiro ou se desenvolvem por último Definem as composições e temperaturas em que a fase sólida é estável no líquido
Qualquer composição que pertença ao campo de cristalização primária de um componente, esse componente é o primeiro sólido que se cristaliza a partir do líquido (último sólido a desaparecer num processo de fusão).
Diagrama de equilíbrio de fases para o caso em que entre os componentes A e C não há formação de compostos, entre B e C também não há formação de nenhum composto (fase), mas, entre A e B ocorre a formação de um composto estequiométrico A x B y. A linha tracejada é conhecida como Linha de Alkemade, ou linha de compatibilidade. É uma linha de compatibilidade pois toda composição que for formulada sobre ela, resultará em duas fases que são C e A x B y. Isto é, elas são compatíveis e podem coexistir em equilíbrio. Ela também divide o triângulo total equilátero em outros dois triângulos, AMC ou A-A x B y -B, e MBC ou A x B y -B-C. Esses novos triângulos são conhecidos como triângulos conjugados pois conjugam 3 fases em equilíbrio.