Hume-Rothery regler

Hva er Hume-Rotherys regler?

De Hume-Rothery regler De er et sett med observasjoner som hjelper til med å forutsi om to metaller eller to faste forbindelser vil være veldig løselige for hverandre. Disse reglene er etablert av engelsk metallurgisk William Hume-Rothery, og er mye brukt i studiet av legeringssammensetning, som ikke er noe mer enn solide metallløsninger.

Således å ta en titt på Hume-Rothery-reglene er det mulig å forutsi hvor sannsynlig løseligheten av to metaller vil være. Selv om de tar hensyn til flere parametere som størrelsen på atomer, valenser og elektronegativiteter, lykkes ikke alltid i alle tilfeller, og har uforklarlige unntak: metaller som blir reist selv når de i teorien ikke burde.

Den store løseligheten mellom sølv og gull i dannelsen av legeringene adlyder reglene for Hume-Rothery

Gull og sølv, to visuelt forskjellige metaller, er faktisk veldig løselige for hverandre. Takket være denne løseligheten er atomene deres blandet for å danne legeringer. Denne løseligheten støttes av Hume-Rothery-regler, som indikerer at AU- og AG-atomer ikke vil ha begrensede løseligheter.

Regler

Regel 1: Størrelsesfaktor

For to metaller, elementer eller faste forbindelser for å blande, skal atomene ikke være for mye i størrelse. Det dominerende metall.

Oppløsningsmiddelatomene, også kalt verter, vil ikke kunne oppløse eller være vertskap for de oppløste atomer hvis sistnevnte er veldig store eller små. Fordi? Fordi det ville innebære å deformere den faste strukturen til løsningsmidlet, uønsket ting hvis det som søkes er en legering.

Imidlertid fastslår Hume-Rotherys første regel at forskjellen mellom atomradioer mellom løsningsmiddel og løsningsmiddelatomer ikke bør være større enn 15%. Det vil si at det oppløste atomet ikke skal være 15% større eller lite enn løsningsmiddelatomene.

Ovennevnte kan enkelt beregnes med følgende ligning:

Kan tjene deg: Eksotermiske og endotermiske reaksjoner

%Forskjell = (rsoluto - rsolvent) / (rsolvente) x 100%

Hvor rsoluto er atomradiusen til oppløsningen, mens rsolvent er atomradiusen til løsningsmidlet. Denne beregningen må vise en verdi av %forskjell ≤ 15 %.

Regel 2: Krystallinsk struktur

De krystallinske strukturene til løst og løsningsmiddel må være de samme eller lignende. Her kan ikke den kommenterte ovenfor: strukturen til løsningsmidlet kan påvirkes av tilsetningen av atomene i løst stoffet.

For eksempel vil to metaller med kubiske strukturer sentrert på ansikter (FCC) blandes uten mange ulemper. Mens et metall med kompakt sekskantet struktur (HCP) ikke har en tendens til å blande veldig godt med en med FCC -struktur.

Regel 3: Valencias

Løselighetene er ubegrensede når de to metallene har samme valens. På den annen side, når disse er forskjellige, har løsningsmidlet en tendens til å løse opp løsningen med det største Valencia.

Jo større Valencia, den smarte det oppløste atomet, og den faste løsningen vil bli av den mellomliggende typen: løst stoffet vil være plassert i hulen eller porene til det krystallinske nettverket av løsningsmidlet til løsningsmidlet.

For eksempel, hvis et metall er vanlig en valens på +2 (for eksempel kobber), vil det presentere en begrenset løselighet når du blandes med et metall som har en valens på +3 (for eksempel aluminium).

Regel 4: Elektronegativitet

Oppløsningsmidlet og oppløsningen skal ikke ha veldig forskjellige elektronegativiteter, ellers vil deres løselighet være begrenset. Det vil si at et "veldig elektronegativt" metall ikke helt legering med et veldig elektropositivt metall; I stedet kombinerer de to for å danne en intermetallisk forbindelse, ikke en legering.

