LEGHE DI RIPARTIZIONE

By Meccanica Tecnica on 7 Dicembre 2023 in Metallurgia

Le leghe di ripartizione, si consideri un sistema eterogeneo formato per semplicità da due fasi a contatto tra loro. Un componente X del sistema sia presente in un quantitativo tale che esso raggiunga nelle due fasi ed in condizioni di equilibrio del sistema stesso le concentrazioni C₁ e C₂; si può dimostrare che, se sono state raggiunte le condizioni di equilibrio, se la temperatura è costante, ed inoltre se la sostanza X conserva nelle due fasi lo stesso peso molecolare è costante il rapporto:

(1.g)

Dove C₁ e C₂ sono le concentrazioni della sostanza X nelle due fasi a contatto. Ciò vuol dire che, se a parità di tutte le altre condizioni, ed in particolare a temperatura costante, si varia la quantità complessiva della sostanza X contenuta nel sistema, le nuove concentrazioni C’₁ C’₂ di essa nelle due fasi soddisfano ancora la condizione:

Questa legge ha fondamentale importanza per la metallurgia. Come esempio generale di applicazione di questo principio si può osservare che uno dei compiti principali dell’affinazione è la eliminazione di sostanze indesiderabili dal metallo fuso, concentrandole nelle scorie: in tal caso, ed indicando, come generalmente si usa, con parentesi quadra la concentrazione della sostanza X nel bagno metallico, [X], e con parentesi tonda la concentrazione di essa nella scoria, (X), si avrà:

E dal valore della costante L, alla quale si dà il nome di coefficiente di ripartizione, dipenderanno le possibilità di purificazione del bagno metallico.

N.B.: È opportuno precisare che, allo scopo di eliminare la sostanza X non desiderata e come conseguenza diretta del principio di ripartizione, è molto efficace il sistema di successive n scorificazioni, poiché, supponendo di poter mantenere condizioni costanti durante tutta l’operazione, e che il volume V delle successive scorie sia sempre uguale, la concentrazione di X nel bagno metallico diminuisce in proporzione geometrica; meno conveniente sarebbe trattare il bagno (ammesso che lo si possa fare praticamente) una sola volta con un volume nV di scoria, perché allora la diminuzione avverrebbe con semplice progressione aritmetica.

LEGGE DI RIPARTIZIONE

La legge di ripartizione, applicandosi ad un sistema che abbia almeno due fasi, non può quindi riguardare che i sistemi eterogenei. L’espressione (formula 1 g) è un caso particolare della più generale legge di ripartizione di Nernst, che è applicabile anche quando il peso molecolare della sostanza X non è uguale nelle due fasi, e più precisamente quando il rapporto dei due pesi molecolari nella fase 1 e nella fase 2 è uguale a 1/n; si ha allora:

Per applicare correttamente la legge generale di Nernst è necessario che il sistema sia in condizioni di equilibrio e la temperatura sia costante.

Questa legge è particolarmente importante per la metallurgia produttiva. Comunque, è importante sottolineare che nelle condizioni tipiche della pratica industriale, il raggiungimento dell’equilibrio imposto dalla regola di ripartizione delle fasi può essere pregiudicato da altri aspetti fisici caratterizzanti la cinetica delle reazioni, quale per esempio la scarsa diffusività del sistema chimico-fisico, che costituisce un limite al moto delle specie chimiche.

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