Durante este capítulo foi desenvolvida a idéia de se obter o diagrama de fases pela energia livre de Gibbs (G).
Mas, na atividade de pesquisa, não se mede a energia livre com o fim de se determinar a constituição de fases.
Os diagramas de fases são registros diretos de experimentos. Primeiramente, são produzidas amostras das ligas. Usualmente é muito mais simples fazer com que amostras de composição conhecida cheguem ao equilíbrio, em várias temperaturas, e determinar, com o uso de técnicas óticas, elétricas ou de raios X, a presença das várias fases. Estes dados podem ser lançados diretamente no diagrama. O diagrama de fases é ainda a ferramenta mais útil para a previsão da constituição de fases.
Neste e no próximo tópico, discutiremos a obtenção de informações do diagrama.
Consideremos o sistema de ligas da Figura 11.q. Se começarmos com o componente A puro à temperatura e adicionarmos B lentamente, nossa amostra será inteiramente formada de
até que a composição atinja
. Quando o teor de B na liga exceder
, aparecerá a fase
, uma vez que, na regra de duas fases, as composições de
e de
, à temperatura
, permanecem fixas. Adições posteriores de B causam aumentos na quantidade relativa da fase
e diminuição da quantidade relativa da fase
. Esta situação continua até que a composição total atinja
, ponto em que a liga é completamente formada por
. Um enriquecimento adicional do teor de B na liga simplesmente aumenta o teor de B na fase
.
As quantidades relativas de cada fase podem ser calculadas para qualquer composição entre e
. Usa-se o princípio de conservação de matéria (balanço de massa), ou seja, se houver
moles de
e
moles de
(11.5)
onde N é o número total de moles da liga. De modo análogo, o número total de moles de B na liga deve ser igual à soma das quantidades de B em cada uma das fases:
(11.6)
A resolução do par de equações acima, em relação a e
, será:
(11.7)
e
(11.8)
cada fração representa a quantidade relativa de cada fase. Naturalmente, estas relações se aplicam também à fração de cada fase em unidades de peso. Se as diferenças e
forem consideradas braços de alavanca, a razão da expressão regra da alavanca se torna evidente. A composição
da liga é o “ponto de apoio” e a quantidade de cada fase é proporcional ao comprimento (isto é, diferença de composições) do braço de alavanca oposto. A fração da liga correspondente a cada fase é simplesmente o braço de alavanca oposto dividido pelo comprimento total
.
Figura 11.q – Diagrama de fases hipotético do sistema A-B: aplicação da regra da alavanca.