solidificacao

Solidificação

Para ocorrer solidificação é necessário ocorrer uma transformação de fase líquida para fase sólida

A transformação de fases é dividida:
 Nucleação
 Crescimento

Nucleação
Homogênea: Os núcleos da nova fase se formam de maneira uniforme ao longo de toda a fase original
Heterogênea: Os núcleos se formam preferencialmente em heterogeneidades estruturais , tais como nas superfícies de recipientes, em impurezas insolúveis, nos contornos de grãos, nas discordâncias...

Nucleação

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Nucleação Homogênea líquido Volume = 4/3 πr3 sólido r

Área = 4πr2
Interface sólido-líquido

Nucleação de uma partícula esférica sólida em um líquido

Uma transformação só irá ocorer espontaneamente quando a energia livre de Gibbs (ΔG) tiver valor negativo

Existem 2 contribuições para a variação na energia livre total que acompanham uma transformação de solidificação: 



ΔGv : diferença de energia livre entre a fase sólida e a fase líquida
(energia livre de volume) γ : energia livre de superfície

ΔGv é negativo se a temperatura estiver abaixo da temperatura de solidificação em condições de equilíbrio. A magnitude da contribuição de ΔGv é :
ΔGv X volume do núcleo esférico
ΔGv X 4/3 πr3

Energia livre de superfície (γ), que é positiva; Sua magnitude é dada por : γ x área de superfície do núcleo γ x 4πr2

Variação Total de Energia Livre

ΔG = 4/3 πr3 ΔGv + 4πr2 γ

Raio crítico
Como r* e ΔG* caracterizam o ponto máximo da curva de ΔG por r, podemos derivar a expressão:

ΔG = 4/3 πr ΔGv + 4πr γ,
3

2

(1)

igualando-a a zero, e assim podemos obter o valor de r*

Assim, para r = r*, temos:

d(G ) 4
2
 Gv 3r   4 2r  0 dr 3
2
r 
Gv
*

Onde : r* = raio crítico

(3)

(2)

Substituindo a equação 3 na equação 1, temos: 3

16
G 
2
3 Gv 
*

(4)

A variação de ΔGv é força motriz para a transformação de solidificação, e sua magnitude é função da temperatura.

Gv 

H f (T f  T )
Tf

Onde : ΔHf = calor