Ключевое различие между твердым раствором замещения и твердым раствором внедрения заключается в том, что твердый раствор замещения включает замещение атома растворителя атомом растворенного вещества при его образовании. Наоборот, при образовании твердых растворов внедрения не происходит вытеснения атомов растворителя атомами растворенного вещества, вместо этого молекулы растворенного вещества входят в щели между атомами растворителя.
Твердый раствор – это раствор в твердом состоянии одного или нескольких растворенных веществ в одном и том же растворителе. Там два или более элемента находятся в твердом состоянии. Мы называем это раствором, а не соединением, потому что кристаллическая структура растворителя остается неизменной при добавлении растворенных веществ. В процессе упрочнения твердого раствора прочность чистого металла можно повысить за счет легирования другим элементом. Мы можем сделать это, образуя твердый раствор. В зависимости от легирующего элемента существуют две формы твердых растворов: твердые растворы замещения и внедрения.
Что такое твердый раствор замещения?
Твердые растворы замещения представляют собой растворы в твердом состоянии, которые образуются, когда атомы растворенного вещества замещают атомы растворителя. Чтобы образовать такой твердый раствор, атомы растворенного вещества должны быть достаточно большими, чтобы заменить атомы растворителя в решетке. Атомы растворенного вещества включаются в решетку замещающим образом, замещая атомы в определенных положениях решетки. Здесь некоторые легирующие элементы имеют растворенные атомы, которые способны замещать атомы растворителя только в небольших количествах, в то время как есть некоторые легирующие элементы, которые могут замещать атомы растворителя во всем твердом растворе.
Этот тип твердого раствора образуется, когда атомы растворенного вещества и растворителя имеют почти одинаковые атомные размеры. Кроме того, высокие температуры могут увеличить эти замены. Более того, существуют две формы твердых растворов замещения, а именно; упорядоченные и неупорядоченные твердые растворы. Упорядоченный твердый раствор образуется, когда атомы растворенного вещества замещают атомы растворителя в предпочтительном месте решетки растворителя. Пример: система Cu-Au. Неупорядоченные твердые растворы образуются, когда атомы растворенного вещества случайным образом замещают атомы растворителя в решетке.
Что такое промежуточный твердый раствор?
Твердые растворы внедрения представляют собой растворы в твердом состоянии, которые образуются, когда атомы растворенного вещества входят в отверстия между атомами растворителя в решетке. Там атомы растворенного вещества достаточно малы, чтобы проникнуть в эти отверстия. Мы называем эти дыры межстраничными сайтами.
Рисунок 01: Промежуточный твердый раствор
Этот процесс ослабляет связи между атомами растворителя. Таким образом, решетка деформируется. Для этого атомный размер атомов растворенного вещества должен быть менее 40% размера атомов растворителя. Атомы растворенного вещества входят в решетку междоузлиями. Единственными элементами, способными образовывать твердые растворы такого типа, являются H, Li, Na и B.
В чем разница между твердым раствором замещения и внедрения?
Твердые растворы замещения представляют собой растворы в твердом состоянии, которые образуются, когда атомы растворенного вещества замещают атомы растворителя. Этот тип твердых растворов образуется только в том случае, если атомы растворенного вещества достаточно велики, чтобы заменить атомы растворителя в решетке. Кроме того, атомный размер растворенных веществ почти аналогичен размеру атомов растворителя. Твердые растворы внедрения представляют собой растворы в твердом состоянии, которые образуются, когда атомы растворенного вещества входят в отверстия между атомами растворителя в решетке. Эти твердые растворы образуются только в том случае, если атомы растворенного вещества достаточно малы, чтобы проникнуть в отверстия решетки. Кроме того, атомный размер атомов растворенного вещества должен составлять около 40% размера атомов растворителя, чтобы образовалась решетка такого типа. В этом основное отличие твердого раствора замещения от твердого раствора внедрения.
Резюме – Замещающий и промежуточный твердый раствор
Твердые растворы - это растворы в твердом состоянии, которые содержат два или более типов элементов в одной и той же твердофазной смеси. Существуют две формы твердых растворов: твердые растворы замещения и внедрения в зависимости от способа их образования. Разница между твердым раствором замещения и внедрения заключается в том, что при образовании твердого раствора замещения происходит замещение атома растворителя атомом растворенного вещества, тогда как при образовании твердых растворов внедрения не происходит замещения атомов растворителя атомами растворенного вещества., вместо этого молекулы растворенного вещества входят в отверстия между атомами растворителя.
