A solubilidade do Cr na ferrita é maior que as solubilidades do Nb , Mo ou W na mesma. Justifique.
Passo 1
O enunciado pede para justificar por que a solubilidade do Cr em ferrita (Fe-
) é muito maior do que as solubilidades de Nb, Mo ou W na mesma fase. O conteúdo aqui é comportamento de solução sólida em metais, e para isso vamos usar as regras de Hume–Rothery, que relacionam tamanho atômico, estrutura cristalina, eletronegatividade e valência dos elementos.
Passo 2
As regras de Hume–Rothery para soluções sólidas substitucionais dizem que a solubilidade de um soluto em um solvente aumenta quando:
. A diferença de raio atômico
é menor que
%.
. O soluto e o solvente têm a mesma estrutura cristalina.
. A diferença de eletronegatividade
é pequena.
. As valências são semelhantes.
Passo 3
Vamos comparar cada critério para Fe versus Cr, Nb, Mo e W:
As diferenças relativas são
Logo Cr, Mo e W atendem à regra do tamanho, mas Nb já excede
%.
Fe-
As diferenças são
Quanto menor
F , C , N , M / , . Elements com valência muito diferente do solvente tendem a ter entalpia de mistura menos favorável e formar intermetálicos. Cr difere pouco de Fe, ao contrário de Nb, Mo e W.
Passo 4
Somando os fatores:
– Cr satisfaz todas as regras (tamanho, estrutura BCC, eletronegatividade e valência semelhantes), produzindo entalpia de mistura moderadamente negativa e solução sólida extensa (até % em fase BCC).
– Nb falha no critério de tamanho e tem valência muito diferente.
– Mo e W falham no critério de valência e têm maior diferença de eletronegatividade, embora atendam ao critério de tamanho. Esses fatores elevam a entalpia de mistura, limitando fortemente a solubilidade e promovendo a formação de fases intermetálicas ou precipitados.
– Cr satisfaz todas as regras (tamanho, estrutura BCC, eletronegatividade e valência semelhantes), produzindo entalpia de mistura moderadamente negativa e solução sólida extensa (até
– Nb falha no critério de tamanho e tem valência muito diferente.
– Mo e W falham no critério de valência e têm maior diferença de eletronegatividade, embora atendam ao critério de tamanho. Esses fatores elevam a entalpia de mistura, limitando fortemente a solubilidade e promovendo a formação de fases intermetálicas ou precipitados.
Resposta
A solubilidade do Cr na ferrita é muito maior porque ele atende favoravelmente a todas as regras de Hume–Rothery (diferença de raio átomo extasciitilde{}
%, mesma estrutura BCC,
pequena e valência próxima), resultando em alta miscibilidade e entalpia de mistura baixa. Nb, Mo e W têm desajustes maiores de tamanho ou valência e eletronegatividade, elevando a entalpia de mistura e, assim, limitando suas solubilidades na ferrita.