Hume-rothery regler

Vad är Hume-Rotherys regler?

De Hume-rothery regler De är en uppsättning observationer som hjälper till att förutsäga om två metaller eller två fasta föreningar kommer att vara mycket lösliga för varandra. Dessa regler är etablerade av engelska metallurgiska William Hume-Rothery och används allmänt i studien av legeringssammansättning, som inte är något annat än solida metalllösningar.

Således är det möjligt att ta en titt på Hume-Rothery-reglerna att förutsäga hur troligt lösligheten för två metaller kommer att vara. Även om de tar hänsyn till flera parametrar som storleken på atomer, valenser och elektronegativiteter, lyckas inte alltid i alla fall, med oförklarliga undantag: metaller som höjs även även när de inte borde göra det.

Den stora lösligheten mellan silver och guld vid bildandet av dess legeringar följer reglerna för Hume-Rothery

Guld och silver, två visuellt olika metaller, är faktiskt mycket lösliga för varandra. Tack vare denna löslighet är deras atomer blandade för att bilda legeringar. Denna löslighet stöds av Hume-Rothery-regler, som indikerar att AU och Ag-atomer inte kommer att ha begränsade lösligheter.

Regler

Regel 1: Storleksfaktor

För två metaller, element eller fasta föreningar att blandas, bör deras atomer inte skilja sig för mycket i storlek. Den dominerande metallen kommer att vara lösningsmedlet, som är där lösningen kommer att lösas, metallen med mindre proportion.

Lösningsmedelsatomerna, även kallade värdar, kommer inte att kunna lösa upp eller vara värd för de lösta atomerna om de senare är mycket stora eller små. Därför att? Eftersom det skulle innebära att deformering av den fasta strukturen hos lösningsmedlet, oönskat sak om det som söks är en legering.

Hume-Rotherys första regel konstaterar emellertid att skillnaden mellan atomradio mellan lösningsmedel och lösningsmedelsatomer inte bör vara större än 15%. Det vill säga att lösta atomen inte ska vara 15% större eller liten än lösningsmedelsatomerna.

Ovanstående kan enkelt beräknas med följande ekvation:

Kan tjäna dig: exotermiska och endotermiska reaktioner

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

Där rsoluto är den löpande atomradien, medan Rsolvent är lösningsmedlets atomradie. Denna beräkning måste visa ett värde på %skillnad ≤ 15 %.

Regel 2: Kristallin struktur

De kristallina strukturerna i lösta ämnen och lösningsmedel måste vara desamma eller liknande. Här kommenteras ovan: lösningsmedlets struktur kan inte påverkas mycket av tillsatsen av atomerna i det lösta ämnet.

Till exempel kommer två metaller med kubiska strukturer centrerade på ansikten (FCC) att blandas utan många besvär. Medan en metall med kompakt hexagonal struktur (HCP), tenderar inte att blanda sig särskilt bra med en med FCC -struktur.

Regel 3: Valencias

Lösligheterna är obegränsade när de två metallerna har samma valenser. Å andra sidan, när dessa är olika, tenderar lösningsmedlet att lösa upp lösningen med den största Valencia.

Ju större Valencia, Smartner den lösta atomen och den fasta lösningen som erhålls kommer att bli av den interstitiella typen: Lösningen kommer att placeras i de ihåliga eller porerna i det kristallina nätverket av lösningsmedlet för lösningsmedlet för lösningsmedlet.

Till exempel, om en metall är vanlig en valens på +2 (såsom koppar) kommer den att presentera en begränsad löslighet vid blandning med en metall som har en valens av +3 (såsom aluminium).

Regel 4: Elektronegativitet

Lösningsmedlet och lösta ämnet bör inte ha så olika elektronegativiteter, annars kommer deras löslighet att vara begränsad. Det vill säga en "mycket elektronegativ" metall kommer inte helt legering med en mycket elektropositiv metall; Istället kombineras de två för att bilda en intermetallisk förening, inte en legering.

