Chémia

Pravidlá hume-rothery

Pravidlá hume-rothery

Aké sú pravidlá Hume-Rotheryho?

Ten Pravidlá hume-rothery Sú to súbor pozorovaní, ktoré pomáhajú predpovedať, či budú dve kovy alebo dve tuhé zlúčeniny navzájom veľmi rozpustné. Tieto pravidlá, ktoré sú založené anglickým metalurgickým Williamom Hume-Rotherym, sa široko používajú pri štúdiu zliatiny zliatiny, ktoré nie sú ničím iným ako riešenia tuhých kovov.

Preto sa pozrieme na pravidlá Hume-Rothery, je možné predpovedať, aká pravdepodobnosť bude rozpustnosť dvoch kovov. Aj keď berú do úvahy niekoľko parametrov, ako je veľkosť atómov, valencie a elektronegativity, nie vždy uspejú vo všetkých prípadoch, pretože nevysvetliteľné výnimky: kovy, ktoré sa zvyšujú, a to aj vtedy, keď teoreticky nemali.

Veľká rozpustnosť medzi striebrom a zlatom pri formovaní jeho zliatiny dodržiava pravidlá hume-roty

Zlato a striebro, dva vizuálne odlišné kovy, sú v skutočnosti navzájom veľmi rozpustné. Vďaka tejto rozpustnosti sú ich atómy zmiešané a vytvárajú zliatiny. Táto rozpustnosť je podporená pravidlami Hume-Rothery, ktoré naznačujú, že atómy AU a AG nebudú mať obmedzené rozpustnosti.

Pravidlá

Pravidlo 1: Faktor veľkosti

Pre dva kovy, prvky alebo tuhé zlúčeniny, ktoré sa majú zmiešať, by sa ich atómy nemali príliš líšiť vo veľkosti. Prevládajúcim kovom bude rozpúšťadlo, kde sa rozpustí rozpustená látka, kov s menším proporciou.

Atómy rozpúšťadla, tiež nazývané hostitelia, sa nebudú môcť rozpustiť alebo hostiť atómy rozpustenej látky, ak sú tieto veľmi veľké alebo malé. Pretože? Pretože by to znamenalo deformovanie pevnej štruktúry rozpúšťadla, nežiaduca vec, ak je to, čo sa požaduje, zliatina.

Prvé pravidlo spoločnosti Hume-Rothery však stanovuje, že rozdiel medzi atómovými rádiami medzi atómami rozpúšťadla a rozpúšťadla by nemal byť väčší ako 15%. To znamená, že atóm rozpustenej látky by nemal byť o 15% väčší alebo malý ako atómy rozpúšťadla.

Vyššie uvedené je možné ľahko vypočítať pomocou nasledujúcej rovnice:

Môže vám slúžiť: exotermické a endotermické reakcie

%Rozdiel = (rsoluto - rsolvent) / (rsolvente) x 100%

Kde RSOLUTO je atómovým polomerom rozpustenej látky, zatiaľ čo rsolvent je atómovým polomerom rozpúšťadla. Tento výpočet musí vykazovať hodnotu %rozdielu ≤ 15 %.

Pravidlo 2: Kryštalická štruktúra

Kryštalické štruktúry rozpustenej látky a rozpúšťadla musia byť rovnaké alebo podobné. Tu vyššie uvedené: Štruktúra rozpúšťadla nemôže byť veľmi ovplyvnená pridaním atómov rozpustenej látky.

Napríklad dva kovy s kubickými štruktúrami zameranými na tváre (FCC) sa budú miešať bez mnohých nepríjemností. Zatiaľ čo kov s kompaktnou šesťuholníkovou štruktúrou (HCP), nemá tendenciu veľmi dobre miešať s Soon s FCC štruktúrou.

Pravidlo 3: Valencias

Rozpolie sú neobmedzené, keď majú tieto dva kovy rovnaké valencie. Na druhej strane, keď sa líšia, rozpúšťadlo má tendenciu rozpúšťať rozpustenú látku s najväčšou valenciou.

Čím väčší je Valencia, inteligentný atóm rozpustenej látky a získané tuhé roztok sa stane intersticiálnym typom: rozpustená látka bude umiestnená v dutine alebo póroch kryštalickej siete rozpúšťadla rozpúšťadla rozpúšťadla.

Napríklad, ak je kov obyčajným valenciou +2 (napríklad meď), predstavuje obmedzenú rozpustnosť pri miešaní s kovom, ktorý má valenciu +3 (napríklad hliník).

Pravidlo 4: Elektronegativita

Rozpúšťadlo a rozpustená látka by nemali mať veľmi odlišné elektronegativity, inak bude ich rozpustnosť obmedzená. To znamená, že „veľmi elektronegatívny“ kov nebude úplne zliatin s veľmi elektropozitívnym kovom; Namiesto toho sa tieto dve kombinujú za vzniku intermetalickej zlúčeniny, nie zliatiny.

