¿Qué es un sistema eutéctico?

Un sistema eutéctico es una mezcla homogénea de dos o más componentes que en estado sólido forman una súper retícula única cuya característica principal es la de tener un punto de fusión menor que el de los componentes individuales. La mayoría de los sistemas eutécticos son sistemas binarios (formados por solo dos fases o componentes), aunque existen ejemplos de ciertas aleaciones que forman sistemas eutécticos ternarios.

La palabra eutéctico proviene del término griego antiguo eutektos, el cual es una combinación de los términos eu, que significa “bien” y teko, que significa derretir. Por lo tanto, eutéctico significa, literalmente, “que derrite bien”, haciendo referencia al hecho de que los eutécticos son más fáciles de fundir que sus componentes individuales debido a que poseen un punto de fusión menor.

¿Cómo se forman los sistemas eutécticos?

Un sistema eutéctico se forma únicamente cuando los componentes o las fases sólidas que forman la mezcla se encuentran en una proporción específica denominada composición eutéctica. Esta composición es característica de cada sistema eutéctico. Además, los eutécticos generalmente se forman entre compuestos similares o relacionados químicamente entre sí. Tal es el caso de algunas aleaciones eutécticas formadas por dos o más metales.

Al calentar y fundir una mezcla heterogénea de estas dos fases en la proporción adecuada, se forma una mezcla líquida homogénea que al enfriarse nuevamente cristaliza formando una estructura cristalina nueva en la que ambas sustancias forman parte de la misma celda o retícula. Esta es la llamada súper retícula o súper celda, la cual se repite en todas direcciones para crear un cristal completamente homogéneo en el que no se logra distinguir ninguna de las dos fases originales. En otras palabras, las fases del sistema cocristalizan formando un sólido nuevo.

Tipos de eutécticos

Los sistemas eutécticos se pueden clasificar de distintas maneras. Dos formas comunes son de acuerdo a su composición y de acuerdo a cristalinidad del sólido.

En función de la composición, los eutécticos se pueden clasificar en:

• Eutécticos inorgánicos: son aquellos formados por compuestos inorgánicos tales como metales y sales. En el último caso, generalmente se trata de sales hidratadas. Estos son los sistemas eutécticos más comunes.
• Eutécticos orgánicos: muchos compuestos orgánicos forman eutécticos entre sí. En este caso se denominan eutécticos orgánicos.
• Eutécticos orgánicos / inorgánicos: son los formados por una fase orgánica y otra inorgánica, como por ejemplo la mezcla agua etanol.

Además de esta clasificación podemos distinguir tres clases de eutécticos en función de cristalinidad del sólido, es decir, en función de su microestructura. En términos generales, esta microestructura puede ser de dos tipos: facetada y no facetada. También se les suele denominar, respectivamente, microestructura vítrea o amorfa. En sistemas binarios, se pueden dar tres combinaciones distintas de este tipo de microestructuras, dando origen a tres clases distintas de eutécticos:

• Eutécticos no facetados – no facetados (NN): Estos son los más comunes y consisten en una fase no facetada o amorfa incrustada en otra fase amorfa. Estos eutécticos muestran una microestructura muy regular.
• Eutécticos facetados – no facetados (NF): En estos eutécticos, una de las fases es amorfa o no facetada mientras que la otra es facetada. La microestructura de estos eutécticos suele ser entre regular y compleja, o puede incluso llegar a ser completamente irregular, dependiendo de las características particulares de cada fase.
• Eutécticos facetados – facetados (FF): Los eutécticos FF son poco frecuentes y generalmente se forman entre dos compuestos intermetálicos. Estos eutécticos suelen poseer propiedades mecánicas únicas tales como alta dureza gracias a que se forman estructuras cristalinas de largo alcance con enlaces metálicos fuertes.

Ejemplos de sistemas eutécticos

Aleación aluminio – silicio

El aluminio y el silicio forman una aleación eutéctica inorgánica de tipo FN (facetado – no facetado) cuando la mezcla contiene un 13% de silicio en masa. En este sistema, el aluminio forma la fase amorfa (denominada fase alfa), mientras que el silicio forma la fase cristalina o facetada del sistema. Esta aleación es de gran importancia para la fabricación de piezas de aluminio moldeado.

Aleación hierro – carbono (acero al carbono)

El acero al carbono es un sistema eutéctico conocido desde hace cientos de años. Consiste en una matriz de hierro con átomos de carbono incrustados en la estructura. Estos elementos forman un sistema eutéctico con una composición del 4,30% de carbono y el resto de hierro. El punto de fusión del sistema (la temperatura eutéctica) es de 1.147 °C y consiste en una mezcla de γ-austenita con carburo de hierro o cementita. La cementita está presente en forma cristalina incrustada en una matriz amorfa de austenita, convirtiendo a este sistema eutéctico en otro ejemplo de sistemas FN.

Aleación plomo – estaño

El sistema eutéctico formado entre plomo y estaño es un sistema que contiene un 62% de estaño en masa. Esta mezcla funde a tan solo 183 °C, lo cual está 50 °C por debajo del punto de fusión del estaño que es 232 °C, y casi 205 °C por debajo del punto de fusión del plomo puro, que es 327,5 °C.

Aleación alcanfor – naftaleno

El naftaleno y el alcanfor son ambos compuestos orgánicos aromáticos que forman un sistema eutéctico. Por lo tanto, esto es un ejemplo de un sistema eutéctico orgánico. Un sistema similar a este es el formado entre el naftaleno y el benceno.

Galinstano

Este es un ejemplo de un sistema eutéctico ternario. Consiste en una aleación que contiene 68,5% de galio, 21,5% de indio y 10% de estaño. El punto de fusión de este sistema es de apenas – 19 °C, por lo que la mezcla es líquida a temperatura ambiente. Este hecho hace del galinstano un sustituto no tóxico para el mercurio.

Aleación níquel – silicio

El sistema eutéctico níquel – silicio es un ejemplo de un eutéctico FF, es decir, uno en el cual ambas fases se encuentran en estado cristalino, formando sólidos facetados incrustados unos dentro de otros. La composición eutéctica es de 84% de níquel y 16% de silicio. Este sistema se caracteriza por ser extremadamente duro, resistente a la fatiga y al desgaste por adhesión.

Referencias

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