Mientras que los materiales químicamente puros tienen un único punto de fusión , las mezclas químicas a menudo se funden parcialmente a la temperatura de solidus ( TS o T sol ) y se funden completamente a la temperatura de liquidus más alta ( T L o T liq ). El solidus siempre es menor o igual que el liquidus, pero no es necesario que coincidan. Si existe un espacio entre el sólido y el líquido, se denomina rango de congelación, y dentro de ese espacio, la sustancia consiste en una mezcla de fases sólida y líquida (como una suspensión ). Tal es el caso, por ejemplo, del sistema olivino ( forsterita - fayalita ), común en el manto terrestre . [1]
En química , ciencia de materiales y física , la temperatura liquidus especifica la temperatura por encima de la cual un material es completamente líquido, [2] y la temperatura máxima a la que los cristales pueden coexistir con la masa fundida en equilibrio termodinámico . El solidus es el lugar de temperaturas (una curva en un diagrama de fases ) por debajo del cual una sustancia determinada es completamente sólida (cristalizada). La temperatura solidus especifica la temperatura por debajo de la cual un material es completamente sólido, [2] y la temperatura mínima a la que una masa fundida puede coexistir con cristales en equilibrio termodinámico .
Liquidus y solidus se utilizan principalmente para sustancias impuras (mezclas) como vidrios , aleaciones metálicas , cerámicas , rocas y minerales . Las líneas de liquidus y solidus aparecen en los diagramas de fases de soluciones sólidas binarias , [2] así como en sistemas eutécticos alejados del punto invariante. [3]
Para elementos o compuestos puros, por ejemplo, cobre puro, agua pura, etc., el líquido y el sólido están a la misma temperatura y se puede utilizar el término punto de fusión .
También existen algunas mezclas que se funden a una temperatura determinada, lo que se conoce como fusión congruente . Un ejemplo es la mezcla eutéctica . En un sistema eutéctico, existe una proporción de mezcla particular en la que las temperaturas del sólido y del líquido coinciden en un punto conocido como punto invariante. En el punto invariante, la mezcla sufre una reacción eutéctica donde ambos sólidos se funden a la misma temperatura. [3]
Existen varios modelos que se utilizan para predecir las curvas de líquido y sólido para varios sistemas. [4] [5] [6] [7]
Se pueden realizar mediciones detalladas de sólido y líquido utilizando técnicas como la calorimetría diferencial de barrido y el análisis térmico diferencial . [8] [9] [10] [11]
En el caso de sustancias impuras, como por ejemplo aleaciones , miel , refrescos , helados , etc., el punto de fusión se amplía hasta formar un intervalo de fusión. Si la temperatura está dentro del intervalo de fusión, se pueden ver "lechadas" en equilibrio, es decir, la lechada no se solidificará ni se fundirá completamente. Por eso, la nieve nueva de gran pureza en las cimas de las montañas se derrite o permanece sólida, mientras que la nieve sucia del suelo de las ciudades tiende a volverse medio derretida a determinadas temperaturas. Los baños de fusión de soldadura que contienen altos niveles de azufre, ya sea de impurezas fundidas del metal base o del electrodo de soldadura, generalmente tienen intervalos de fusión muy amplios, lo que aumenta el riesgo de agrietamiento en caliente .
Por encima de la temperatura del liquidus, el material es homogéneo y líquido en equilibrio. A medida que el sistema se enfría por debajo de la temperatura del líquido, se formarán cada vez más cristales en la masa fundida si se espera un tiempo suficientemente largo, dependiendo del material. Alternativamente, se pueden obtener vidrios homogéneos mediante un enfriamiento suficientemente rápido, es decir mediante una inhibición cinética del proceso de cristalización .
La fase cristalina que cristaliza primero al enfriar una sustancia a su temperatura líquida se denomina fase cristalina primaria o fase primaria . El rango de composición dentro del cual la fase primaria permanece constante se conoce como campo de fase cristalina primaria .
La temperatura del líquido es importante en la industria del vidrio porque la cristalización puede causar graves problemas durante los procesos de fusión y formación del vidrio, y también puede provocar fallas en el producto. [12]