Introdução - Condições de Equilíbrio

INTRODUÇÃO

O perfeito conhecimento dos diagramas de equilíbrio das ligas metálicas é de vital importância, por proporcionar conhecimentos de várias transformações, escolha das ligas, noções sobre as propriedades e, principalmente, o bom êxito dos tratamentos térmicos.

O diagrama fornece informações de qualquer liga, tais como início e fim de solidificação ou fusão, fases em equilíbrio a determinadas temperaturas, composição química destas fases, variação das quantidades relativas das fases com a temperatura, constituintes, etc. É, portanto, um resumo dos históricos térmicos de todas as ligas dos mesmos componentes.

A construção dos diagramas consiste, simplesmente, em determinar pontos críticos das varias ligas dos mesmos componentes, localizá-los num único gráfico, e uni-los adequadamente por linhas. O gráfico resultante sintetiza o comportamento térmico no resfriamento ou aquecimento lento de qualquer liga e é conhecido como diagrama de equilíbrio físico-químico, térmico, constitucional ou de fases. É comumente referido simplesmente como diagrama de equilíbrio.

Os diagramas de equilíbrio se classificam em unários (de um componente) binários e de ordem superior (ternários, quaternários, etc.). Dentre os vários tipos, os diagramas binários são os mais usados e, freqüentemente, são subdivididos em várias classes, de acordo com a transformação invariante de fase que contenham.

CONDIÇÕES DE EQUILÍBRIO

Regra das fases

Gibbs deduziu uma relação entre o número de fases (P) que podem coexistir em equilíbrio em um dado sistema, o número mínimo de componentes (C) que podem ser usados para formar o sistema e os graus de liberdade (F), ou seja, o número de variáveis – temperatura, pressão e composição – que podem ser alteradas independentemente e arbitrariamente, sem variar o número de fases presentes. Esta relação pode apresentada sob a forma da equação.

que é conhecida como a lei ou a regra das fases de Gibbs.

Energia livre

Quanto menor for a energia livre de um sistema, maior é a sua estabilidade. Então, a condição de equilíbrio é a de mínima energia livre. A satisfação dessa condição é que determina as fases que podem existir a uma dada temperatura e a uma dada composição.

Para uma dada composição podem ocorrer reações causadas por variação de temperatura de maneira a existirem sempre as fases mais estáveis. A energia de ativação dessas reações é obtida da diminuição de energia livre do material cedida ao passar ao estado mais estável.

Por definição, a energia livre, F, de uma substância pura é.

onde H é a entalpia, T a temperatura absoluta e S a entropia. A energia total livre, F’, de um sistema binário contendo em solução n_A moles do componente A e n_B moles do componente B, admitindo-se que a pressão e a temperatura sejam constantes é.

onde F_A e F_B são as energias livres parciais molares dos componentes A e B, respectivamente.