Que critérios definem se a solução sólida será substitucional ou intersticial?

Passo 1

O enunciado pergunta quais são os critérios que determinam se uma solução sólida em metais será do tipo substitucional ou intersticial. O conteúdo envolve as regras de Hume-Rothery para solução substitucional e o conceito de razão de raio atômico para solução intersticial.

Passo 2

Critérios para solução sólida substitucional (regras de Hume-Rothery):
  • Tamanho atômico: a diferença percentual entre os raios atômicos do solvente e do soluto deve ser menor que 15%.
  • Estrutura cristalina: solvente e soluto devem possuir a mesma estrutura (cúbica de face centrada, cúbica de corpo centrado, hexagonal compacta etc.).
  • Valência: elementos com valências semelhantes tendem a se dissolve mais facilmente.
  • Eletronegatividade: quanto mais próximas forem, maior a solubilidade, pois reduz-se a tendência à formação de compostos intermetálicos.

Passo 3

Critérios para solução sólida intersticial:
  • Tamanho atômico do soluto: o raio atômico do soluto deve ser pequeno o suficiente para caber nos interstícios do retículo do solvente. Em geral, requer-se
rsolutorsolvente <=sssim 0,59
  • Concentração baixa: apenas pequenas frações atômicas de soluto cabem nos interstícios sem deformar demais a rede cristalina.
  • Afinidade química: o soluto deve interagir quimicamente de forma compatível com o metal-solvente para não precipitar compostos isolados.

Passo 4

Em resumo, se o átomo soluto for de tamanho e natureza química semelhantes aos do solvente e vier a substituir posições na rede cristalina, a solução é substitucional; se o átomo soluto for muito menor e ficar nos espaços (interstícios) do retículo do solvente, a solução é intersticial.

Resposta

Solução substitucional: aplica-se quando o soluto tem raio atômico até 15% diferente, estrutura cristalina igual, valência e eletronegatividade semelhantes.
Solução intersticial: ocorre quando o soluto é pequeno ( rsoluto/rsolvente<=sssim0,59), em baixas concentrações e compatível quimicamente com o metal-base.

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