Peraturan Hume-Rothery
- 4646
- 940
- Kerry Schmitt
Apakah peraturan Hume-Rothery?
The Peraturan Hume-Rothery Mereka adalah satu set pemerhatian yang membantu meramalkan sama ada dua logam atau dua sebatian pepejal akan sangat larut antara satu sama lain. Ditubuhkan oleh metalurgi bahasa Inggeris William Hume-rothery, peraturan ini digunakan secara meluas dalam kajian komposisi aloi, yang tidak lebih dari penyelesaian logam pepejal.
Oleh itu, melihat peraturan hume-rothery adalah mungkin untuk meramalkan bagaimana kelarutan dua logam. Walaupun mereka mengambil kira beberapa parameter seperti saiz atom, valensi dan elektronegativiti, tidak selalu berjaya dalam semua kes, mempunyai pengecualian yang tidak dapat dijelaskan: logam yang dibangkitkan walaupun dalam teori mereka tidak seharusnya.
Kelarutan yang hebat antara perak dan emas dalam pembentukan aloi-aloi-aloi-aloi-Nya yang mematuhi Peraturan-Peraturan Hume-Rothery Emas dan perak, dua logam berbeza secara visual, sebenarnya sangat larut antara satu sama lain. Terima kasih kepada kelarutan ini, atom mereka bercampur dengan aloi. Kelarutan ini disokong oleh peraturan hume-rotes, yang menunjukkan bahawa atom Au dan Ag tidak akan mempunyai kelarutan yang terhad.
Peraturan
Peraturan 1: Faktor Saiz
Untuk dua logam, elemen atau sebatian pepejal untuk dicampur, atom mereka tidak boleh berbeza terlalu banyak. Logam utama akan menjadi pelarut, di mana larutan akan dibubarkan, logam kurang perkadaran.
Atom pelarut, juga dipanggil tuan rumah, tidak akan dapat membubarkan atau menjadi tuan rumah atom larut jika yang terakhir sangat besar atau kecil. Kerana? Kerana ia akan membayangkan mengubah struktur pepejal pelarut, perkara yang tidak diingini jika apa yang dicari adalah aloi.
Walau bagaimanapun, peraturan pertama Hume-Rothery menetapkan bahawa perbezaan antara radio atom antara atom pelarut dan pelarut tidak boleh lebih besar daripada 15%. Iaitu, atom larut tidak boleh 15% lebih besar atau kecil daripada atom pelarut.
Yang di atas dapat dengan mudah dikira dengan persamaan berikut:
Boleh melayani anda: reaksi eksotermik dan endotermik%Perbezaan = (rsoluto - rsolvent) / (rsolvente) x 100%
Di mana rsoluto adalah jejari atom larut, manakala rsolvent adalah jejari atom pelarut. Pengiraan ini mesti menunjukkan nilai perbezaan %≤ 15 %.
Peraturan 2: Struktur Kristal
Struktur kristal larut dan pelarut mestilah sama atau serupa. Di sini yang diulas di atas: Struktur pelarut tidak dapat dipengaruhi oleh penambahan atom -atom larut.
Contohnya, dua logam dengan struktur padu yang berpusat di wajah (FCC) akan bercampur tanpa banyak kesulitan. Walaupun logam dengan struktur heksagon padat (HCP), tidak cenderung bercampur dengan baik dengan satu dengan struktur FCC.
Kaedah 3: Valencias
Kelarutan tidak terhad apabila kedua -dua logam mempunyai nilai yang sama. Sebaliknya, apabila ini berbeza, pelarut cenderung membubarkan larutan dengan Valencia terbesar.
Semakin besar valencia, orang pintar atom larut, dan penyelesaian pepejal yang diperolehi akan menjadi jenis interstisial: larut akan diletakkan di dalam berongga atau liang rangkaian kristal pelarut pelarut.
Sebagai contoh, jika logam adalah biasa valensi +2 (seperti tembaga), ia akan membentangkan kelarutan terhad apabila mencampurkan dengan logam yang mempunyai valensi +3 (seperti aluminium).
