Eutéctico

El problema de obtención del eutéctico es básico en la formación del acero: Hierro+Carbono.

Se entiende por eutéctico del griego "eu"= facil y "teksis" = fusión; (F. Gauthrie, 1884) a la mezcla homogénea de sólidos íntimamente conectados, formando una súper retícula, al alcanzar una proporción de porcentaje atómico única entre los componentes, que posee un punto de fusión más bajo que el que poseen los compuestos individualmente.

Eutéctico es una mezcla de dos componentes con punto de fusión (solidificación) o punto de vaporización (licuefacción) mínimo, inferior al correspondiente a cada uno de los compuestos en estado puro. Esto ocurre en mezclas que poseen alta estabilidad en estado líquido, cuyos componentes son insolubles en estado sólido.

Dados un disolvente y un soluto insolubles en estado sólido, existe para ellos una composición llamada mezcla eutéctica en la que, a presión constante, la adición de soluto ya no logra disminuir más el punto de fusión. Esto hace que la mezcla alcance el punto de congelación (en caso de líquidos, licuefacción) más baja posible y ambos se solidifiquen a esa temperatura (temperatura eutéctica).

En procesos a presión constante, el cambio de estado en el caso de un eutéctico, a diferencia de las mezclas tiene lugar a temperatura constante, como en el caso de componentes puros.

La solidificación comienza formándose un primer núcleo del componente A, y a continuación otro núcleo de metal B. Este proceso se repite continuamente, de manera que las dos fases A y B se disponen en forma de láminas entremezcladas. No forman una estructura uniforme como sería el caso de sustancias con solubilidad total en estado sólido.

Por ejemplo: sea el sólido A impurificado con B, los puntos de fusión respectivos son PfA y PfB y PfA<PfB, entonces el punto eutéctico (temperatura a la cual funde la mezcla), Pe, será menor que el punto de fusión de A. El ejemplo vale también para el caso en el que PfB<PfA, en este caso el punto Pe<PfB. La mezcla eutéctica se comporta como un sólido puro, no obstante es incorrecto afirmar que se trata de una solución sólida. Se puede hacer una analogía con el descenso crioscópico para soluciones y solutos. Por encima de esta temperatura de fusión, si se tiene la composición eutéctica, la mezcla es toda líquida.

En mezclas que presentan solubilidad total en estado sólido, la temperatura de solidificación de la mezcla estará comprendida entre las correspondientes a cada uno de los componentes en estado puro. De manera que al aumentar la concentración del componente de temperatura de solidificación más baja, disminuirá la temperatura de solidificación de la mezcla.

Fases eutécticas de aleaciones y sus diagramas

En los diagramas de fases binarios se pueden ver los puntos de equilibrio entre las distintas fases que pueden llegar a presentarse en una aleación. En este caso, centraremos en las reacciones eutécticas y su representación en el diagrama. Tomemos de ejemplo la aleación de plomo-estaño. Existen 3 fases principales: la líquida (L, ambos componentes están bien mezclados), alfa (A, plomo con estaño disuelto) y beta (B, estaño con plomo disuelto).

En la mayoría de las composiciones se tiene una mezcla de la fase A y B por debajo de 183°C, a concentraciones bajas de estaño tenemos A puro y a concentraciones bajas tenemos B puro (A las líneas que dividen las zonas de fases puras con las de mezcla se les llama solvus). Al subir la temperatura por encima de 183°C y teniendo una mezcla de A y B, existen 5 reacciones probables:

  • Toda la fase B se convierte en A
  • Toda la fase A se convierte en B
  • Toda la fase B se convierte en L
  • Toda la fase A se convierte en L
  • Toda la mezcla A+B se convierte en L

Como es de esperar, las dos primeras opciones ocurren cuando se tienen bajas o altas proporciones de uno de los metales. Cuando ocurre el tercer caso se dice que la aleación es hipoeutéctica y a la aleación del cuarto caso se le denominará hipereutéctica. Para que una mezcla de A y B se convierta en L en un sólo paso se debe tener la composición eutéctica, una de las características más importantes de estas aleaciones es que cuando se enfrían, el acomodo de A y B se da de manera laminar.

