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Soluciones Sólidas
1.

Introducción

Hemos visto las estructuras cristalinas
de varios elementos puros (Fe, Cu, C
diamante, etc.), así como de algunos
compuestos
no
metálicos
de
composición definida (NaCl, SiO2,
etc.). Lo que abordaremos ahora son
soluciones sólidas basadas en elementos
puros, particularmente en elementos
metálicos.
En relación con los metales, lo más
frecuentees
que
se empleen
industrialmente aleaciones metálicas
(combinación de elementos metálico
preferentemente), más que metales
puros. En esas aleaciones puede haber
varios tipos de fases, y frecuentemente
una de esas fases (que a veces es la
única presente) es una solución sólida.
Una fase es una región de materia
homogénea; al estado sólido, ella tiene
asociada composición,
estructuracristalina y propiedades que le son
propias.
Ejemplos
de
metales
comercialmente puros que se emplean
industrialmente son los conductores
eléctricos usuales, normalmente hechos
de Cu o bien de Al. Entre las aleaciones
metálicas simples, constituidas por una
única fase se encuentra la aleación de
aluminio 5083; en este caso la fase
presente es esencialmente una solución
sólida desustitución de Mg disuelto en
una matriz de Al (CCC); esta aleación
se emplea, por ejemplo, para fabricar
cascos de lanchas; admite ser
conformada plásticamente y ser
soldada, además tiene una buena
resistencia a la corrosión. Otro ejemplo
de solución sólida es el latón utilizado
para fabricar vainillas de municiones,
por embutido profundo (para lo cual se
requiere una gran ductilidad); setrata de
una aleación de 30% en peso de Zn
disuelto en Cu (CCC). Hay otras
aleaciones muy complejas, como la
superaleación base níquel denominada
Inconel 718, utilizada en componentes
de motores a reacción; ella incluye unos
10 elementos en su composici6n
nominal y varios tipos de fases
coexistiendo, algunas de las cuales son
cerámicas (no metálicas).

Así, el tipo más sencillo dealeación es
el de solución sólida. Una soluci6n
sólida es un cristal que consta de dos o
más elementos que están atómicamente
dispersos,
formando
una
única
estructura (fase); este material no tiene
una composición única: por ser una
solución, hay un rango de solubilidad.
Un caso básico importante es cuando un
elemento (impureza) está disuelto en el
cristal (matriz) de un segundo elemento(solución binaria: de dos elementos).
Obviamente, la unión entre elementos
metálicos no se puede hacer a
temperatura ambiente por falta de
movilidad atómica; por ello las
aleaciones se preparan preferentemente
fundiendo, y luego solidificando y
enfriando. Hay otros procedimientos
que aprovechan la movilidad atómica al
estado sólido; en este caso hay que
calentar (sin fundir) o bien hay quedeformar muy severamente.
2. Tipos de soluciones sólidas
Las soluciones s6lidas se clasifican en
sustitucionales e intersticiales, ver Figs.
1 y 2.

Fig. 1 Solución sólida de sustitución

Fig. 2 Solución sólida de inserción

2.1 Soluciones sólidas de sustitución
En las soluciones sólidas de sustitución,
los átomos de soluto (impureza)
sustituyen, en términos de posición, a
átomosde la matriz (cristal madre o
solvente). Para este tipo de solubilidad
los dos átomos deben ser similares en
radio atómico, estructura cristalina,
electro-negatividad y valencia.
En las vecindades de una impureza,
siempre los átomos próximos del cristal
madre serán afectados, y habrá una
distorsión local de la red. Si esta
distorsión fuese muy grande, entonces
la disolución podría no serposible.
También podría ocurrir que se pudiese
disolver sólo una cantidad limitada de
soluto pues, al superar dicho nivel, ya la
distorsión acumulada podría ser
inaceptable para el equilibrio del
sistema. En ese momento se alcanzaría
el límite de solubilidad de la solución y,
de seguir agregando impurezas al
sistema podría aparecer, coexistiendo,
un segundo cristal, muy diferente de...