Hume-rothery sääntöjä

Mitkä ovat Hume-Rotheryn säännöt?

Se Hume-rothery sääntöjä Ne ovat joukko havaintoja, jotka auttavat ennustamaan, ovatko kaksi metallia tai kaksi kiinteää yhdistettä hyvin liukenevat toisiinsa. Englanninkielisen metallurgisen William Hume-Rotheryn perustama näitä sääntöjä käytetään laajasti seoskoostumuksen tutkimuksessa, jotka ovat vain kiinteitä metalliliuoksia.

Siten katsotaan Hume-Rothery -sääntöjä, on mahdollista ennustaa, kuinka todennäköinen kahden metallin liukoisuus on. Vaikka ne ottavat huomioon useita parametreja, kuten atomien, valenssien ja elektronegativiteettien koko, älä aina onnistu kaikissa tapauksissa selittämättömiä poikkeuksia: metalleja, jotka nostetaan jopa teoriassa, niiden ei pitäisi.

Hopean ja kullan suuri liukoisuus sen seosten muodostumisessa noudattaa Hume-Rothery-sääntöjä

Kulta ja hopea, kaksi visuaalisesti erilaista metallia, ovat oikeastaan ​​erittäin liukoisia toisiinsa. Tämän liukoisuuden ansiosta niiden atomit ovat sekoitettuja seoksien muodostamiseksi. Tätä liukoisuutta tukevat Hume-Rothery-säännöt, jotka osoittavat, että AU- ja AG-atomeilla ei ole rajoitettua liukoisuutta.

Sääntö

Sääntö 1: Kokokerroin

Kahden metallin, elementtien tai kiinteiden yhdisteiden sekoittamiseksi niiden atomien ei pitäisi eroa liikaa kooltaan. Hallitseva metalli on liuotin, josta liuenneen aineen liueneena on vähemmän osuus.

Liuotintomit, joita kutsutaan myös isäntiksi, eivät pysty liukenemaan tai isännöimään liuennettua atomeja, jos jälkimmäiset ovat erittäin suuria tai pieniä. Koska? Koska se merkitsisi liuottimen kiinteän rakenteen muodonmuutosta, ei -toivottua asiaa, jos etsitään seos.

Hume-Rotheryn ensimmäisessä säännössä todetaan kuitenkin, että liuotin- ja liuotintomien välisen atomisradioiden välisen eron ei pitäisi olla yli 15%. Eli liuenneen atomin ei tulisi olla 15% suurempi tai pieni kuin liuotintomit.

Yllä oleva voidaan helposti laskea seuraavalla yhtälöllä:

Voi palvella sinua: Exotermisiä ja endotermisiä reaktioita

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

Missä Rsoluto on liuenneen aineen atomisäde, kun taas RSOLvent on liuottimen atomin säde. Tämän laskelman on osoitettava %-eron arvo ≤ 15 %.

Sääntö 2: Kristallirakenne

Liuenneen aineen ja liuottimen kiteisten rakenteiden on oltava samat tai samanlaiset. Tässä kommentoitu: liuottimen rakenteeseen ei voida vaikuttaa kovinkaan liuenneen aineen atomien lisäämiseen.

Esimerkiksi kaksi metallia, joissa on kuutiometriä, keskitetty kasvoihin (FCC) sekoittuu ilman monia haittoja. Vaikka metalli, jolla on kompakti kuusikulmainen rakenne (HCP), ei yleensä sekoittunut kovin hyvin yhden kanssa FCC -rakenteen kanssa.

Sääntö 3: Valencias

Liukoisuudet ovat rajoittamattomia, kun kahdella metallilla on samat valenssit. Toisaalta, kun nämä ovat erilaisia, liuotin pyrkii liuottamaan liuenneen aineen suurimman Valencian kanssa.

Mitä suurempi Valencia, sitä älykäs atomi ja saatu kiinteä liuos muuttuvat interstitiaalisesta.

Esimerkiksi, jos metalli on tavallinen valenssi +2 (kuten kupari), se aiheuttaa rajoitetun liukoisuuden sekoittuessa metalliin, jonka valenssi on +3 (kuten alumiini).

Sääntö 4: Sähkökäyttöisyys

Liuotin ja liuenneen aineen ei pitäisi olla kovin erilaisia ​​elektronegatiivisuuksia, muuten niiden liukoisuus on rajoitettu. Toisin sanoen "erittäin elektronegatiivinen" metalli ei ole täysin seosta erittäin elektropositiivisella metallilla; Sen sijaan nämä kaksi yhdistyvät muodostaen metallien välisen yhdisteen, ei seosta.

