Avainero substituutio- ja interstitiaalisen kiinteän liuoksen välillä on, että korvaava kiinteä liuos sisältää liuotinatomin korvaamisen liuenneen aineen atomilla sen muodostumisessa. Päinvastoin, liuotinatomit eivät syrjäydy liuenneiden aineiden atomeilla interstitiaalisten kiinteiden liuosten muodostumisessa, vaan liuenneet molekyylit pääsevät liuotinatomien välisiin reikiin.
Kiinteä liuos on kiinteässä olomuodossa oleva liuos, jossa on yksi tai useampi liuennut aine samassa liuottimessa. Siellä esiintyy kaksi tai useampia elementtejä kiinteässä tilassa. Kutsumme sitä pikemminkin liuokseksi kuin yhdisteeksi, koska liuottimen kiderakenne pysyy muuttumattomana liuenneita aineita lisättäessä. Kiinteän liuosvahvistuksen prosessissa puhtaan metallin lujuutta voidaan lisätä seostamalla toinen alkuaine. Voimme tehdä tämän muodostamalla kiinteän liuoksen. Seosalkuaineesta riippuen kiinteitä liuoksia on kahta muotoa, korvaavia ja interstitiaalisia kiinteitä liuoksia.
Mikä on korvaava kiinteä ratkaisu?
Kiinteät substituutioliuokset ovat kiinteän olomuodon liuoksia, jotka muodostuvat, kun liuenneet aineet korvaavat liuotinatomit. Tällaisen kiinteän liuoksen muodostamiseksi liuenneiden aineiden tulee olla riittävän suuria korvaamaan hilassa olevat liuotinatomit. Liuenneiden aineiden atomit liitetään hilaan substituutiolla korvaamalla atomit hilan tietyissä kohdissa. Tässä joissakin seosalkuaineissa on liuenneita atomeja, jotka pystyvät korvaamaan liuotinatomeja vain pieniä määriä, kun taas jotkut seosaineet voivat korvata liuotinatomeja kaikkialla kiinteässä liuoksessa.
Tällainen kiinteä liuos muodostuu, kun liuenneen aineen ja liuotinatomien atomikoko on lähes sama. Lisäksi korkeat lämpötilat voivat lisätä näitä korvauksia. Lisäksi on olemassa kaksi muotoa korvaavia kiinteitä liuoksia, nimittäin; järjestyneitä ja epäjärjestyneitä kiinteitä ratkaisuja. Järjestetty kiinteä liuos muodostuu, kun liuenneet aineet korvaavat liuotinatomit liuotinhilan edullisessa kohdassa. Esimerkki: Cu-Au-järjestelmä. Epäjärjestyneitä kiinteitä liuoksia muodostuu, kun liuenneet aineen atomit korvaavat satunnaisesti hilassa olevat liuotinatomit.
Mikä on Interstitial Solid Solution?
Interstitiaaliset kiinteät liuokset ovat kiinteän olomuodon liuoksia, jotka muodostuvat, kun liuenneet aineet joutuvat hilan liuotinatomien välisiin reikiin. Siellä liuenneet aineen atomit ovat tarpeeksi pieniä päästäkseen näihin reikiin. Kutsumme näitä aukkoja välisivustoiksi.
Kuva 01: Kiinteä väliratkaisu
Tämä prosessi heikentää liuotinatomien välisiä sidoksia. Siten hila muotoutuu. Jotta tämä tapahtuisi, liuenneiden aineiden atomien koon tulee olla alle 40 % liuotinatomien koosta. Liuenneiden aineiden atomit tulevat hilaan interstitiaalisesti. Ainoat alkuaineet, jotka pystyvät muodostamaan tämän tyyppisiä kiinteitä liuoksia, ovat H, Li, Na ja B.
Mitä eroa korvaavalla ja kiinteällä interstitiaalisella ratkaisulla on?
Kiinteät substituutioliuokset ovat kiinteän olomuodon liuoksia, jotka muodostuvat, kun liuenneet aineet korvaavat liuotinatomit. Tämän tyyppisiä kiinteitä liuoksia muodostuu vain, jos liuenneen aineen atomit ovat riittävän suuria korvaamaan hilassa olevat liuotinatomit. Lisäksi liuenneiden aineiden atomikoko on lähes samanlainen kuin liuotinatomien koko. Interstitiaaliset kiinteät liuokset ovat kiinteän olomuodon liuoksia, jotka muodostuvat, kun liuenneet aineet tulevat hilan liuotinatomien välisiin reikiin. Nämä kiinteät liuokset muodostuvat vain, jos liuenneen aineen atomit ovat tarpeeksi pieniä päästäkseen hilan reikiin. Lisäksi liuenneiden aineiden atomikoon tulisi olla noin 40 % liuotinatomien koosta, jotta tällainen hila muodostuisi. Tämä on tärkein ero korvaavan ja välimuotoisen kiinteän liuoksen välillä.
Yhteenveto – Korvaava vs välimuotoinen kiinteä ratkaisu
Kiinteät liuokset ovat kiinteän olomuodon liuoksia, joissa on kaksi tai useampia alkuaineita samassa kiinteässä olomuodossa. Kiinteitä liuoksia on kahta muotoa korvaavina ja interstitiaalisina kiinteinä liuoksina sen muodostumistavan mukaan. Ero substituutio- ja interstitiaalisen kiinteän liuoksen välillä on se, että substituoivan kiinteän liuoksen muodostuksessa liuotinatomi korvataan liuenneen aineen atomilla, kun taas interstitiaalisten kiinteiden liuosten muodostuksessa ei tapahdu liuotinatomien syrjäytymistä liuenneen aineen atomeilla. Sen sijaan liuenneet molekyylit menevät liuotinatomien välisiin reikiin.
