Um diagrama de fase em físico-química, engenharia, mineralogia e ciência dos materiais é um tipo de gráfico que mostra as condições de equilíbrio entre as fases termodinamicamente distintas. Em matemática e em física, um diagrama de fase também tem significados alternativos, como um sinônimo de espaço fásico. No sentido de tratar de estados da matéria, em especial em engenharia química, um diagrama de fase é também chamado de carta termodinâmica.
Componentes comuns de uma diagrama de fase são linhas de equilíbrio ou contornos de fase, os quais referem-se a linhas que marcam condições sob as quais múltiplas fases podem coexistir e equilíbrio. Transições de fase ocorrem ao longo de linhas de equilíbrio.
Pontos triplos são pontos em diagramas de fase onde linhas de equilíbrio intersectam-se. Pontos triplos marcam condições nas quais três fases diferentes podem coexistir. Por exemplo, o diagrama de fase da água possui um ponto triplo correspondendo à única temperatura e pressão na qual água sólida, líquida e gasosa (vapor) podem existir em um equilíbrio estável.
O solidus é a temperatura abaixo da qual a substância é estável no estado sólido. O liquidus é a temperatura abaixo da qual a substância é estável num estado líquido. Pode haver um hiato entre o solidus e liquidus; no intervalo, a substância consiste de uma mistura de cristais e líquidos (como uma "pasta").
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