Defina quais são os critérios de solubilidade de um átomo substitucional de solução sólida e intersticial.

Passo 1

O enunciado pede para definir os critérios de solubilidade de átomos em soluções sólidas, distinguindo os casos em que o átomo de soluto ocupa sítios substitucionais (no lugar de um átomo da rede) ou intersticiais (nos vazios da rede). Esse tópico faz parte das regras de Hume–Rothery para soluções sólidas em metais.

Passo 2

Critérios de solubilidade em sítios substitucionais
1. Critério de tamanho atômico
a diferença de raio atômico entre soluto e hospedeiro deve ser pequena:
lvert rsoluto - rhospedeirorvertrhospedeiro < 0,15
2. Critério de estrutura cristalina
soluto e hospedeiro devem ter rede cristalina igual (por ex. ambos cúbica de face centrada).
3. Critério de eletro-negatividade
diferença de eletro-negatividade pequena para evitar formação de compostos intermetálicos.
4. Critério de valência
metais com mesma valência (ou o soluto de valência maior) apresentam maior solubilidade.

Passo 3

Critérios de solubilidade em sítios intersticiais
1. Tamanho do átomo de soluto
deve ser suficientemente pequeno para caber no vazio da rede. Para estruturas metálicas típicas:
  • sítio octaédrico:
    rsolutorhospedeiro < 0,414
  • sítio tetraédrico:
    rsolutorhospedeiro < 0,225
2. Critério de afinidade química
boa compatibilidade química e eletro-negatividade moderada para não formar fases separadas.
3. Concentração baixa
o soluto intersticial normalmente só se dissolve em pequenas frações molares para não distorcer excessivamente a rede.

Resposta

Critérios de solubilidade de átomos em solução sólida:
Soluto substitucional
  • lvert rsoluto - rhospedeirorvertrhospedeiro < 0,15
  • mesma estrutura cristalina
  • diferença de eletro-negatividade pequena
  • valência igual ou superior à do hospedeiro
Soluto intersticial
  • raio do soluto tal que
    tfracrsolutorhospedeiro<0,414 (octa) ou
    tfracrsolutorhospedeiro<0,225 (tetra)
  • afinidade química/eletro-negatividade compatível
  • baixa concentração de soluto intersticial

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