Автоматическое растормаживание колес: Тормозные устройства колес предназначены для уменьшения длины пробега и улучшения маневрирования ВС при...
Наброски и зарисовки растений, плодов, цветов: Освоить конструктивное построение структуры дерева через зарисовки отдельных деревьев, группы деревьев...
Топ:
Комплексной системы оценки состояния охраны труда на производственном объекте (КСОТ-П): Цели и задачи Комплексной системы оценки состояния охраны труда и определению факторов рисков по охране труда...
Отражение на счетах бухгалтерского учета процесса приобретения: Процесс заготовления представляет систему экономических событий, включающих приобретение организацией у поставщиков сырья...
Проблема типологии научных революций: Глобальные научные революции и типы научной рациональности...
Интересное:
Отражение на счетах бухгалтерского учета процесса приобретения: Процесс заготовления представляет систему экономических событий, включающих приобретение организацией у поставщиков сырья...
Наиболее распространенные виды рака: Раковая опухоль — это самостоятельное новообразование, которое может возникнуть и от повышенного давления...
Средства для ингаляционного наркоза: Наркоз наступает в результате вдыхания (ингаляции) средств, которое осуществляют или с помощью маски...
Дисциплины:
2022-02-11 | 56 |
5.00
из
|
Заказать работу |
|
|
Твердые растворы - твердые однородные кристаллические или аморфные фазы переменного состава, состоящие из двух или большего числа компонентов, сохраняющие однородность при изменении соотношений между компонентами (неограниченно или в определенных пределах).
Способность образовывать твердые растворы свойственна всем кристаллическим твердым телам. В большинстве случаев она ограничена узкими пределами концентраций, но известны системы с непрерывным рядом твердых растворов (например, Cu-Au, Ti-Zr, GaAs-GaP). По существу, все кристаллические вещества, считающиеся чистыми, представляют собой твердые растворы с очень малым содержанием примесей.
Различают три основных вида твердых растворов:
А) твердые растворы замещения;
Б) твердые растворы внедрения;
В) твердые растворы вычитания.
Твердые растворы замещения образуются, когда один сорт атомов или ионов замещается на другой незакономерно (беспорядочно) размещаясь в одной и той же атомной позиции в кристаллической структуре. Все рассмотренные выше примеры являются примерами твердых растворов замещения. По такому же механизму происходит замещение Fe на Zn в структуре железистого сфалерита – марматита (Zn, Fe).
Рис. 1. Представление структуры твердого раствора замещения на примере сплава меди и золота
Твердые растворы внедрения образуются в результате интерстициальных замещений, когда в структуре минерала имеются значительные пустоты,
называемые интерстициями, как, например, в структуре кольцевого силиката –берилла:Be3Al2Si6O18. В гексагональные каналы, образуемые кольцами Si6O18в структуре этого минерала, могут внедряться значительные количества K, Rb, Cs, H2O, обнаруживаемые при анализе образцов.
|
Рис.2. Твердый раствор внедрения –феррит
Твердые растворы вычитания известны для дефектных структур, в которых отдельные структурные позиции заняты не полностью. Появление вакансий связано, как правило, с присутствием ионов переменной валентности
(Fe, Mn). Наиболее известным примером такого раствора является пиррротин (FeS). Наблюдаемые в этом минерале колебания состава Fe6S7 до Fe11S12 объясняются тем, что в его кристаллической структуре, образуемой гексагональной упаковкой из атомов серы, часть атомов железа находится в форме Fe3+, компенсируя недостаток ионов Fe2+.[1]
Рис. 3. Твердый раствор вычитания-вюстит
1.1.2 Различие в понятиях “твердый раствор”, “химическое соединение” и “механическая смесь”
Химические соединения, в отличие от твердых растворов, обычно образуются между компонентами, имеющих большое различие в электронном строении атомов и кристаллических решеток; при этом кристаллическая решетка химического соединения отличается от решеток всех компонентов, а между компонентами соблюдается кратное соотношение AnBm, где n и m – простые целые числа.