Para poder leer correctamente estos diagramas es necesario tener en cuenta todas las zonas y cambios antes mencionados. Ahora si se quiere saber la composición de alguna de las fases en una mezcla es necesario hacer una línea de interconexión entre los solvus. También por medio de la regla de la palanca se puede determinar el porcentaje que se tiene de cada fase.[1]

Tipos

Aleaciones

Las aleaciones eutécticas tienen dos o mas materiales y tienen composición eutéctica. Cuando una aleación no eutéctica solidifica, sus componentes solidifican a diferentes temperaturas, exhibiendo un rango de fusión de plástico. De manera contraria, cuando una aleación eutéctica bien mezclada se fusiona, lo hace a una misma temperatura. Las transformaciones de varias faces ocurridas durante la solidificación de una composición de aleación específica puede ser entendida trazando una linea vertical desde la fase líquida a la fase sólida en el diagrama de fases de esa aleación.

Algunos usos incluyen:

  • Relés de sobrecarga de aleación eutéctica para protección eléctrica de motores trifásicos para bombas, ventiladores, transportadores, y otros equipos de proceso industrial[2]​.
  • Aleaciones eutécticas para soldadura, compuestas por estaño (Sn), plomo (Pb) y algunas veces plata (Ag) u oro (Au)
  • Aleaciones de fundición, tales como aluminio-silicio y hierro fundido (composición 4.3% carbón en hierro produciendo una aleación eutéctica austenita-cementita).
  • Chips de silicio están unidos a sustratos chapados en oro por medio de una aleación eutéctica silicio-oro por la aplicación de energía ultrasónica al chip.
  • Soldadura, donde la difusión puede remover elementos de aleación en las uniones, así que la fusión eutéctica sólo es posible anteriormente en el proceso de soldado.
  • Respuesta a la temperatura e.j., Metal de Wood y Metal de Field para rociadores de incendios.
  • Alternativas no toxicas del mercurio, tales como el galinstano.
  • Metales vidriosos experimentales, con gran resistencia a la corrosión.
  • Aleaciones eutécticas de sodio y potásio (NaK) que son líquidas a temperatura ambiente y son utilizadas como refrigerantes en reactores de neutrones rápidos.

Otros

  • El cloruro de sodio y agua forman una mezcla eutéctica cuyo punto punto eutéctico es -21.2°C[4]​. La naturaleza eutéctica de sal y agua es explotada cuando la sal es rociada en caminos para la remoción de hielo, o mezclada con hielo para propiciar bajas temperaturas (por ejemplo, en fabricación tradicional de helados).
  • Etanól-agua tiene un punto eutéctico inusualmente sesgado, e.j., se encuentra cerca del etanól puro, lo que define la máxima prueba que se puede obtener por congelación fraccionada.
  • La "sal solar", 60% NaNO3 y 40% KNO3 forma una mezcla eutéctica que es utilizada para almacenamiento de calor en plantas de energía termosolar de concentración[5]​. Para reducir el punto de fusión eutéctico en la mezcla, se utiliza nitrato de calcio en proporción 42% Ca(NO3)2, 43% KNO3, y 15% NaNO3.
  • La Lidocaína y Prilocaína son sólidas a temperatura ambiente, forman una mezcla eutéctica que es un aceite con un punto de fusión a 16°C (61°F) usado como anestésico local.
  • El mentol y el alcanfor son sólidos a temperatura ambiente, forman una mezcla eutéctica que se mantiene líquida a temperatura ambiente en las proporciones: 8:2, 7:3, 6:4, y 5:5. Ambas substancias son ingredientes comunes en preparaciones de fármacos extemporáneos.[6]
  • Algunos minerales pueden formar mezclas eutécticas en rocas ígneas, incrementando características microestructurales exhibidas.[7]
  • Algunas tintas son mezclas eutécticas, permitiendo a las impresoras de inyección operar a bajas temperaturas[8]​.

Resistencia de las aleaciones eutécticas

Cada fase de la aleación eutéctica esta endurecida por una solución solida, las cuales en ciertos casos pueden endurecerse por trabajo en frío. Es posible ademas controlar el tamaño de los granos si se agregan inoculantes o refinadores apropiados en el proceso de la solidificación, asi como la posibilidades de modificar las propiedades de la aleación si se controla la cantidad y microestructura de colonias eutécticas

Tamaño de colonias eutécticas

Cada una de las colonias nuclean y crecen de manera independiente a lo largo de la aleación. Dentro de cada una de ellas la orientación de las laminas es la misma.

Cantidad de eutéctico

Es posible controlar las propiedades de la aleación mediante el control de cantidad de colonias eutécticas. El incremento en el numero y tamaño de estas colonias origina un incremento en la resistencia de la aleación

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