银和铝为什么不能形成固溶体
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发布时间：2022-04-20 08:41
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时间：2023-10-23 04:29
严格来讲，银和铝不能形成连续固溶体。</p> <p>银和铝在固态下不能无限互溶。当Al加到Ag形成的固体其结构没有保留为Ag的结构。</p> <p>晶体结构因素只有组元的晶体结构相同时，才能形成连续固溶体，否则便会有复相区（见下述）。</p> <p>银和铝都具有面心立方点阵，且原子半径都很接近，rAg=0.288 nm, rAl = 0.286 nm，但它们在固态下都不能无限互溶，解释其原因就是：</p> <p> 对于置换固溶体，溶质与溶剂的晶体结构类型相同、原子半径接近，这是它们能够形成无限固溶体的必要条件。但是，《15％规则》表明，当尺寸因素对形成无限固溶体处在有利的范围时，它的重要性就是第二位的，即固溶度大小取决于其它因素。在此，原子价的因素就很重要。因为Ag的化合价为1，而Al的化合价为3，即高价元素作为溶质在低价元素中的固溶度大于低价元素在高价元素中的固溶度。所以，银和铝在固态下不能无限互溶。</p> <p>为什么只有置换固溶体的两个组元之间才能无限互溶，而间隙固溶体则不能？</p> <p>答：这是因为形成固溶体时，溶质原子的溶入会使溶剂结构产生点阵畸变，从而使体系能量升高。溶质与溶剂原子尺寸相差越大，点阵畸变的程度也越大，则畸变能越高，结构的稳定性越低，溶解度越小。一般来说，间隙固溶体中溶质原子引起的点阵畸变较大，故不能无限互溶，只有有限溶解。 </p> <p>Hume-Rothery规则-《15％规则》</p> <p> 间隙式固溶体的固溶度（即非金属溶质的极限溶解度）都是很有限的，而置换式固溶体的固溶度则随合金系的不同而有很大差别------从几个ppm（mg/kg）到100%。为了预计置换式初级固溶体的固溶度，Hume-Rothery提出了以下经验规则： </p> <p>（1）如果形成合金的元素的原子半径之差超过了14%~15%，则固溶度极为有限。这一规则有时称为《15%规则》。 </p> <p>（2）如果合金组元的负电性相差很大，例如当Gordy定义的负电性差值相差0.4以上时，固溶度就极小，因为此时A、B二组元易形成稳定的中间相------正常价化合物。这一规则也称《负电（原子）价效应》。 </p> <p>（3）两个给定元素的相互固溶度是与它们各自的原子价有关的，且高价元素在低价元素中的固溶度大于低价元素在高价元素中的固溶度。这一规则称为《相对价效应》。 </p> <p>（4）如果用价电子浓度表示合金的成分，那么IIB~VB族溶质元素在IB族溶剂元素中的固溶度都相同------约为e/a=1.36，而与具体的元素种类无关。这表明在这种情形下，价电子浓度e/a是决定固溶度的一个重要因素。以Cu作溶剂为例，Zn，Ga，Ge，As等2~5价元素在Cu中的初级固溶度分别为38%，20%，12%和7.0%（见图2-44），相应的极限电子浓度分别为1.38，1.40，1.36和1.28。 </p> <p>（5）两组元形成无限（或连续）固溶体的必要条件是他们具有相同的晶体结构。例如前面列举的Cu-Ni，Cr-Mo，Mo-W，Ti-Zr等形成无限固溶体的合金系都符合此条件。</p> <p> 对于上述Hume-Rothery规则还需要作以下几点说明： （1）在上述5条规则中，只有第1，2两条是普遍规则，其余3条都限于特定情况。例如，相对价效应仅当低价组元为Cu，Ag，Au等IB族金属时才成立；又如电子浓度虽然是影响固溶度的一个因素，但并非任意两个具有相同结构的初级固溶体的固溶度都对应着相同的电子浓度；至于第5条规则，虽然它是普遍成立的，但并不是用来确定初级固溶度的规则。由于这些原因，在不同的书中看到的Hume-Rothery规则，内容可能不尽相同。例如有的只包括1~4，1~3甚至1~2条规则。但无论如何，第1，2两条规则都是共同的，是Hume-Rothery规则的最基本内容。 （2）Hume-Rothery的第1、第2规则都是否定的规则，即它们只指出了在什么条件下不可能有显著的固溶度，而没有指出在什么条件下就肯定有显著的固溶度。 （3）上述两条规则还只是定性或半定量的规则。例如，所谓显著的固溶度并没有确切的规定。作为近似估算，人们通常认为，固溶度大于5%（摩尔分数）就算是显著的固溶度。</p> <p>Darken-Gurry图</p> <p> 基于Hume-Rothery第1，2两条规则，Darken-Gurry提出了用作图法预计某溶质组元在给定的溶剂组元中的溶解度，这就是所谓的Darken-Gurry图。它是一个以Goldschmid原子半径为横坐标，以哥弟定义的负电性为纵坐标的图形。为了预计在给定的溶剂组元中，哪些溶质组元的固溶度可能比较大，哪些肯定很小，只需将溶剂组元和所有待分析的溶质组元的代表点按其原子半径和负 图2-45 分析各组元在Ta中的固溶度</p> <p>电性值标在上述图中，然后以溶剂组元的代表点为中心作一椭圆，椭圆的长轴和短轴各平行于一个坐标轴，在横坐标轴方向的轴长为0.3rA，在纵坐标轴方向的轴长是0.8，这里rA是溶剂组元的Goldschmid原子半径。于是，根据溶质组元代表点相对于椭圆的位置就可以预计该组元在给定溶剂中的固溶度：若代表点在椭圆外，则固溶度必然很小，若在椭圆内则固溶度可能较大，且溶质的代表点越靠近溶剂的代表点（即椭圆中心），则固溶度可能越大。作为一个例子，图2-45分析了各种溶质组元在Ta（溶剂）中的固溶度。 图2-45 用Darken-Gurry图分析各组元在Ta中的固溶度 利用Darken-Gurry作图方法分析大量的初级固溶体（约60种溶剂、1500种固溶体）后发现，在预计固溶度较小的固溶体中，80%~90%符合实际，即可靠性为80%~90%，而在预计固溶度较大的固溶体中只有60%符合实际，即可靠性为60%，因此在全部固溶体中用Darken-Gurry图预计固溶度的平均可靠性约为75%。 为了进一步提高预计的可靠性，Geschneider提出了进 图2-44 Cu-M相图的一部分</p> <p>一步的修正。他首先将元素分为两类，一类是d壳层部分地被原子填充的d元素，即周期表上的IIIA-B族元素；另一类是d壳层完全未被电子填充或已完全填满的sp元素，即周期表上的IA，IIA以及IIB-VIB族元素。其次，他提出，在以下三种情形下固溶度必然很小，不必用Darken-Gurry图进行分析： （1）溶剂和溶质二组元都是sp元素，且二者具有不同的晶体结构。 （2）溶剂为d元素，溶质为不具有常见金属结构的sp元素。 （3）溶剂为sp元素，溶质为d元素。 若仅对除以上三种情形之外的固溶体进行Darken-Gurry作图分析，则预计的可靠性将显著提高。
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时间：2023-10-23 04:29
1、银和铝在固态下不能无限互溶。当Al加到Ag形成的固体其结构没有保留为Ag的结构。
2、银和铝都具有面心立方点阵且原子半径都很接近rAg=0.288 nm， rAl = 0.286 nm，但它们在固态下都不能无限互溶，解释其原因就是：对于置换固溶体，溶质与溶剂的晶体结构类型相同、原子半径接近这是它们能够形成无限固溶体的必要条件。但是,《15％规则》表明。当尺寸因素对形成无限固溶体处在有利的范围时。它的重要性就是第二位的，即固溶度大小取决于其它因素。在此，原子价的因素就很重要。因为Ag的化合价为+1，而Al的化合价为+3，即高价元素作为溶质在低价元素中的固溶度大于低价元素在高价元素中的固溶度。所以，银和铝在固态下不能无限互溶。
3、银是一种化学元素，化学符号Ag（来自拉丁语Argentum），原子序数47，是一种银白色的过渡金属。银在自然界中很少量以游离态单质存在，主要以含银化合物矿石存在。银的化学性质稳定，活跃性低，价格贵，导热、导电性能很好，不易受化学药品腐蚀，质软，富延展性。其反光率极高，可达99%以上。
4、铝是银白色轻金属。有延展性。商品常制成棒状、片状、箔状、粉状、带状和丝状。在潮湿空气中能形成一层防止金属腐蚀的氧化膜。铝粉和铝箔在空气中加热能猛烈燃烧，并发出眩目的白色火焰。易溶于稀硫酸、*、盐酸、氢氧化钠和氢氧化钾溶液，难溶于水。相对密度2.70。熔点660℃。沸点2327℃。铝元素在地壳中的含量仅次于氧和硅，居第三位，是地壳中含量最丰富的金属元素。航空、建筑、汽车三大重要工业的发展，要求材料特性具有铝及其合金的独特性质，这就大大有利于这种新金属铝的生产和应用。 应用极为广泛。