Numa mistura líquido-sólido, é importante observar que o líquido e o sólido não têm a mesma composição. Considere-se o exemplo do diagrama hipotético da Figura 16.f. Pode-se constatar – aplicando a regra da alavanca (Veja Tópico 8.8, Capítulo 8) – que o líquido é consideravelmente mais rico no componente B. Este fato é usado para a purificação de materiais.
Se o componente B for alguma impureza, podemos simplesmente separar o líquido, deixando o sólido mais puro. O líquido atinge o equilíbrio muito mais rapidamente que o sólido. Conseqüentemente, o primeiro material a solidificar-se, que é relativamente puro, não mudará a sua composição. E embora a Figura 16.f nos mostre que a fração do componente B cresce à medida que cai a temperatura, a lentidão da difusão no sólido pode impedir que uma grande parte do material ajuste sua composição. Em conseqüência, o centro de cada grão nesse sólido tem baixo teor de B e a parte externa de cada grão é, correspondentemente, mais rica em B. A estrutura resultante é chamada zonada (Veja Tópico 9.2, Capítulo 9).
A segregação do soluto deste tipo é também útil para purificação por um método semicontínuo chamado de solidificação direcional. Técnicas similares são conhecidas pelos nomes de fusão zonal e refino por zona. Por estas técnicas é possível purificar lingotes de metais e ligas até um nível de impurezas de algumas partes por bilhão (ppb). Evidentemente, é necessário que o metal ou a liga apresentem um diagrama de fases adequado para este método.
E foi através desta técnica que se produziram os materiais semicondutores (1) silício (Si) e germânio (Ge) utilizados nos primeiros transistores comerciais. A obtenção de semicondutores e metais ultrapuros em escala industrial possibilitou o surgimento da indústria de semicondutores e da chamada “era da informática” desde os anos sessenta do século XX.
Figura 16.f – Segregação do soluto na solidificação: trecho de um diagrama de equilíbrio hipotético.