¿Qué causa un punto eutéctico?

¿Qué causa la depresión del punto de fusión conocida como punto eutéctico ?

La depresión de temperatura de un punto eutéctico se puede calcular a partir de las entalpías y entropías de fusión de las dos sustancias.

Bueno, la respuesta simple sería que, debido a las entalpías y entropías relevantes, la fase líquida tiene una energía libre de Gibbs más baja que la línea de unión que conecta las fases sólidas. ¿Había una pregunta más profunda escondida allí?

Respuestas (1)

Una respuesta un poco más larga, ya que me temo que mi comentario puede haber parecido un poco abrupto...

Veamos un sistema termodinámico bastante simple, el diagrama de fase binario Ag-Ge. Este consta de solo 3 fases, fcc Ag, diamante cúbico Ge y el líquido. Tomando el modelo termodinámico publicado de J. Wang et al. en Thermochimica Acta 512 240-246 (2011), se puede calcular la energía libre de cada fase en función de la temperatura y la composición, y luego extraer las líneas de enlace que representan la energía libre más baja para el sistema a cada temperatura.

Ag-Ge a 900KEsta figura muestra, en el gráfico superior, las energías libres en el sistema Ag-Ge evaluadas a 900K. El gráfico inferior es el diagrama de fase calculado hasta ese punto. La línea azul es la energía libre de fcc Ag con Ge como soluto. La línea roja empinada a la derecha es la energía libre de Ge cúbico de diamante con Ag como soluto. La línea verde es la energía libre de la fase líquida Ag-Ge. La única línea de unión que está presente a esta temperatura es la línea roja casi horizontal (está bien, debería elegir mejores colores). Esta es la tangente común entre la fase fcc Ag(Ge) y la fase de diamante Ge(Ag). Ninguna otra fase tiene una energía libre por debajo de esta línea, por lo que en este rango la energía libre más baja del sistema es una mezcla de fcc Ag(Ge) y diamante Ge(Ag).

Ag-Ge a 950KAhora continuamos con el cálculo para mostrar, en el gráfico superior, las curvas de energía libre calculadas a 950K. La energía libre de líquido ahora ha caído por debajo de la línea de unión entre las dos fases sólidas. Por lo tanto, el líquido ahora es una fase estable y tenemos dos líneas de enlace. Uno conecta la fase fcc Ag(Ge) con el líquido en una composición y el otro conecta la fase de diamante Ge(Ag) con el líquido en otra composición. El líquido ahora ha aparecido en el diagrama de fase, con un eutéctico que ocurre a ~921K y ~24 at.% Ge. Justo en el punto eutéctico, la curva de energía libre de líquido toca la línea de unión entre las dos fases sólidas.

Un texto clásico sobre la termodinámica de los sistemas binarios es Porter y Easterling, Phase Transitions in Metals and Alloys.

Hermosos diagramas! ¿Una línea de unión es una isoterma? La línea roja casi horizontal, que es la tangente común entre la fase fcc Ag(Ge) y la fase de diamante Ge(Ag), no es un límite de fase tradicional. Más bien es un límite de fase pseudomorfo. ¿Es esa una característica común de la eutéctica: la intersección de las líneas de energía libre para un límite de fase pseudomórfico y su líquido correspondiente?
La línea de unión no es un límite. Indica que la energía libre a lo largo de su longitud es una combinación lineal de las energías libres de los puntos finales. Una línea de unión es una tangente común entre dos curvas de energía libre. Si ninguna otra curva de energía libre va por debajo de la tangente común, entonces es el estado de energía libre más bajo y, por lo tanto, el estado de equilibrio del sistema. Los puntos de tangencia común son los límites de fase.
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