Distinga entre ligas substitucional e intersticial. Quais as condições que favorecem a formação de ligas substitucionais?
As ligas substitucionais e intersticiais são ligas de solução. Em uma liga substitucional, os átomos do ‘soluto’ ocupam posições normalmente ocupadas pelo ‘solvente’. As ligas substitucionais tendem a se formar quando os átomos do soluto e do solvente são de tamanho comparável e possuem características de ligação semelhantes. Em uma liga intersticial, os átomos do ‘soluto’ ocupam os espaços ou posições intersticiais entre os átomos do ‘solvente’. Os átomos do soluto são necessariamente muito menores que os átomos do solvente.

Passo 1

O enunciado pede para definirmos duas categorias de solução sólida em metais — ligas substitucionais e ligas intersticiais — e, em seguida, listar as condições que favorecem a formação de uma liga substitucional. O conteúdo é metalurgia física, mais especificamente a teoria de soluções sólidas em ligas metálicas.

Passo 2

Uma liga substitucional ocorre quando átomos de soluto entram no material e ocupam diretamente sítios da rede cristalina originalmente ocupados pelos átomos de solvente, isto é, um átomo de soluto “substitui” um átomo de solvente. Já numa liga intersticial, os átomos de soluto são muito menores e se alojam nos espaços (interstícios) entre os átomos de solvente, sem deslocá-los de seus sítios regulares.

Passo 3

Para que se forme uma solução sólida substitucional homogênea, aplicam-se as chamadas regras de Hume-Rothery. As principais condições são:
  1. Diferença de raios atômicos pequena:
    a fim de acomodar o átomo de soluto sem deformar muito a rede, deve valer
\frac{|r_{\text{soluto}} - r_{\text{solvente}}|}{r_{\text{solvente}}} < 15\%.
  1. Estruturas cristalinas iguais ou muito semelhantes:
    se tanto soluto quanto solvente cristalizam, por exemplo, em cúbica de faces centradas (CFC) ou cúbica de corpo centrado (CCC), a substituição é mais fácil.
  2. Semelhança de eletronegatividade:
    diferenças muito grandes levam à formação de compostos intermetálicos em vez de solução sólida.
  3. Valências semelhantes, ou preferência de valência do soluto maior ou igual à do solvente:
    átomos com valência mais alta tendem a dissolver em átomos de valência menor, mas o inverso é desfavorável.

Resposta

Ligas substitucionais são aquelas em que os átomos de soluto substituem diretamente átomos de solvente na rede cristalina; ligas intersticiais ocorrem quando átomos muito menores ocupam espaços entre os átomos de solvente.
As condições que favorecem a formação de ligas substitucionais são:
  1. Diferença de raios atômicos menor que \,15\%.
  2. Mesma estrutura cristalina (CFC, CCC etc.).
  3. Semelhança de eletronegatividade.
  4. Valências semelhantes ou soluto com valência igual/maior que a do solvente.

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