Тверді розчини заміщення

Тверді розчини. Умови утворення.

Тверді розчини — це однорідні кристалічні або аморфні фази, що складаються з двох і більше компонентів, і які зберігають свою гомогенність при зміні співвідношення компонентів. Твердий розчин при зміні свого складу, у межах так званої ділянки гомогенності, зберігає свою початкову кристалічну структуру та однорідність. Поза межами вказаної ділянки може відбуватися розпад твердого розчину

При формуванні твердих розчинів повинні виконуватися наступні вимоги:

1. Заселення кристалохімічної позиції різними елементами не повинно порушувати симетрію кристалу. Тобто заселення повинно бути хаотичним, невпорядкованим; неможливо передбачити позицію конкретного атома в просторовій сукупності точок даної позиції.

2. Ізоморфізм можливий тільки у випадку збереження загальної електронейтральності кристалічної структури. Для твердих розчинів заміщення важливим є врахування валентності катіонів, що заселяють одну кристалохімічну позицію. Кристал як єдине ціле може існувати тільки як електронейтральне тіло: сумарний позитивний заряд катіонів завжди рівний по абсолютній величині сумарному негативному заряду аніонів. В цьому сенсі не буде зроблено ніякої помилки, якщо замість поняття балансу (або компенсації) зарядів в іонних кристалах ми користуватимемося поняттям балансу (або компенсації) валентностей в ковалентних кристалах.

Тверді розчини заміщення— розчини, в яких атоми, іони однієї речовини (розчинника) заміщуються атомами, іонами іншої речовини, які статистично розміщуються в тих самих регулярних вузлах кристалічної ґратки. Тверді розчини заміщення називають також змішаними кристалами, які утворюються внаслідок ізоморфного ізовалентного заміщення часток однієї речовини іншою.

У простих речовинах один одного заміщують атоми або молекули. В іонних кристалах можуть заміщуватись як катіони, так і аніони. Найпоширенішим типом заміщення є взаємне заміщення катіонів.

Здатність атомів, іонів входити в структуру іншої речовини залежить як від індивідуальних властивостей атома або іона (розмір, заряд, електронна конфігурація, здатність до поляризації тощо), так і від властивостей кристалічної структури самої матриці (розмір елементарної комірки, характер хімічного зв'язку і тощо).

Утворення твердих розчинів заміщення можливе за дотримання таких умов:

1. Атоми та іони, що заміщують один одного, повинні мати приблизно однакові розміри (15% критерій Гольдшмідта) та близькі розміри вихідних елементарних комірок.

2. Структурні типи розчинника й речовини, яка розчиняється, мають бути однаковими (ізоструктурними) або подібними.

3. Також критерієм є подібність електронної конфігурації, яка визначає однотипність хімічного зв'язку й поляризаційних властивостей атомів або іонів, що взаємно заміщують один одного.

Якщо атоми однієї речовини заміщуються атомами іншої речовини в широких межах, враховуючи повне заміщення власних атомів, то утворюється неперервний ряд твердих розчинів. Неперервні тверді розчини утворюються, як правило, між ізоструктурними речовинами. Проте взаємне заміщення атомів у кристалічній структурі не обовязково повязане з ізоструктурністю.

Поширенішим є випадок, коли розчиняються не ізоструктурні і навіть не ізоморфні речовини. При цьому спостерігається взаємне заміщення атомів тільки в певних межах, а самі розчини носять назву обмежених твердих розчинів.

Дата добавления: 2015-05-07