Eksempler

Hume-Rothery-regler har rett i følgende eksempler:

-Gull- og nikkellegeringer, AU-Ni, der nikkel presenterer god løselighet i gull, ettersom det krystallinske gullnettet bare er 1.15 ganger større enn nikkel

Kan tjene deg: begrensende og overdreven reagens

-Solide Hafnio og Zirconio, HFO Oxides Solutions₂-Zro₂, Der begge ionene er blandet perfekt for å ha lignende radioer og valenser, HF⁴⁺ og Zr⁴⁺

-Hydrogenabsorpsjon i paladium, da radius av hydrogenmolekyler ikke skiller seg med mindre enn 15% av atomradioene i paladiet; Ellers, h₂ Jeg kunne aldri bli beholdt mellomliggende ved PD -krystaller

-Kadmium- og magnesiumlegeringer, CD-MG, av grunner som ligner de som er utsatt for AU-Ni-legeringer. Merk at valensene til begge metaller er de samme: CD²⁺ og mg²⁺, som bidrar til dens løselighet til tross for at de har relativt forskjellige atomradioer

Løste øvelser

Neste og til slutt vil det bli stilt noen enkle øvelser der Hume-Rothery-reglene blir utført i livet.

Oppgave 1

Har følgende data for hånden:

Rau: 0.1442 nm, FCC, +1

Fille: 0.1445 nm, FCC, +1

Og i henhold til Hume-Rothery-regler, kan du forvente at ubegrenset løselighet mellom begge metaller?

Både gull og sølv har FCC -strukturer (regel 2), og samme antall Valencia (+1, selv om gull også kan ha +3). Så vi må stole på atomradioer før vi trekker overfladiske konklusjoner.

For å være det dyreste gullet, vil vi anta at sølv er løsningsmidlet og gullet, løsten. Etter å ha sine respektive atomradioer uttrykt i nanometer (NM), fortsetter vi å beregne prosentandelen av forskjellene deres:

%Forskjell = (rsoluto - rsolvent) / (rsolvente) x 100%

= (0.1442 - 0.1445) / (0.1445) x 100%

= 0.2076%

Merk at vi tar en positiv verdi, og at dette er mye mindre enn 15%. Derfor kan vi bekrefte at i henhold til Hume-Rothys regler vil gull og sølv blande seg uten problemer med å danne legeringer.

Oppgave 2

Har følgende data for hånden:

RCU: 0.128 nm, FCC, elektronegativitet 1.8, +2

Kan tjene deg: Merkur Oxide (HG2O)

RNI: 0.125 nm, FCC, elektronegativitet 1.8, +2

Vil du vente på at kobber og nikkel skal danne legeringer uten begrensninger?

Igjen gjentar vi den forrige beregningen siden det er den eneste parameteren der de viser forskjeller. Vi antar at kobber er løsningsmidlet og at nikkel er løst stoffet:

%Forskjell = (rsoluto - rsolvent) / (rsolvente) x 100%

= (0.125 - 0.128) / (0.128) x 100%

= 2.3. 4%

Denne verdien er under 15%. Derfor er det ikke overraskende at begge metaller legeringer uten mange vanskeligheter.

Øvelse 3

I henhold til følgende data:

RSI: 0.117 nm, diamant kubikk, elektronegativitet 1.8, +4

RGE: 0.139 nm, diamant kubikk, elektronegativitet 2.0, +4

Kan du forvente at silisium og Germanio danner solide løsninger?

Denne gangen merker vi at Germanio er litt mer elektronegativ enn silisium, som kan spille mot løselighet mellom de to. Vi beregner forskjellen mellom dets atomradioer forutsatt at Germanio er løsningsmidlet og at silisium er solute:

%Forskjell = (rsoluto - rsolvent) / (rsolvente) x 100%

= (0.117 - 0.139) / (0.139) x 100%

= 15.82%

Merk at løselighet mellom silisium- og Germanio -krystaller er begrenset: silisiumatomer er 15.82% mindre enn Germanio -atomer. I tillegg til dette, må vi legge til forskjellen mellom elektronegativitetene.

Dette betyr imidlertid ikke at de to elementene ikke kan blandes, bare at Si-Ge-legeringene deres har begrensede prosentandeler i sammensetningen av et av de to elementene; Av disse verdiene eksisterer ikke si-ge-legeringen.

Referanser

1. C. Barry Carter & m. Grant Norton. (2007). Keramisk materialvitenskap og ingeniørfag. Springer.
2. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kjemi. (8. utg.). Cengage Learning.
3. Wikipedia. (2021). Hume-Rothery regler. Hentet fra: i.Wikipedia.org
4. H. K. D. H. Bhadeshia. (s.F.). Solide løsninger: Hume-Rothery Rules. Gjenopprettet fra: fase-trans.MSM.Cam.Ac.Storbritannia
5. Elsevier f.V. (2021). Roule -regel. Scientedirect. Hentet fra: Scientedirect.com