Kemija

Hume-rothery pravila

Hume-rothery pravila

Kaj so pravila Hume-Rotheryja?

The Hume-rothery pravila So niz opazovanj, ki pomagajo napovedati, ali bosta dve kovini ali dve trdni spojini med seboj zelo topna. Ta pravila, ki jih je ustanovil angleški metalurški William Hume-Rothery.

Tako je, če pogledamo pravila Hume-Rothery, mogoče napovedati, kako verjetno bo topnost dveh kovin. Čeprav upoštevajo več parametrov, kot so velikost atomov, valenc in elektronegativnosti, ne uspejo vedno v vseh primerih, če imajo nerazložljive izjeme: kovine, ki se vzgajajo tudi v teoriji, ne bi smeli.

Velika topnost med srebrom in zlatom v nastajanju zlitin upošteva pravila hume-rotheryja

Zlato in srebro, dve vizualno različni kovini, sta med seboj pravzaprav zelo topna. Zahvaljujoč tej topnosti se njihovi atomi mešajo, da tvorijo zlitine. To topnost podpirajo pravila Hume-Rothery, ki kažejo, da atomi Au in Ag ne bodo imeli omejenih topnosti.

Pravila

1. pravilo: Faktor velikosti

Da se dve kovini, elementi ali trdne spojine mešajo, se njihovi atomi ne smejo razlikovati preveč po velikosti. Prevladujoča kovina bo topilo, kjer se bo topljen raztopljen, kovina manjšega deleža.

Atomi topila, imenovani tudi gostitelji, ne bodo mogli raztopiti ali gostiti topnih atomov, če so slednji zelo veliki ali majhni. Ker? Ker bi to pomenilo deformiranje trdne strukture topila, nezaželeno, če je tisto, kar je iskano, zlitina.

Vendar prvo pravilo Hume-Rotheryja ugotovi, da razlika med atomskimi radijskimi sprejemniki med atomi topila in topila ne bi smela biti večja od 15%. To pomeni, da atom topljenca ne sme biti 15% večji ali majhen od atomov topila.

Zgornje je mogoče enostavno izračunati z naslednjo enačbo:

Vam lahko služi: eksotermične in endotermične reakcije

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

Kjer je rsoluto atomski polmer topljene, medtem ko je rsolvent atomski polmer topila. Ta izračun mora pokazati vrednost %razlike ≤ 15 %.

Pravilo 2: Kristalna struktura

Kristalne strukture topila in topila morajo biti enake ali podobne. Tu je zgoraj komentiral: na strukturo topila ne more biti zelo vplival dodajanje atomov topljenosti.

Na primer, dve kovini s kubičnimi strukturami, osredotočeni na obraze (FCC), se bosta mešala brez številnih nevšečnosti. Medtem ko se kovina s kompaktno šesterokotno strukturo (HCP) ne meša zelo dobro z eno s FCC strukturo.

3. pravilo: Valencias

Topnost so neomejena, če imata obe kovini iste valence. Po drugi strani pa, ko so te drugačne, topilo ponavadi raztopi topilo z največjo Valencijo.

Večja kot je Valencia, Smartner je topni atom in pridobljena trdna raztopina bo postala intersticijska vrsta: topilo bo nameščeno v votlini ali pore kristalne mreže topila topila.

Na primer, če je kovina navadna valenca +2 (na primer baker), bo pri mešanju s kovino, ki ima valenco +3, imela omejeno topnost (na primer aluminij).

Pravilo 4: elektronegativnost

Topilo in topljence ne bi smelo imeti zelo različnih elektronegativnosti, sicer bo njihova topnost omejena. To pomeni, da "zelo elektronegativna" kovina ne bo popolnoma zlitina z zelo elektropozitivno kovino; Namesto tega se oba združita, da tvorita intermetalno spojino in ne zlitina.