Важнейшим химическим соединением является цементит – карбид железа Fe3C;
он имеет алмазоподобную кристаллическую решетку и поэтому отличается очень высокой твердостью, прочностью и хрупкостью.
Твердые растворы и химические соединения представляют собой однофазные структуры; в отличие от них механическиесмеси представляют собой двух и болеефазные структуры,состоящиеиз перемежающихся мелких зерен различных фаз, между которыми имеются границы раздела. Важнейшими механическими смесями являются:перлит – механическая смесь зерен феррита и цементита, содержащая в среднем 0,81 % С и ледебурит– механическая смесьзерен феррита и цементита, содержащая в среднем 4,3 % С.[2]
1.1.3 Явление изоформизма как причина возникновения твердых растворов
Изоморфизмом называется взаимное замещение атомов (или структурных единиц) разных химических элементов в эквивалентных позициях кристаллической структуры. По сути, чисто кристаллохимическое определение изоморфизма идентично определению твердого раствора, применяемому в физико- химическом анализе. К изоморфным относят все дефектные кристаллы переменного состава, в которых вхождение посторонних элементов (атомов, ионов, молекул, атомно-молекулярных группировок) не нарушает структурной целостности и монокристальной гомогенности. Термины изоморфные смеси, твердые растворы и смешанные кристаллы в связи с такой трактовкой изоморфизма должны рассматриваться как синонимы. Изоморфизм делится на два типа: изовалентный (гомовалентный) (например, система Fe2+CO3-Mn2+CO3) и гетеровалентный (например, система Fe2+CO3-Sc3+ВO3).[3, c.54]
|
А.Е. Ферсман характеризовал изоморфизм, как свойство элементов в кристаллической решетке замещать друг друга при условии близости размеров составляющих кристалл единиц (атомов,ионов), тождества знаков (но не величины) заряда и относительно близких величин поляризации. Имеется ряд других высказываний о сущности изоморфизма.
Так по Р.К. Эвансу главным критерием изоморфизма является аналогия кристаллической структуры. По А.Ф. Уэлсу кристаллы изоморфны, если в них имеется одинаковое расположение геометрически подобных структурных единиц.
На основании этих высказываний изоморфизм можно определить как способность веществ образовывать однородные смешанные кристаллы, непрерывное изменение состава которых отвечает непрерывное изменение свойств.[4, c.4]
1.1.4. Условия образования твердых растворов
Рассмотрим факторы, обусловливающие образование твердых растворов. На основе экспериментального материала Гольдшмидта В.М. показано, что для образования твердых растворов (смешанных кристаллов) необходимо, чтобы: 1) замещающие друг друга частицы проявляли в кристаллах одинаковое физическое действие; 2) радиусы замещающих друг друга частиц (атомов, ионов) отличались не более чем на 15%.
Считается также необходимым соблюдение трех условий для образования твердых растворов: 1) аналогия химических формул веществ; 2) сходство элементарных ячеек веществ по симметрии и по содержанию в ней числа атомов (радикалов), замещающих друг друга;3) близость размеров элементарных ячеек компонентов.[4, c.5]
|
1.1.5. Применение твердых растворов
В настоящее время твердые растворы находят широкое применение в качестве кристаллических полупроводниковых материалов. Они используются также в качестве твердых электролитов и это связано с возможностью создания аккумуляторов для электромобилей. На их основе возможно создание «вечных печей», источников света, устройств для получения чистого кислорода, генераторов электричества и многое др. Твердые растворы – основа всех важнейших конструкционных и нержавеющих сталей, бронз, латуней, алюминиевых и магниевых сплавов высокой прочности.[5]
|
|
Кормораздатчик мобильный электрифицированный: схема и процесс работы устройства...
Археология об основании Рима: Новые раскопки проясняют и такой острый дискуссионный вопрос, как дата самого возникновения Рима...
Архитектура электронного правительства: Единая архитектура – это методологический подход при создании системы управления государства, который строится...
Двойное оплодотворение у цветковых растений: Оплодотворение - это процесс слияния мужской и женской половых клеток с образованием зиготы...
© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!