Diagramas de FasesDra. Larissa Marques Barbosa de Araujo

Diagramas de FaseOs diagramas de fase (tambm chamados de diagrama de equilbrio) relacionam a temperatura, composio qumica e quantidade de fases em equilbrio.Os diagramas de equilbrio classificam-se em unrios (de um componente) binrios e de ordem superior (ternrios, quaternrios, etc.). Dentre os vrios tipos, os diagramas binrios so os mais usados e, freqentemente, so subdivididos em vrias classes, de acordo com a transformao invariante de fase que contenham.

Objetivos dos Diagrama de FasesO uso do diagrama de fases pode fornecer informaes sobre a temperatura de fuso; fases presentes em funo da temperatura (regra das fases de Gibbs); composio qumica das fases; proporo das fases (regra da alavanca); limite de solubilidade e distribuio de fases.Na prtica, a dificuldade maior em elaborar estes diagramas que os processos que controlam as rochas gneas so muitas vezes inacessveis para ns. Para estes processos no podemos utilizar uma abordagem direta. Muitas rochas gneas so formadas em ambientes inacessveis observao e porque o trabalho de laboratrio dificultado pelas altas temperaturas, altas presses e pelas substncias corrosivas envolvidas.Por outro lado, podemos tentar um ataque direto, simplesmente fundindo uma rocha gnea no laboratrio e deixando-a resfriar sob condies controladas ou podemos tomar o caminho sinttico mais laborioso, primeiramente desenvolvendo a fsico-qumica de sistemas simples de silicatos e depois adicionar os componentes um a um, at atingir um sistema suficientemente complexo para apresentar alguma semelhana com os lquidos naturais de silicatos.

DIAGRAMAS DE FASE

Os Diagramas de fase representam:Que mineral ou minerais formaram em uma certa composio em relao a Presso, Temperatura e etc;O que acontece se mudamos a T, P e etc em um mineral particular;O que acontece se resfriamos um melt de uma composio especfica;O que acontece se ao fixarmos a T adicionamos uma composio de um componente no melt;Como um melt de um mineral afetado pela presena de outros minerais.

Algumas variveis so observadas quando elaboramos diagramas de fase e podem ser separadas em dois grupos:

Variveis extensivas dependem da soma do material presenteMassaVolumeVariveis intensivas independem do somatrio do material presentePressoTemperaturaDensidadeProporo composicional

Definies de equilbrio

Em termos macroscpicos Um sistema est em equilbrio quando suas caractersticas no mudam com o tempo, e tendem a permanecer nas condies em que se encontra indefinidamente, a no ser que seja perturbado externamente.Em termos termodinmicos Um sistema est em equilbrio quando a sua energia livre (G=H T G) mnima, consideradas as condies de temperatura, presso e composio em que ele se encontra. Variaes dessas condies resultam numa alterao da energia livre, o sistema pode espontaneamente se alterar para um outro estado de equilbrio (no qual a energia livre seja mnima para as novas condies de temperatura, presso e composio).

Limite de solubilidade

Para muitos sistemas e para uma determinada temperatura, existe uma concentrao mxima de tomos de soluto que pode ser dissolvida no solvente formando uma soluo slida. Essa concentrao mxima chamada de limite de solubilidade. Quando o limite de solubilidade ultrapassado forma-se uma segunda fase com composio distinta. A linha solvus indica o limite de solubilidade de A em B ou de B em A.Os diagramas de fases podem representar sistemas com solubilidade total, solubilidade parcial e insolubilidade.

Limite de solubilidade

Sistemas com um nico componenteO equilbrio entre duas fases num sistema monocomponente chama-se equilbrio univariante.

Sistemas Binrios Isomorfos

Num sistema binrio isomorfo de solubilidade total, os dois componentes so completamente solveis um no outro. A seguir, so traados passos para o entendimento desses sistemas, conforme a figura 3 abaixo. A leitura de diagramas isomorfos feita primeiramente definindo o par composio-temperatura desejado. Esse par define um ponto no diagrama.Se o ponto desejado estiver num campo onde somente existe uma fase, a composio j est definida, e a fase a indicada no campo do diagrama.Se o ponto estiver numa regio onde existem duas fases em equilbrio, a determinao da composio das fases presentes possvel traando-se um segmento de reta horizontal que passa pelo ponto e atinge as duas linhas que delimitam o campo de duas fases (linhas lquidus e solidus).

Composies das fases lquida e slidaAs composies das fases lquida e slida so dadas pelas interseces deste segmento de reta e as respectivas linhas de retorno.Liquidus denota a temperatura em que o lquido de uma composio particular ir iniciar a cristalizao.Solidus denota a temperatura em que lquido de uma composio particular ser completamente cristalizada.

