Fundamentos de Diagramas de Fase, Equilibrio Material y Solubilidad Química

Introducción a los Diagramas de Fase y el Equilibrio

Se denomina **diagrama de fase** a la representación gráfica de las fronteras entre diferentes **estados de la materia** de un sistema, en función de variables elegidas para facilitar su estudio. Cuando en una de estas representaciones todas las fases corresponden a estados de agregación diferentes, se suele denominar *diagrama de cambio de estado*.

Definición de Fase y Equilibrio Material

Una **Fase** es una porción homogénea de un sistema que tiene **características físicas y químicas uniformes**.

Así, la condición de **equilibrio material** en un sistema compuesto por varias fases y especies es [condición termodinámica], condición que se cumple cuando no hay **cambios macroscópicos** en la composición del sistema, ni transporte de materia de una fase a otra del sistema.

Sustancias Homogéneas y Heterogéneas

Una sustancia es **heterogénea** cuando sus componentes son visibles a simple vista; es **homogénea** cuando no se pueden identificar.

Fases del Hierro y Aleaciones (Aceros)

En el estudio de las aleaciones de hierro y carbono, se identifican varias fases cristalinas clave:

• La fase **gamma** se llama *austenita*. La austenita es una fase de **alta temperatura** y posee una **estructura cúbica centrada en las caras (FCC)** [que es una estructura de empaquetamiento compacto].
• La fase **alfa** se llama *ferrita*. La ferrita es un componente común en aceros y posee una **estructura cúbica centrada en el cuerpo (BCC)** [que es un empaquetamiento menos denso que la FCC].
• El **Fe₃C** se llama *cementita*.
• La mezcla eutéctica de *ferrita* (**fase alfa**) y *cementita* se denomina *perlita*.

Punto Eutéctico

El **punto eutéctico** es la máxima **temperatura** a la que puede producirse la mayor cristalización del **solvente** y **soluto**, o también se define como la temperatura más baja a la cual puede fundir una mezcla de sólidos A y B con una composición fija.

Conceptos de Solubilidad

Límite de Solubilidad

El **límite de solubilidad** es la cantidad máxima de **soluto** que puede disolverse en una disolución.

Definiciones Clave

• **Soluto:** La sustancia que se disuelve.
• **Disolvente (o Solvente):** La sustancia en la que se disuelve el soluto.

Ejemplo Práctico de Solubilidad

Para facilitar la comprensión, consideremos el siguiente ejemplo:

Si tienes **leche** (el *disolvente*) y **chocolate en polvo** (el *soluto*), al añadir el chocolate y moverlo, llegará un punto en que el chocolate ya no se disolverá. Cuando esto sucede, has superado el **límite de solubilidad**, y el exceso de chocolate quedará concentrado en el fondo o en la superficie del vaso.

Efecto de la Temperatura

El **límite de solubilidad** puede variar significativamente según la temperatura: generalmente, **aumenta al incrementar la temperatura**. Esto significa que la leche hirviendo aceptará más chocolate en polvo que si estuviera totalmente fría.