Exempel

Hume-rothery-regler är rätt i följande exempel:

-Guld- och nicklegeringar, Au-Ni, där nickel presenterar god löslighet i guld, eftersom det kristallina guldnätverket bara är 1.15 gånger större än nickel

Kan tjäna dig: begränsande och överdrivet reagens

-Solid Hafnio och Zirconio, HFO Oxides Solutions₂-Zro₂, Där båda jonerna blandas perfekt för att ha liknande radioapparater och valenser, HF⁴⁺ och zr⁴⁺

-Väteabsorption i paladium, eftersom radien för vätemolekyler inte skiljer sig åt med mindre än 15% av atomradioerna i paladium; Annars, h₂ Jag kunde aldrig behållas interstitiellt vid PD -kristaller

-Kadmium- och magnesiumlegeringar, CD-MG, av skäl som liknar de som utsätts för Au-Ni-legeringar. Observera att valenserna för båda metallerna är desamma: CD²⁺ och mg²⁺, vilket bidrar till dess löslighet trots att de har relativt olika atomradio

Löst övningar

Nästa och slutligen kommer några enkla övningar att visas där Hume-Rothery-reglerna genomförs i praktiken.

Övning 1

Att ha följande data till hands:

Rau: 0.1442 NM, FCC, +1

Rag: 0.1445 nm, fcc, +1

Och enligt Hume-Rothery-regler, skulle du förvänta dig obegränsad löslighet mellan båda metallerna?

Både guld och silver har FCC -strukturer (regel 2) och samma antal Valencia (+1, även om guld också kan ha +3). Så vi måste lita på atomradio innan du drar ytliga slutsatser.

För att vara det dyraste guldet kommer vi att anta att silver är lösningsmedlet och guldet, lösta ämnet. Med sina respektive atomradio uttryckta i nanometer (NM) fortsätter vi att beräkna procentandelen av deras skillnader:

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

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

= 0.2076%

Observera att vi tar ett positivt värde och att detta är mycket mindre än 15%. Därför kan vi bekräfta att enligt Hume-Rotherys regler kommer guld och silver att blandas utan problem för att bilda legeringar.

Övning 2

Att ha följande data till hands:

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

Kan tjäna dig: Mercury Oxide (HG2O)

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

Skulle du vänta på att koppar och nickel ska bilda legeringar utan begränsningar?

Återigen upprepar vi den tidigare beräkningen eftersom det är den enda parametern där de visar skillnader. Vi antar att koppar är lösningsmedlet och att nickeln är det lösta ämnet:

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

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

= 2.3. 4%

Detta värde är under 15%. Därför är det inte förvånande att båda metalllegeringen utan många svårigheter.

Övning 3

Enligt följande data:

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

Rge: 0.139 nm, diamant kubik, elektronegativitet 2.0, +4

Skulle du förvänta dig att Silicon och Germanio ska bilda solida lösningar?

Den här gången märker vi att Germanio är lite mer elektronegativ än kisel, som kan spela mot löslighet mellan de två. Vi beräknar skillnaden mellan dess atomradio förutsatt att Germanio är lösningsmedlet och att kisel är lösta ämnet:

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

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

= 15.82%

Observera att löslighet mellan kisel- och germanio -kristaller är begränsad: kiselatomer är 15.82% mindre än Germanio Atoms. Utöver detta måste vi lägga till skillnaden mellan dess elektronegativiteter.

Detta betyder emellertid inte att de två elementen inte kan blandas, bara att deras SI-GE-legeringar har begränsade procentsatser i sammansättningen av ett av de två elementen; Av dessa värden finns inte Si-GE-legeringen.

Referenser

1. C. Barry Carter & M. Grant Norton. (2007). Keramiska materialvetenskap och teknik. Kandare.
2. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemi. (8: e upplagan.). Cengage Learning.
3. Wikipedia. (2021). Hume-rothery regler. Hämtad från: i.Wikipedia.org
4. H. K. D. H. Bhadeshia. (s.F.). Solida lösningar: Hume-Rothery regler. Återhämtat sig från: fastrans.MSM.Kam.Växelström.Storbritannien
5. Elsevier b.V. (2021). Roule regel. Vetenskaplig. Hämtad från: Scientedirect.com