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Vaste oplossing
viel natürliches Mineralien, wie gezeigt Labradorit, sind feste Lösungen von zwei oder mehr chemische Verbindungen. Labradorit hat die chemische Formel (Ca,Na)(Si,Al)4Ö8, wobei die beiden Kommas angeben, dass die beiden Kationen kann in unterschiedlichen relativen Konzentrationen auftreten.
Abbildung 1: Eine binäre Phasendiagramm (ein Phasendiagramm zweier chemischer Verbindungen), in dem die gleiche feste Lösung in allen relativen Konzentrationen vorliegt.
Figur 2: Ein Phasendiagramm, in dem zwei Mischkristalle vorkommen: α und β.

EIN feste Lösung (Englisch: feste Lösung) ist ein Lösung von einem oder mehreren gelösten Stoffen in a Lösungsmittel, wobei alle Stoffe in der FestPhase zusammen zu sein. So ein Mischung von kristallin Stoffe - manchmal auch Mischkristall genannt - wird als Lösung und nicht als chemische Verbindung wann:

  1. es Kristallgitter des Lösungsmittels ändert sich durch die Zugabe der gelösten Stoffe nicht;
  2. die Mischung bleibt einphasig, d.h. es gibt keine Trennung stattfinden.

Anwendungen

Da Mischungen oft bessere Eigenschaften haben als reine Materialien, werden viele Mischkristalle für industrielle Anwendungen verwendet. Viele Legierungen sind beispielsweise feste Lösungen. In einigen festen Lösungen kann eine kleine Änderung der relativen Konzentrationen der gelösten Stoffe oder des Lösungsmittels drastische Änderungen der elektrischen oder physikalischen Eigenschaften des Materials bedeuten.

Mechanismus

Die beiden oben genannten Bedingungen können erfüllt werden, wenn Partikel der gelösten Stoffe ersetzen Partikel im Kristallgitter des Lösungsmittels (Substitution) oder besetzen im Gegenteil leere Plätze im Kristallgitter des Lösungsmittels, sogenannte Zwischenräume. In beiden Fällen ändern sich die Eigenschaften des Materials, weil das Kristallgitter verformt wird und die physikalischen und elektrischHomogenität des Materials ist gestört.

Nicht jede Mischung zweier kristalliner Substanzen bildet eine feste Lösung. Der Grund dafür ist, dass die Partikel des Lösungsmittels in das Kristallgitter des Lösungsmittels passen müssen. Einige kristalline Stoffe vermischen sich nur bei bestimmten Konzentrationen oder Temperaturen. Ob zwei kristalline Stoffe eine feste Lösung bilden können, hängt von der Chemikalie ab, kristallographisch und quantenmechanische Eigenschaften der beteiligten Stoffe. Laut der Regeln von Hume Rothery eine feste Lösung kann sich bilden, wenn der gelöste Stoff und das Lösungsmittel:

Symmetriebeziehung

Letzteres lässt sich weiter spezifizieren: Die beiden Kristallstrukturen müssen die gleiche Symmetrie aufweisen. Ist dies nicht der Fall, ist eine kontinuierliche Mischreihe in der Regel nicht möglich. In Ausnahmefällen kann zwischen den beiden Extremen ein Phasenübergang zweiter Ordnung auftreten. Die Symmetrie ändert sich zwar, aber nach der Landau-Theorie der Phasenübergänge zweiter Ordnung muss diese Änderung eine Reihe strenger Anforderungen erfüllen:

  • eine Symmetriegruppe muss eine Untergruppe der anderen sein
  • die Symmetrieänderung muss sich in eine einzelne irreduzible Darstellung der höheren Symmetriegruppe umwandeln
  • die Darstellung darf keine Invariante dritter Ordnung haben
  • wenn die Darstellung mehrdimensional ist und es mehr als eine Invariante vierter Ordnung gibt, muss die Symmetriereduktion die Summe der Terme vierter Ordnung minimieren; dies führt oft zu mehr als einer Schwesterlösung.

Mischkristalle in Phasendiagrammen

Es Phasendiagramm im Abbildung 1 kann zum Beispiel a Legierung von zwei Metall sind (α und β). Bei jeder relativen Konzentration der beiden Metalle wird eine feste Lösung gebildet. In diesem Fall hat die reine Phase der beiden Metalle (100% α oder 100% β) die gleiche Kristallstruktur und die beiden Atomarten haben ähnliche Eigenschaften, was eine unbegrenzte Substitution im Kristallgitter unabhängig von der relativen Konzentration ermöglicht .

Das Phasendiagramm von Diagramm Figur 2 zeigt zwei Stoffe, die nicht unter allen Bedingungen den gleichen Mischkristall bilden. Auf einer Seite des Diagramms befindet sich ein Bereich mit einem Buchstaben α, in dem der Stoff α als Lösungsmittel dient und sich der Stoff β in α auflöst. Auf der anderen Seite befindet sich ein Bereich β, in dem die Substanz β als Lösungsmittel dient und sich in β löst. Die große Fläche in der Mitte zwischen den beiden Flächen (α β) ist keine feste Lösung. In diesem Bereich bilden sich zwei feste Phasen nebeneinander. Wenn ein solches Material unter dem Mikroskop betrachtet wird, erscheinen die beiden Phasen als Granulat oder Lamellen kann gesehen werden.

von Figur 2 Es scheint auch, dass bei Konzentrations- oder Temperaturänderungen bestimmter Gemische ein Übergang von einer zu zwei Phasen stattfinden kann. Dieser Vorgang heißt Auflösung oder Absonderung und ist an den Lamellen zu erkennen. Ein Beispiel ist perthite, ein Wechsel von zwei Arten Feldspat (Weiß albit und rosa Mikroklinik) in dünnen Bändern.

Siehe auch