Descripción: Laboratorio de Fisicoquimica. Universidad Autonoma de Ciudad Juarez. Ana Lizbeth Ramos Cabral. 2018.
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República Bolivariana de Venezuela Ministerio para el poder popular de la educación superior Universidad Nacional Experimental “Rafael María Baralt”
Proyecto de Ingeniería y Tecnología Ciencia de los materiales Prof.: Roger Chirinos Sección #3
Solidificación
Integrantes: Torres Fabian C.I: 19.968.313
Ciudad Ojeda, septiembre de 2009
Esquema 1. Describe y dibuje el proceso de solidificación de un metal puro en término de nucleación y crecimiento de cristales. 2. Defina el proceso de nucleación homogénea para la solidificación de un metal puro 3. En la solidificación de un metal puro ¿Cuáles son las dos energías involucradas en la transformación? Escriba la ecuación para el cambio total de energía libre involucrada en la transformación del líquido para producir un núcleo solido libre de tensiones mediante nucleación homogénea. Ilustre gráficamente los cambios de energía asociados con la formación del núcleo durante la solidificación. 4. En la solidificación de un metal ¿Cuál es la diferencia entre un embrión y un núcleo? ¿Que es el radio critico de una partícula que solidifica? 5. Durante la solidificación ¿Cómo afecta el grado de subenfriamiento al tamaño crítico del núcleo? Supóngase nucleación homogénea. 6. Distinga entre nucleación homogénea y heterogénea para la solidificación de un metal puro.
Desarrollo Describe y dibuje el proceso de solidificación de un metal puro en término de nucleación y crecimiento de cristales: La transformación de liquido a solido ocurre en dos etapas. La primera, es la nucleaci ón de la fase s ólida en la fase liquida, donde se genera una superficie solido-liquido que tiene una energ ía de superficie
(energ ía por unidad de
superficie) y, la segunda, se refiere al crecimiento de estos n úcleos a medida que desciende la temperatura. Por lo tanto, durante la solidificaci ón coexisten ambas fases, sólidas y liquida. La relación entre las velocidades de nucleaci ón y crecimiento determinar la forma y el tama ño de los granos del s ólido resultante. Las anteriores resistencias a la nucleaci ón exigen un subenfriamiento para que se inicie el proceso de solidificaci ón; el subenfriamiento ser mayor para una nucleaci ón homogénea, es decir, aquella por la cual se forma un n úcleo en el seno mismo del l íquido. Por otra parte, la nucleaci ón heterogénea está caracterizada por la formaci ón de núcleos sobre superficies s olidas existentes como paredes del molde o part ículas solidas en suspensi ón.
Defina el proceso de nucleación homogénea para la solidificación de un metal puro: Cuando se enfría suficientemente un metal líquido puro por debajo de su temperatura de equilibrio de solidificación se crean numerosos núcleos homogéneos por movimiento lento de los átomos enlazados entre sí. La nucleación homogénea requiere habitualmente un elevado grado de subenfriamiento que puede llegar a ser de varios cientos de grados Celsius para algunos metales. Para que un núcleo estable pueda transformarse en un cristal debe alcanzar un tamaño crítico.
En la solidificación de un metal puro ¿Cuáles son las dos energías involucradas en la transformación? Escriba la ecuación para el cambio total de energía libre involucrada en la transformación del líquido para producir un núcleo sólido libre de tensiones mediante nucleación homogénea. Ilustre gráficamente los cambios de energía asociados con la formación del núcleo durante la solidificación : En la nucleación homogénea de un metal puro solidificando deben considerarse dos tipos de cambios de energía: 1.- La energía libre volumétrica (o global) liberada por la transformación de liquido a solido, y 2.- La energía libre superficial necesaria para formar las nuevas superficies solidas de las partículas solidificadas.
El cambio de energía libre total para la formación de un embrión esférico o de un núcleo de radio r formado por enfriamiento de un metal puro viene dado por la ecuación:
Grafica de los cambios de energía asociados con la formación del núcleo durante la solidificación:
En la solidificación de un metal ¿Cuál es la diferencia entre un embrión y un núcleo? ¿Qué es el radio crítico de una partícula que solidifica?: La diferencia que existe entre un embrión y un núcleo es que el embrión es el grupo de átomos que es menor que el tamaño critico, mientras el núcleo es el grupo de átomos que es mayor que el tamaño critico El radio critico (expresado como r* ) es el valor al cual si el radio del núcleo llega el cambio de energía libre total ( ΔGt ) llega a su máximo valor denotándose como ΔG*
Durante la solidificación ¿Cómo afecta el grado de subenfriamiento al tamaño crítico del núcleo? Supóngase nucleación homogénea: A mayor grado de subenfriamiento ΔT por debajo de la temperatura de equilibrio de fusión del metal, mayor es el cambio de energía libre volumétrica ΔGv. Sin embargo, el cambio de energía libre debido a la energía de superficie ΔGs no varía mucho con la temperatura. De este modo el tamaño crítico del núcleo viene determinado fundamentalmente por ΔGv. Cerca de la temperatura de solidificación, el tamaño crítico del núcleo debe ser infinito, puesto que ΔT tiende a cero. A medida que aumenta el subenfriamiento, el tamaño del núcleo crítico disminuye
Distinga entre nucleación homogénea y heterogénea para la solidificación de un metal puro : Ambos tipos de nucleación se distinguen en la cantidad de subenfriamiento que se utiliza en ambos proceso que mientras en la homogénea es de unos cientos de ºC en la heterogénea varia entre 0,1 y 10 ºC. Y en la solidificación que actúan impurezas insolubles o materiales estructurales que disminuyen la energía libre necesaria para formar un núcleo estable se produce la nucleación heterogénea
