Soluciones solidas

SOLUCIONES SOLIDAS.
Una solución sólida es una solución en estado sólido de uno o más solutos en un solvente. Tal mezcla es considerada una solución en lugar de un compuesto siempre que la estructura cristalina del disolvente permanezca sin cambios al ser sustituidos sus átomos por los átomos de los solutos y además la mezcla permanezca homogénea.
El soluto puede incorporarse dentro de laestructura cristalina del disolvente bien mediante sustitución, reemplazando cada partícula del disolvente por una partícula del soluto, o bien de forma intersticial, encajándose cada partícula de soluto dentro del espacio que hay entre partículas del disolvente. Ambos tipos de solución sólida afectan a las propiedades del material ya que distorsionan, aunque sea poco, la estructura cristalina y porqueperturban la homogeneidad física y eléctrica del material disolvente.
Por ejemplo cuándo se adiciona un poco de zinc liquido o de cobre liquido se produce un solución solida simple. Después de que se enfría y solidifica la solución cobre-zinc, resulta una solución solida que tiene una estructura CCC con átomos de cobre y de zinc ubicados aleatoriamente en los vértices de red normales. Sin embargo,si la solución liquida contiene más del 40 % de Zn los átomos excedentes de zinc se combinan con algunos de los átomos de cobre para formar un compuesto de CuZn. Ahora coexisten dos fases solidas: una solución solida de cobre saturado con aproximadamente 40% de Zn mas un compuesto CuZn. La solubilidad del zinc en el cobre solido es liquida.
FIG. 1

FIG. 1
(a) Las aleaciones liquidascobre-níquel son completamente solubles una en otra.
(b) las aleaciones solidas cobre-níquel desarrollan un solubilidad solida completa, con átomos de cobre y de níquel ocupando aleatoriamente lugares en la red.
(c) En las aleaciones cobre-zinc que contienen mas de 40% de Zn, se forma una segunda fase debido a la solubilidad limitada del zinc en el cobre.
En el caso extremo, puede no haber solubilidadde un material en otro. Este es el caso del aceite y el agua o las aleaciones solidas de cobre y plomo.
Para que un sistema de aleación, como el de cobre-níquel, tenga solubilidad solida ilimitada, deben satisfacerse ciertas condiciones. Estas son conocidas como reglas de Hume-Rothery y son las siguientes:
1. Los átomos de los metales deben ser de tamaño similar, con no mas de 15% dediferencia en el radio atómico, para minimizar la deformación de la red.
2. Los metales deben tener la misma estructura cristalina.
3. Los átomos de los metales deben tener la misma valencia y electronegatividad similares; de otra manera se fomenta la formación de compuestos.
Las condiciones de Hume-Rothery deben cumplirse, pero no son necesariamente suficientes para que dos metales tengan unasolubilidad solida ilimitada.
SOLUCIONES SOLIDAS SUSTITUCIONALES
La solución solida descrita anteriormente se conoce como una solución solida sustitucional por que los átomos de zinc sustituyen a los átomos de cobre en la estructura cristalina. Este tipo de solución solida es muy común en varios sistemas metálicos. La solución de cobre y níquel para formar monel es otro ejemplo de esto. En el monel,cualquier fracción de los átomos en la estructura del cobre original pueden ser reemplazados por átomos de níquel. Las soluciones solidas de cobre-níquel pueden variar desde prácticamente nada de níquel y casi 100% de cobre, hasta casi 100% de níquel y prácticamente nada de cobre. Todas las aleaciones cobre-níquel son cubicas centradas en las caras.
Por otra parte hay un limite bien definidopara la cantidad de estaño que puede reemplazar al cobre para formar bronce, manteniendo la estructura cubica centrada en la caras del cobre. La cantidad de estaño que exceda el límite máximo de solubilidad solida debe formar otra fase. Para que el reemplazo en una solución solida tipo sustitucional sea extenso, los átomos deben tener casi el mismo tamaño.
El níquel y el cobre poseen un...