Тверді розчини заміщення
Тверді розчини заміщення (рос. твердый раствор замещения, англ. substitutional solid solution, substitutional isomorphic mixture) — 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).
Умови утворення твердих розчинів заміщення
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.
Неперервний ряд твердих розчинів
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 обов'язково пов'язане з ізоструктурністю.
Обмежені тверді розчини
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.
Джерела
- Сич А. М., Нагорний П. Г. Основи матеріалознавства: Навчальний посібник. — К. Видавничо-поліграфічний центр «Київський університет», 2003.
- Вест А. Химия твердого тела. — М.:Мир, 1988. — Ч.1,2