P=1 atmComposio do primeiro cristalXCristalizao do feldspato 1. Lquido de composio X (An61) resfria para a liquidus2. Cristais com aproximadamente An87 iniciam a sua formao3. Cristais possuem altas razes de Ca/Na; composio se torna mais sdica.4. razes Ca/Na em ambos cristais e no liquido diminuem com a diminuio da temperatura; proporo dos cristais aumenta quando o lquido diminuiComposition of last crystal Composio do lquido5. Cristais com An61 resfriam sem mudanas na composio

Sistemas Binrios trs fases em equilbrio

Sistema euttico So os caracterizados pela reao euttica, isto , decomposio isotrmica de uma fase lquida em duas slidas durante a solidificao e reao inversa na fuso. Este sistema possui solubilidade parcial. Desenvolvimento de possvel estrutura lamelar.O Euttico o ponto onde o equilbrio invariante, portanto o equilbrio entre trs fases ocorre a uma determinada temperatura e as composies das trs fases so fixas.L +

1. Em uma composio de X resfria at a liquidus, no ponto em que An cristaliza.2. Continuando a cristalizao de An o liquido muda de composio para Di.3. Quando T=1274C, o liquido muda para o euttico; Di comea a cristalizar. Sem mudanas na composio e temperatura em alguma das 3 fases pe permitido que o lquido seja completamente cristalizado.4. Em temperaturas abaixo de 1274C, somente cristais de An e Di esto presentes.X

Sistemas Ternrios ou mais

So os sistemas mais complexos e mais comuns na geologia, so usualmente elaborados em Temperaturas e Presses constantes.

Regra das fases

Gibbs deduziu uma relao entre:P = nmero de fases presentesC = nmero de componentes do sistemaN = nmero de variveis alm da composio. Ex: temperatura, pressoF = nmero de graus de liberdade. o nmero de variveis que pode ser alterado de forma independente sem alterar o nmero de fases no sistema.Esta relao pode apresentada sob a forma da equao que conhecida como a lei ou a regra das fases de Gibbs. P + F = C + NOuF = C P + 2Os diagramas de fase da figura abaixo ilustram polimorfismos de mesma composio qumica de vrios minerais nos quais a Temperatura e Presso so as variveis intensivas que representam o (F) na frmula, o nmero de componentes representando pela letra (C) (neste exemplo, o sistema de um componente apenas) e o nmero de fases (P), neste caso valendo 2 para Cianita=silimanita.

XP = 1 atm1. Para uma composio X, o lquido resfria at a liquidus em 1600C2. Fo comea a cristalizar3. A composio do lquido move-se afastando de Fo4. A composio do lquido atinge o cottico; Di comea a cristalizar com Fo

X1. Para uma composio X, o lquido resfria at a liquidus em 1600CP = 1 atm2. Fo comea a cristalizar3. Liquid composition moves directly away from Fo4. A composio do lquido atinge o cottico; Di comea a cristalizar com Fo5. Co-precipitao de Fo + Di causa a composio do lquido um movimentopara baixo da curva do cottico

X1. Para uma composio X, o lquido resfria at a liquidus em 1600CP = 1 atm2. Fo comea a cristalizar3. A composio do lquido move-se afastando de Fo4. A composio do lquido atinge o cottico; Di comea a cristalizar com Fo5. Co-precipitao de Fo + Di causa a composio do lquido um movimentopara baixo da curva do cottico

X1. Para uma composio X, o lquido resfria at a liquidus em 1600CP = 1 atm2. Fo comea a cristalizar3. A composio do lquido move-se afastando de Fo4. A composio do lquido atinge o cottico; Di comea a cristalizar com Fo5. Co-precipitao de Fo + Di causa a composio do lquido um movimentopara baixo da curva do cottico

X1. Para uma composio X, o lquido resfria at a liquidus em 1600CP = 1 atm2. Fo comea a cristalizar3. A composio do lquido move-se afastando de Fo

4. A composio do lquido atinge o cottico; Di comea a cristalizar com Fo5. Co-precipitao de Fo + Di causa a composio do lquido um movimentopara baixo da curva do cottico6. A composio do lquido atinge o euttico ternrio em 1270C; An inicia sua cristalizao com Di + Fo7. O lquido consumido; An + Di + Fo resfriam em 1270C

Energia livre

Quanto menor for a energia livre de um sistema, maior a sua estabilidade. Ento, a condio de equilbrio a de mnima energia livre. A satisfao dessa condio que determina as fases que podem existir a uma dada temperatura e a uma dada composio.Para uma dada composio podem ocorrer reaes causadas por variao de temperatura de maneira a existirem sempre as fases mais estveis. A energia de ativao dessas reaes obtida da diminuio de energia livre do material cedida ao passar ao estado mais estvel. F = H - TSPor definio, a energia livre, F, de uma substncia pura onde H a entalpia, T a temperatura absoluta e S a entropia.