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Un sistema eutettico è una miscela omogenea di due o più componenti che, allo stato solido, formano un unico superreticolo la cui caratteristica principale è quella di avere un punto di fusione inferiore a quello dei singoli componenti. La maggior parte dei sistemi eutettici sono sistemi binari (formati solo da due fasi o componenti), sebbene vi siano esempi di alcune leghe che formano sistemi eutettici ternari.
La parola eutettico deriva dal termine greco antico eutektos , che è una combinazione dei termini eu , che significa “bene”, e teko , che significa sciogliere. Pertanto, eutettico significa letteralmente “che si scioglie bene”, riferendosi al fatto che gli eutettici sono più facili da fondere rispetto ai loro singoli componenti a causa del loro punto di fusione più basso.
Come si formano i sistemi eutettici?
Un sistema eutettico si forma solo quando i componenti o le fasi solide che compongono la miscela sono in una proporzione specifica detta composizione eutettica. Questa composizione è caratteristica di ogni sistema eutettico. Inoltre, gli eutettici generalmente si formano tra composti simili o chimicamente correlati tra loro. Tale è il caso di alcune leghe eutettiche formate da due o più metalli.
Riscaldando e fondendo una miscela eterogenea di queste due fasi nella proporzione opportuna, si forma una miscela liquida omogenea che, raffreddata, cristallizza nuovamente, formando una nuova struttura cristallina in cui entrambe le sostanze fanno parte della stessa cella o reticolo. Questo è il cosiddetto super reticolo o super cella, che si ripete in tutte le direzioni per creare un cristallo completamente omogeneo in cui non si può distinguere nessuna delle due fasi originarie. In altre parole, le fasi del sistema co-cristallizzano per formare un nuovo solido.
tipi di eutettici
I sistemi eutettici possono essere classificati in diversi modi. Due forme comuni sono secondo la sua composizione e secondo la cristallinità del solido.
A seconda della composizione, gli eutettici possono essere classificati come:
- Eutettici inorganici: sono quelli formati da composti inorganici come metalli e sali. In quest’ultimo caso si tratta generalmente di sali idrati. Questi sono i sistemi eutettici più comuni.
- Eutettici organici: Molti composti organici formano eutettici l’uno con l’altro. In questo caso si chiamano eutettici organici.
- Eutettici organici/inorganici: sono quelli formati da una fase organica ed una inorganica, come la miscela di acqua ed etanolo.
Oltre a questa classificazione, possiamo distinguere tre classi di eutettici a seconda della cristallinità del solido, cioè a seconda della sua microstruttura. In termini generali, questa microstruttura può essere di due tipi: sfaccettata e non sfaccettata. Sono anche spesso chiamati, rispettivamente, microstruttura vetrosa o amorfa. Nei sistemi binari possono verificarsi tre diverse combinazioni di questo tipo di microstrutture, dando origine a tre diverse classi di eutettici:
- Eutettici non sfaccettati – non sfaccettati (NN): sono i più comuni e consistono in una fase non sfaccettata o amorfa incorporata in un’altra fase amorfa. Questi eutettici mostrano una microstruttura molto regolare.
- Eutettici sfaccettati – non sfaccettati (NF): in questi eutettici, una delle fasi è amorfa o non sfaccettata mentre l’altra è sfaccettata. La microstruttura di questi eutettici è solitamente tra il regolare e il complesso, o può anche diventare completamente irregolare, a seconda delle caratteristiche particolari di ciascuna fase.
- Eutettici sfaccettati – Sfaccettati (FF): gli eutettici FF sono rari e di solito si formano tra due composti intermetallici. Questi eutettici spesso possiedono proprietà meccaniche uniche come l’elevata durezza formando strutture cristalline a lungo raggio con forti legami metallici.
Esempi di sistemi eutettici
Lega di alluminio-silicio
Alluminio e silicio formano una lega eutettica inorganica di tipo FN (faceted – non faceted) quando la miscela contiene il 13% in massa di silicio. In questo sistema, l’alluminio forma la fase amorfa (chiamata fase alfa), mentre il silicio forma la fase cristallina o sfaccettata del sistema. Questa lega è di grande importanza per la produzione di parti in fusione di alluminio.
Lega ferro-carbonio (acciaio al carbonio)
L’acciaio al carbonio è un sistema eutettico noto da centinaia di anni. È costituito da una matrice di ferro con atomi di carbonio incorporati nella struttura. Questi elementi formano un sistema eutettico con una composizione del 4,30% di carbonio e il resto di ferro. Il punto di fusione del sistema (la temperatura eutettica) è di 1.147 °C ed è costituito da una miscela di γ-austenite con carburo di ferro o cementite. La cementite è presente in forma cristallina incorporata in una matrice di austenite amorfa, rendendo questo sistema eutettico un altro esempio di sistemi FN.
lega piombo-stagno
Il sistema eutettico formato tra piombo e stagno è un sistema che contiene il 62% di stagno in massa. Questa miscela fonde a soli 183°C, che è 50°C sotto il punto di fusione dello stagno, che è 232°C, e quasi 205°C sotto il punto di fusione del piombo puro, che è 327,5°C.
Lega canfora-naftalene
Naftalene e canfora sono entrambi composti organici aromatici che formano un sistema eutettico. Pertanto, questo è un esempio di un sistema eutettico organico. Un sistema simile a questo si forma tra naftalene e benzene.
Galinstan
Questo è un esempio di sistema eutettico ternario. È costituito da una lega contenente il 68,5% di gallio, il 21,5% di indio e il 10% di stagno. Il punto di fusione di questo sistema è di soli -19 °C, quindi la miscela è liquida a temperatura ambiente. Questo fatto rende il galinstan un sostituto non tossico del mercurio.
Lega di nichel-silicio
Il sistema eutettico nichel-silicio è un esempio di un eutettico FF, cioè uno in cui entrambe le fasi sono in uno stato cristallino, formando solidi sfaccettati incorporati l’uno nell’altro. La composizione eutettica è 84% nichel e 16% silicio. Questo sistema si caratterizza per essere estremamente duro, resistente alla fatica e all’usura per adesione.
Riferimenti
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