Види твердих розчинів

За ступенями розчинності компонентів розрізняють тверді розчини:

При необмеженої розчинності компонентів кристалічна решітка компонента розчинника в міру збільшення концентрації розчиненого компонента плавно переходить в кристалічну решітку розчиненого компонента.

Для освіти розчинів з необмеженою розчинністю необхідні:

1. изоморфность (однотипність) кристалічних решіток компонентів;
2. близькість атомних радіусів компонентів, які не повинні відрізнятися більш ніж на 8 ... 13%;
3. близькість фізико-хімічних властивостей подібних за своєю будовою валентних оболонок атомів.

При обмеженою розчинності компонентів можлива концентрація розчиненої речовини до певної межі. При подальшому збільшенні концентрації однорідний твердий розчин розпадається з утворенням двофазної суміші.

За характером розподілу атомів розчиненого речовини в кристалічній решітці розчинника розрізняють тверді розчини:

У розчинах заміщення в кристалічній решітці розчинника частина його атомів заміщена атомами розчиненого елемента (рисунок, позиція а). Заміщення здійснюється в випадкових місцях, тому такі розчини називають неупорядкованими твердими розчинами.

Кристалічна решітка твердих розчинів

а - заміщення; б - впровадження

При утворенні розчинів заміщення періоди гратки змінюються в залежності від різниці атомних діаметрів розчиненого елемента і розчинника. Якщо атом розчиненого елемента більше атома розчинника, то елементарні осередки збільшуються, якщо менше - скорочуються. У першому наближенні це зміна пропорційно концентрації розчиненого компонента. Зміна параметрів решітки при утворенні твердих розчинів - важливий момент, який визначає зміну властивостей. Зменшення параметра веде до більшого зміцнення, ніж його збільшення.

Тверді розчини впровадження утворюються впровадженням атомів розчиненого компонента в пори кристалічної решітки розчинника (малюнок, позиція б). Утворення таких розчинів, можливо, якщо атоми розчиненого елемента мають малі розміри. Такими є елементи, що знаходяться на початку періодичної системи Менделєєва, вуглець, водень, азот, бор. Розміри атомів перевищують розміри міжатомних проміжків в кристалічній решітці металу, це викликає спотворення решітки і в ній виникає напруга. Концентрація таких розчинів не перевищує 2-2.5%

Тверді розчини віднімання або розчини з дефектною гратами. Утворюються на базі хімічних сполук, при цьому можлива не тільки заміна одних атомів у вузлах кристалічної решітки іншими, а й освіту порожніх, не зайнятих атомами, вузлів на ігровому полі.

До хімічній сполуці додають, один з вхідних в формулу елементів, його атоми займають нормальне положення в решітці з'єднання, а місця атомів іншого елемента залишаються, незайнятими.