📚 Parte della guida Impara la chimica › Elementi e materiali
Elementi e materiali
Gli elementi della tavola periodica e i materiali che fanno il mondo.
In sintesi
- A calcolare le quantità relative delle due fasi in equilibrio in un campo bifasico.
- Per conservazione della massa: più la composizione globale è vicina a una fase, più quella fase è abbondante.
- È il segmento orizzontale (a temperatura costante) che, in un campo bifasico, congiunge le composizioni delle due fasi in equilibrio.
- In una lega ipoeutettica, raffreddando si forma prima una fase «primaria» (proeutettica) e solo alla temperatura eutettica il liquido residuo solidifica come miscela…
In una regione bifasica di un diagramma di fase la regola della leva dice non solo quali fasi coesistono, ma anche in quale proporzione. Tracciata la linea di legame (tie line) alla temperatura voluta, la frazione di una fase è pari al braccio opposto diviso la lunghezza totale. Questi sei esercizi svolti applicano la regola a leghe binarie, dalle frazioni di fase alle masse reali, fino alle fasi proeutettiche.
Esercizio 1 — Frazioni di due fasi in equilibrio
Una lega ha composizione globale C₀ = 35% B. Alla temperatura considerata coesistono la fase α (Cα = 15% B) e il liquido (CL = 55% B). Calcola le frazioni delle due fasi.
| C₀ | 35% B |
|---|---|
| Cα | 15% B |
| CL | 55% B |
Soluzione passo per passo
La frazione di α è il braccio opposto (verso il liquido) diviso la tie line totale:
wα = (CL−C₀)/(CL−Cα) = (55−35)/(55−15) = 0.5
wα = 0.5 e wL = 0.5: metà solido e metà liquido, perché C₀ cade esattamente a metà della tie line.
Esercizio 2 — Spostare la composizione globale
Per la stessa coppia di fasi (Cα = 15%, CL = 55%) una lega ha ora C₀ = 45% B. Come cambiano le frazioni?
| C₀ | 45% B |
|---|---|
| Cα | 15% B |
| CL | 55% B |
Soluzione passo per passo
La composizione globale è più vicina al liquido, quindi il liquido sarà maggioritario:
wα = (55−45)/(55−15) = 10/40 = 0.25
wα = 0.25, wL = 0.75. Avvicinando C₀ al lato liquido la frazione liquida cresce: la fase più vicina a C₀ è sempre la più abbondante.
Esercizio 3 — Dalle frazioni alle masse
In 1 kg della lega dell’esercizio 1, quanti grammi di fase α e di liquido sono presenti?
| Massa totale | 1000 g |
|---|---|
| wα | 0,5 |
| wL | 0,5 |
Soluzione passo per passo
Si moltiplicano le frazioni per la massa totale:
mα = wα·mtot = 0,5·1000 = 500 g
Ci sono 500 g di fase α e altrettanti di liquido. La regola della leva traduce direttamente le frazioni in quantità reali di materiale.
Esercizio 4 — Sul confine di fase
Cosa prevede la regola della leva quando la composizione globale C₀ coincide con il confine della fase α (C₀ = Cα = 15% B)?
| C₀ | 15% B |
|---|---|
| Cα | 15% B |
Soluzione passo per passo
Il braccio dalla parte di α si annulla, quindi:
wL = (C₀−Cα)/(CL−Cα) = (15−15)/… = 0
wL = 0 e wα = 1: si ha il 100% di fase α. Sul confine fra il campo monofasico e quello bifasico compare la prima (o l’ultima) traccia dell’altra fase.
Esercizio 5 — Fase proeutettica in una lega ipoeutettica
Una lega ipoeutettica ha C₀ = 30% B. Appena sopra la temperatura eutettica, la fase α ha Cα = 18% B e il liquido ha la composizione eutettica CE = 60% B. Calcola la frazione di α proeutettica.
| C₀ | 30% B |
|---|---|
| Cα | 18% B |
| CE | 60% B |
Soluzione passo per passo
La fase α già solidificata (proeutettica) si trova con la leva fra Cα e la composizione eutettica:
wα = (CE−C₀)/(CE−Cα) = (60−30)/(60−18) = 0.7143
wα ≈ 0.7143: circa il 71% è α proeutettica, il resto solidificherà come miscela eutettica. È così che si prevede la microstruttura finale della lega.
Esercizio 6 — Come cambiano le frazioni raffreddando
Una lega C₀ = 35% B attraversa la regione bifasica. A temperatura alta le fasi hanno Cα = 25%, CL = 45%; a temperatura più bassa Cα = 18%, CL = 60%. Come varia la frazione di solido?
| T alta | Cα=25, CL=45 |
|---|---|
| T bassa | Cα=18, CL=60 |
Soluzione passo per passo
A temperatura alta:
wα = (45−35)/(45−25) = 0.5
A temperatura più bassa:
wα = (60−35)/(60−18) = 0.5952
La frazione solida cresce da 0.5 a 0.5952 man mano che si raffredda: il solido aumenta a spese del liquido, finché alla fine la lega solidifica del tutto. La regola della leva descrive quantitativamente l’intero percorso di solidificazione.
Domande frequenti
A cosa serve la regola della leva?
A calcolare le quantità relative delle due fasi in equilibrio in un campo bifasico. Il diagramma di fase da solo dice quali fasi coesistono e con quali composizioni; la regola della leva aggiunge in che proporzione.
Perché si usa il braccio opposto?
Per conservazione della massa: più la composizione globale è vicina a una fase, più quella fase è abbondante. La frazione di una fase è quindi proporzionale alla distanza dall’altra fase, cioè al braccio opposto.
Cos’è la tie line?
È il segmento orizzontale (a temperatura costante) che, in un campo bifasico, congiunge le composizioni delle due fasi in equilibrio. I suoi estremi danno Cα e CL, il punto interno corrisponde alla composizione globale C0.
Cosa significano fase proeutettica ed eutettica?
In una lega ipoeutettica, raffreddando si forma prima una fase «primaria» (proeutettica) e solo alla temperatura eutettica il liquido residuo solidifica come miscela eutettica. La regola della leva, applicata appena sopra la temperatura eutettica, dà la frazione di fase proeutettica.
La regola vale solo per le leghe?
No: vale per qualunque sistema bifasico rappresentato su un diagramma con un asse di composizione, comprese miscele di sali, sistemi ceramici e leghe polimeriche. Basta avere una tie line e le composizioni delle due fasi.
Vuoi una verifica sul tuo caso?
Raccontaci cosa produci, importi o vendi: ti diciamo con chiarezza cosa serve per essere in regola, senza tecnicismi inutili e senza blocchi di vendita o spedizione.
Avvertenza. Questo articolo ha finalità informative e divulgative e riflette la normativa vigente alla data di pubblicazione; le scadenze indicate possono essere modificate da provvedimenti successivi. Non sostituisce la verifica tecnica del singolo prodotto e del caso specifico. A cura della Redazione di ChimicaConforme.