Uma solução sólida pode se formar quando átomos de impurezas são adicionados a um sólido, cuja a estrutura cristalina original é mantida e nenhuma nova fase é formada. Qual a diferença entre solução sólida substitucional e intersticial? Quais são as quatro regras de Hume-Rothery para formação de soluções sólidas substituicionais?
Passo 1
Beleza, então o enunciado tá perguntando sobre dois tipos de “solução sólida” num metal: substitucional e intersticial, e também quer saber as quatro regrinhas de Hume-Rothery que dizem quando dá pra formar uma solução sólida substitucional. Isso é tudo lá dentro de um tópico de estrutura cristalina e ligas metálicas. Pra resolver a gente vai precisar entender:
- O que é solução sólida num cristal
- Diferença entre substituir átomos e colocar átomos nos “espacinhos” (vãos) da rede
- As quatro regras de Hume-Rothery e o motivo de cada uma
Passo 2
Primeiro, a diferença entre solução sólida substitucional e intersticial:
-
Solução sólida substitucional
- Aqui o átomo “impureza” pega o lugar de um átomo da rede original.
- Imagina que a gente tem uma rede de átomos A e troca alguns por átomos B.
- A estrutura cristalina continua igual, só muda alguns pontos.
-
Solução sólida intersticial
- Nesse caso, o átomo B é bem pequenininho e se “encaixa” nos vãos que já existem entre os átomos da rede A, sem tirar nenhum átomo de lá.
- Esses vãos são chamados de interstícios.
Passo 3
Agora, as quatro regras de Hume-Rothery para formar fácil uma solução sólida substitucional (ou seja, B entrando no lugar de A):
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Diferença de raio atômico
- O raio do átomo B não pode ser muito diferente do de A.
- Geralmente vale
- Se for maior que isso, a rede distorce demais e não aceita o impureza com favor.
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Estrutura cristalina igual
- A estrutura (cúbica de corpo centrado, cúbica de face centrada, hexagonal, etc.) de A e B deve ser a mesma.
- Se forem diferentes, a rede não “encaixa” bem e formam-se fases separadas.
-
Valência semelhante
- A valência (número de elétrons de valência) de B deve ser próxima da de A.
- Se forem muito diferentes, o metal resultante terá propriedades eletrônicas bem diferentes e tende a separar fases.
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Afinidade química / eletronegatividade
- A diferença de eletronegatividade χ entre A e B deve ser pequena, tipicamente
- Se for grande, bate a formação de compostos intermetálicos em vez de uma solução sólida homogênea.
- A diferença de eletronegatividade χ entre A e B deve ser pequena, tipicamente
Resposta
Diferença entre os dois tipos de solução sólida:
- Substitucional: o átomo impureza substitui um átomo da rede.
- Intersticial: o átomo impureza se encaixa nos vãos da rede sem substituir ninguém.
As quatro regras de Hume-Rothery para solução sólida substitucional são:
- Diferença de raio atômico < 15%.
- Mesma estrutura cristalina.
- Valência semelhante.
- Baixa diferença de eletronegatividade (
).