Що таке тверді розчини

Дивлячись на тверду речовину, важко уявити, що воно може мати різні фази. Це так! При сплаві двох твердих речовин один з одним утворюється тверда фаза, яка може бути твердим розчином, проміжної фазою або хімічною сполукою.
Наукове визначення твердих розчинів таке: тверді розчини - це фази, в яких атоми одного речовини розташовані в кристалічній решітці іншого, не змінюючи її типу. Тому речовина, кристалічна решітка якого зберігається після сплаву, називають розчинником. Тверді розчини утворюються тільки з іонних сполук. Залежно від розташування розчиненої речовини розрізняють розчини впровадження, віднімання або заміщення. Найчастіше розташування атомів розчиненої речовини носить хаотичний характер.

Тверді розчини впровадження

Цей тип утворюється, якщо розміри частинок розчиненої речовини менше розміру кристалічної решітки, що забезпечує стабільно положення в междоузлиях. Приклади твердих розчинів впровадження - це всі з`єднання, утворені елементами з малими атомними радіусами з металами перехідних груп. Найпоширеніший розчин впровадження - вуглець в залозі або водень в платині. Стійкість таких розчинів забезпечується малим радіусом розчиненої речовини, через якого не надто зміщуються навколишні атоми розчинника в кристалічній решітці і який не дозволяє стикатися з ними.

Тверді розчини віднімання

Даний тип твердих розчинів утворюється тільки з хімічних сполук, наприклад, розчин кисню в оксиді заліза (FeO). Розчин віднімання характеризується наявністю металу з різною валентністю.
Вищевказаний оксид заліза є типовим прикладом твердого розчину віднімання. У ньому все кисневі позиції забавні, але частина позицій іонів заліза вільна. Кисень заповнює вільні вакансії. У цьому прикладі розглянуто випадок з дефектною металевої підгратці, але дефектної може бути і неметалічна підгратці. Наприклад, існує ряд оксидів титану з вмістом кисню 38-56%. Зі збільшенням вміст титану, збільшується кількість дефектів в кисневій підгратці. Зі зменшенням вмісту титану зменшується загальна кількість дефектів, що призводить до рівномірного розподілу їх між підгратці. Однак в оксидах з максимальним вмістом кисню дефекти повністю розташовані в металевій підгратці.

Тверді розчини заміщення

У даному типі твердого розчину іони одного елемента заміщуються іонами сродної іншого елемента. Такі розчини утворюються при збігу зарядів і розмірів обмінюються частинок. Розподіл розчиненої речовини в кристалічній решітці відбувається хаотичним чином. Приклад твердого розчину заміщення - це система NaCl - KCl, в якій калій заміщає натрій.