Esimerkit

Hume-rothery-säännöt ovat oikein seuraavissa esimerkeissä:

-Kulta- ja nikkeli-seokset, au-ni, joissa nikkeli aiheuttaa hyvää liukoisuutta kullassa, koska kiteinen kultaverkko on vain 1.15 kertaa suurempi kuin nikkeli

Voi palvella sinua: rajoittaminen ja liiallinen reagenssi

-Kiinteät hafnio ja zirkonio, HFO -oksidiliuokset₂-Zro₂, Missä molemmat ionit sekoitetaan täydellisesti samanlaisten radioiden ja valenssien saamiseksi, HF⁴⁺ ja Zr⁴⁺

-Vedyn imeytyminen paladiumissa, koska vetymolekyylien säde ei eroa alle 15%: lla paladiumin atomisradioista; Muuten h₂ Minua ei koskaan voinut pitää interstitisesti PD -kiteissä

-Kadmium- ja magnesiumseokset, CD-MG, syistä, jotka ovat samanlaisia ​​kuin au-ni-seoksille altistuneet. Huomaa, että molempien metallien valenssit ovat samat: CD²⁺ ja mg²⁺, joka myötävaikuttaa liukoisuuteen huolimatta siitä, että sillä on suhteellisen erilainen atomiradiot

Ratkaisut

Seuraavaksi ja lopuksi, esitetään joitain yksinkertaisia ​​harjoituksia, joissa Hume-Rothery-säännöt otetaan käyttöön käytännössä.

Harjoitus 1

Seuraavat tiedot käsillä:

Rau: 0.1442 nm, FCC, +1

Rät: 0.1445 nm, FCC, +1

Ja hume-rothery-sääntöjen mukaan odotatko rajoittamatonta liukoisuutta molempien metallien välillä?

Sekä kullalla että hopealla on FCC -rakenteet (sääntö 2) ja sama määrä Valenciaa (+1, vaikka kullalla voi olla myös +3). Joten meidän on luotettava atomisradioihin ennen pinnallisten johtopäätösten tekemistä.

Oletetaan, että hopea on kallein kulta, ja kulta, liuenneen aineen. Koska nanometreissä (NM) ilmaistaan ​​atomiradiot, jatkamme niiden erojen prosenttiosuuden:

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

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

= 0.2076%

Huomaa, että otamme positiivisen arvon ja että tämä on paljon alle 15%. Siksi voimme vakuuttaa, että Hume-Rotheryn sääntöjen mukaan kulta ja hopea sekoittuvat ilman mitään ongelmia seosten muodostamiseksi.

Harjoitus 2

Seuraavat tiedot käsillä:

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

Voi palvella sinua: Elohopeaoksidi (HG2O)

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

Odottaisitko kuparin ja nikkelin muodostavan seokset ilman rajoituksia?

Toistamme jälleen edellisen laskelman, koska se on ainoa parametri, jossa ne osoittavat eroja. Oletetaan, että kupari on liuotin ja että nikkeli on liuennettu:

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

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

= 2.3. 4%

Tämä arvo on alle 15%. Siksi ei ole yllättävää, että molemmat metallien seokset ilman monia vaikeuksia.

Harjoitus 3

Seuraavien tietojen mukaan:

RSI: 0.117 nm, timanttikuubinen, elektronegatiivisuus 1.8, +4

RGE: 0.139 nm, timanttikuubinen, elektronegatiivisuus 2.0, +4

Odottaisitko Piilan ja Germanion muodostavan kiinteitä ratkaisuja?

Tällä kertaa huomataan, että Germanio on hiukan elektronegatiivisempi kuin pii, joka voi pelata liukoisuutta näiden kahden välillä. Laskemme eron sen atomiradioiden välillä olettaen, että Germanio on liuotin ja että pii on liuennettu:

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

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

= 15.82%

Huomaa, että pii- ja germaniokiteiden liukoisuus on rajoitettu: Piiliatomit ovat 15.82% pienempi kuin Germanio -atomit. Tämän lisäksi meidän on lisättävä ero sen elektronegatiivisuuksien välillä.

Tämä ei kuitenkaan tarkoita, että kahta elementtiä ei voida sekoittaa, vain että niiden Si-Ge-seoksilla on rajoitetusti prosenttiosuudet yhden kahden elementin koostumuksessa; Näistä arvoista Si-GE-seosta ei ole olemassa.

Viitteet

1. C. Barry Carter & M. Grant Norton. (2007). Keraamiset materiaalitieteet ja tekniikka. Jousto.
2. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemia. (8. ed.-A. Cengage -oppiminen.
3. Wikipedia. (2021). Hume-rothery sääntöjä. Haettu: vuonna.Wikipedia.org
4. H. K -k -. D -d. H. Bhadeshia. (S.F.-A. Kiinteät ratkaisut: Hume-rothery-säännöt. Toipunut: Vaihekaupat.MSM.Nokka.Ac.Yhdistynyt kuningaskunta
5. Elsevier B.V. (2021). Roulin sääntö. Tiede. Haettu: ScienEdirect.com