Типы изоморфных растворов

Растворы замещения — один из наиболее распространенных типов соединений переменного состава. Основным условием существования изоморфных замещений является близость размеров замещающих друг друга частиц (атомов, ионов, групп атомов, молекул). Было подмечено, что изоморфные замещения протекают легко, если различия в радиусах ионов (частиц) не превышает 15% от меньшего их них.

Изоморфизм с заполнением пространства происходит, когда кроме замещающегося атома в позицию входят дополнительные атомы, располагающиеся в дополнительных позициях решетки.

Растворы внедрения (твердые растворы второго рода) это растворы, в которых атомы примеси не замещают атомы минерала хозяина, а располагаются в промежутках между ними. Растворяющиеся атомы входят в промежутки между атомами матрицы, статистически заселяя новую не занятую ранее позицию. Иногда атомы матрицы называют узлами и тогда говорят, что примесь входит в междоузлия. Растворимость по типу внедрения обычно не велика — порядка нескольких процентов и лишь в редких случаях достигает 10 %. В растворах замещения необходимое условие — схожий характер связи с различных компонентах. В растворах внедрения тип связи может быть совершенно иным.

Растворы внедрения характерны в тех случаях, когда размеры атомов обоих компонентов значительно различаются, например, для систем металл — неметалл, причем размер атома неметалла значительно меньше, чем размер атома металла. Наименьшие атомы будут у следующих элементов: H (0,46), N (0,71), C (0,77). Они часто образуют с металлами твердые растворы второго рода, носящие названия гидридов, нитридов и карбидов. Многие из них являются тугоплавкими твердыми сплавами, и широко применяются в промышленности.

Классический пример раствора внедрения — аустенит. Это раствор углерода в γ-модификации железа. В качестве растворов внедрения можно рассматривать силикаты с полостями и каналами, в которые входит переменное количество различных ионов. Например в берилле в каналы могут входить ионы и вода.

Растворы вычитания — это фазы переменного состава, в которых при наличии устойчивой решетки одного из компонентов, содержание другого компонента варьирует, так как он замещается вакансиями. Такие структуры называют дефектными или дефицитными.

В качестве примера фазы вычитания можно привести пирротин, в котором наблюдается нестихиометричное соотношение железа и серы.

Контрольные вопросы

1. Дайте определение координационного числа, координационного многогранника.

2. Дайте определение стехиометрической формулы вещества.

3. Укажите какая часть атома приходится на долю элементарной ячейки, если он находится в вершине, на грани, на ребре ячейки.

6. Укажите какая часть атома приходится на долю элементарной ячейки, если он находится в центре объема ячейки.

7. Дайте понятия основным категориям кристаллохимии.

8. Перечислите основные типы изоморфных растворов и их характеристик.