Príklady

Pravidlá Hume-Rothery sú v nasledujúcich príkladoch správne:

-Zliatiny zlata a niklu, Au-ni, v ktorom nikel predstavuje dobrú rozpustnosť v zlate, pretože kryštalická zlatá sieť je iba 1.15 -krát väčší ako nikel

Môže vám slúžiť: obmedzenie a nadmerné činidlo

-Solid Hafnio a Zirconio, roztoky oxidov HFO2-Zro2, Kde sú oba ióny dokonale zmiešané na podobné rádiá a valencie, HF4+ a Zr4+

-Absorpcia vodíka v paladiu, pretože polomer molekúl vodíka sa nelíši o menej ako 15% atómových rádií paladia; Inak, h2 Nikdy som nemohol byť uchovaný intersticiálne na PD Crystals

-Zliatiny kadmia a horčíka, CD-Mg, z dôvodov podobných tým vystaveným zliatiny Au-Ni. Všimnite si, že valencie oboch kovov sú rovnaké: CD2+ a mg2+, čo prispieva k jeho rozpustnosti, napriek tomu, že má relatívne odlišné atómové rádiá

Vyriešené cvičenia

Ďalej a nakoniec sa vystavia niektoré jednoduché cvičenia, kde sa pravidlá Hume-Rothery uvádzajú do praxe.

Cvičenie 1

Mať k dispozícii nasledujúce údaje:

Rau: 0.1442 nm, FCC, +1

Handra: 0.1445 nm, FCC, +1

A podľa pravidiel Hume-Rothery by ste očakávali neobmedzenú rozpustnosť medzi oboma kovmi?

Zlato aj striebro majú štruktúry FCC (pravidlo 2) a rovnaký počet Valencia (+1, hoci zlato môže mať tiež +3). Pred vyvodením povrchných záverov sa teda musíme spoliehať na atómové rádiá.

Za najdrahšie zlato budeme predpokladať, že striebro je rozpúšťadlo a zlato, rozpustená látka. Keďže ich príslušné atómové rádiá exprimujú v nanometroch (NM), pokračujeme v výpočte percentuálneho podielu ich rozdielov:

%Rozdiel = (rsoluto - rsolvent) / (rsolvente) x 100%

= (0.1442 - 0.1445) / (0.1445) x 100%

= 0.2076%

Všimnite si, že berieme pozitívnu hodnotu a že je to oveľa menej ako 15%. Preto môžeme potvrdiť, že podľa pravidiel spoločnosti Hume-Rothery sa zlato a striebro bez problémov zmiešajú bez problémov, aby sa vytvorili zliatiny.

Cvičenie 2

Mať k dispozícii nasledujúce údaje:

RCU: 0.128 nm, FCC, elektronegativita 1.8, +2

Môže vám slúžiť: oxid ortuti (HG2O)

Rni: 0.125 nm, FCC, elektronegativita 1.8, +2

Čakali by ste, až meď a nikel vytvoria zliatiny bez obmedzení?

Opäť opakujeme predchádzajúci výpočet, pretože je to jediný parameter, v ktorom vykazujú rozdiely. Predpokladáme, že meď je rozpúšťadlo a že nikel je rozpustená látka:

%Rozdiel = (rsoluto - rsolvent) / (rsolvente) x 100%

= (0.125 - 0.128) / (0.128) x 100%

= 2.3. 4%

Táto hodnota je pod 15%. Preto nie je prekvapujúce, že oba zliatiny kovov bez mnohých ťažkostí.

Cvičenie 3

Podľa nasledujúcich údajov:

RSI: 0.117 nm, Diamond Cubic, Electronegativity 1.8, +4

Rge: 0.139 nm, Diamond Cubic, Electronegativity 2.0, +4

Očakávali by ste, že Silicon a Germanio vytvoria solídne riešenia?

Tentokrát si všimneme, že Germanio je o niečo viac elektronegatívne ako kremík, ktorý môže hrať proti rozpustnosti medzi nimi. Vypočítame rozdiel medzi jeho atómovými rádiami za predpokladu, že Germanio je rozpúšťadlo a že kremík je rozpustená látka:

%Rozdiel = (rsoluto - rsolvent) / (rsolvente) x 100%

= (0.117 - 0.139) / (0.139) x 100%

= 15.82%

Všimnite si, že rozpustnosť medzi kryštálmi kremíka a germanio je obmedzená: atómy kremíka sú 15.82% menšie ako germanio atómy. Okrem toho musíme pridať rozdiel medzi jeho elektronegativitami.

To však neznamená, že tieto dva prvky sa nedajú zmiešať, iba to, že ich zliatiny SI-GE majú obmedzené percentá v zložení jedného z týchto dvoch prvkov; Z týchto hodnôt neexistuje zliatina SI-GE.

Odkazy

  1. C. Barry Carter & M. Udeliť Norton. (2007). Veda a inžinierstvo keramických materiálov. Prubár.
  2. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chémia. (8. vydanie.). Učenie sa.
  3. Wikipedia. (2021). Pravidlá hume-rothery. Zdroj: In.Wikipedia.orgán
  4. H. Klimatizovať. D. H. Bhadeshia. (s.F.). Solid Solutions: Hume-Rothery Pravidlá. Získané z: fázových trans.MSM.Vačka.Ac.Uk
  5. Elsevier B.Vložka. (2021). Pravidlo. Vedecký. Zdroj: ScienceDirect.com