Primeri

Pravila Hume-Rothery so prav v naslednjih primerih:

-Zlate in nikljeve zlitine, Au-ni, v katerih nikelj predstavlja dobro topnost v zlatu, saj je kristalno zlato omrežje le 1.15 -krat večji od niklja

Vam lahko služi: omejevanje in prekomerni reagent

-Trdne hafnio in cirkonio, raztopine HFO oksidov2-Zro2, Kjer se oba iona odlično mešata za podobne radijske sprejemnike in valenci, HF4+ in zr4+

-Absorpcija vodika v Paladiju, saj se polmer vodikovih molekul ne razlikuje za manj kot 15% atomskih radijskih sprejemnikov Paladija; Sicer h2 Nikoli me ne bi mogli obdržati na kristalih PD

-Kadmijeve in magnezijeve zlitine, CD-MG, iz razlogov, podobnih tistim, ki so izpostavljeni zlitinam Au-ni. Upoštevajte, da so valence obeh kovin enake: CD2+ in mg2+, ki prispeva k njeni topnosti, čeprav ima razmeroma različne atomske radijske sprejemnike

Rešene vaje

Naslednje in končno, razstavljenih bo nekaj preprostih vaj, kjer bodo pravila Hume-rothery v praksi.

Vaja 1

Z naslednjimi podatki:

Rau: 0.1442 nm, FCC, +1

Krpa: 0.1445 nm, FCC, +1

In po pravilih Hume-Rotheryja bi pričakovali neomejeno topnost med obema kovinama?

Tako zlato kot srebro imata FCC strukture (pravilo 2) in enako število Valencije (+1, čeprav ima zlato tudi +3). Torej, pred sklenitvijo površnih zaključkov se moramo zanašati na atomske radijske sprejemnike.

Ker je najdražje zlato, bomo domnevali, da je srebro topilo in zlato, topilo. Z njihovimi atomskimi radijskimi sprejemniki, izraženimi v nanometrih (NM), nadaljujemo z izračunom odstotka njihovih razlik:

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

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

= 0.2076%

Upoštevajte, da vzamemo pozitivno vrednost in da je to veliko manj kot 15%. Zato lahko trdimo, da se bosta v skladu s pravili Hume-Rothery zlato in srebro pomešala brez težav, da bi oblikovala zlitine.

Vaja 2

Z naslednjimi podatki:

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

Vam lahko služi: živosrebrni oksid (HG2O)

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

Bi počakali, da baker in niklja brez omejitev tvorita zlitine?

Spet ponovimo prejšnji izračun, saj je edini parameter, kjer kažejo razlike. Domnevamo, da je baker topilo in da je nikelj topilo:

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

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

= 2.3. 4%

Ta vrednost je pod 15%. Zato ni presenetljivo, da obe kovini zlitimo brez številnih težav.

Vaja 3

Po naslednjih podatkih:

RSI: 0.117 nm, diamantni kubični, elektronegativnost 1.8, +4

RGE: 0.139 nm, diamantni kubični, elektronegativnost 2.0, +4

Bi pričakovali, da bosta silicij in Germanio tvorila trdne rešitve?

Tokrat opazimo, da je Germanio nekoliko bolj elektronegativen kot silicij, ki se lahko igra proti topnosti med obema. Izračunamo razliko med njegovimi atomskimi radijskimi sprejemniki ob predpostavki, da je Germanio topilo in da je silicij topilo:

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

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

= 15.82%

Upoštevajte, da je topnost med silicijevimi in nemškimi kristali omejena: silicijevi atomi so 15.82% manjši od atomov Germania. Poleg tega moramo dodati tudi razliko med njenimi elektronegativnostmi.

Vendar to ne pomeni, da obeh elementov ni mogoče zmešati, le da imajo njihove zlitine Si-GE omejene odstotke v sestavi enega od obeh elementov; Od teh vrednosti ne obstaja zlitina Si-GE.

Reference

  1. C. Barry Carter & M. Grant Norton. (2007). Znanost in inženiring keramičnih materialov. Springer.
  2. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemija. (8. izd.). Cengage učenje.
  3. Wikipedija. (2021). Hume-rothery pravila. Pridobljeno iz: v.Wikipedija.org
  4. H. K. D. H. Bhadeshia. (s.F.). Trdne rešitve: pravila Hume-Rothery. Okrevano od: fazni trans.MSM.Kamera.AC.Združeno kraljestvo
  5. Elsevier b.V. (2021). Pravilo Roule. Znanstveno. Pridobljeno iz: SCINCEDIRECT.com