Kaedah 4: Elektronegativiti
Pelarut dan larutan tidak sepatutnya mempunyai elektronegativiti yang sangat berbeza, jika tidak kelarutan mereka akan terhad. Iaitu, logam "sangat elektronegatif" tidak akan sepenuhnya aloi dengan logam yang sangat elektropositif; Sebaliknya, kedua -duanya menggabungkan untuk membentuk sebatian intermetallic, bukan aloi.
Contoh
Peraturan Hume-Rothery betul dalam contoh berikut:
-Aloi emas dan nikel, au-ni, di mana nikel memberikan kelarutan yang baik dalam emas, kerana rangkaian emas kristal hanya 1.15 kali lebih besar daripada nikel
Boleh melayani anda: Mengehadkan dan reagen yang berlebihan-Hafnio dan zirkonio pepejal, penyelesaian HFO oksida2-Zro2, Di mana kedua -dua ion bercampur dengan sempurna kerana mempunyai radio dan valensi yang sama, HF4+ dan zr4+
-Penyerapan hidrogen di paladium, kerana jejari molekul hidrogen tidak berbeza dengan kurang daripada 15% daripada radio atom paladium; Jika tidak, h2 Saya tidak pernah dapat dikekalkan secara interstitial di kristal pd
-Aloi Kadmium dan Magnesium, CD-Mg, atas alasan yang serupa dengan yang terdedah kepada aloi Au-Ni. Perhatikan bahawa valensi kedua -dua logam adalah sama: cd2+ dan mg2+, yang menyumbang kepada keterlarutannya walaupun mempunyai radio atom yang agak berbeza
Latihan yang diselesaikan
Seterusnya dan akhirnya, beberapa latihan mudah akan dipamerkan di mana peraturan hume-rothery dipraktikkan.
Latihan 1
Mempunyai data berikut di tangan:
RAU: 0.1442 nm, FCC, +1
Rag: 0.1445 nm, FCC, +1
Dan menurut peraturan hume-rothery, adakah anda mengharapkan keterlarutan yang tidak terhad antara kedua-dua logam?
Kedua -dua emas dan perak mempunyai struktur FCC (peraturan 2), dan bilangan valencia yang sama (+1, walaupun emas juga boleh mempunyai +3). Oleh itu, kita mesti bergantung pada radio atom sebelum membuat kesimpulan cetek.
Kerana menjadi emas paling mahal, kami akan menganggap bahawa perak adalah pelarut, dan emas, larut. Mempunyai radio atom masing -masing yang dinyatakan dalam nanometer (nm), kami terus mengira peratusan perbezaan mereka:
%Perbezaan = (rsoluto - rsolvent) / (rsolvente) x 100%
= (0.1442 - 0.1445) / (0.1445) x 100%
= 0.2076%
Perhatikan bahawa kita mengambil nilai positif, dan ini kurang dari 15%. Oleh itu, kita boleh mengesahkan bahawa menurut peraturan Hume-Rothery, Emas dan Perak akan bercampur tanpa sebarang masalah untuk membentuk aloi.
Latihan 2
Mempunyai data berikut di tangan:
RCU: 0.128 nm, FCC, Electronegativity 1.8, +2
Boleh melayani anda: Mercury Oxide (HG2O)RNI: 0.125 nm, FCC, Electronegativity 1.8, +2
Adakah anda menunggu tembaga dan nikel membentuk aloi tanpa batasan?
Sekali lagi, kita mengulangi pengiraan sebelumnya kerana ia adalah satu -satunya parameter di mana mereka menunjukkan perbezaan. Kami menganggap bahawa tembaga adalah pelarut dan bahawa nikel adalah larut:
%Perbezaan = (rsoluto - rsolvent) / (rsolvente) x 100%
= (0.125 - 0.128) / (0.128) x 100%
= 2.3. 4%
Nilai ini di bawah 15%. Oleh itu, tidak menghairankan bahawa kedua -dua logam aloi tanpa banyak kesukaran.
Latihan 3
Menurut data berikut:
RSI: 0.117 nm, kubik berlian, elektronegativiti 1.8, +4
RGE: 0.139 nm, kubik berlian, elektronegativiti 2.0, +4
Adakah anda mengharapkan Silicon dan Germanio membentuk penyelesaian pepejal?
Kali ini kita perhatikan bahawa Germanio sedikit lebih elektronegatif daripada silikon, yang boleh bermain menentang kelarutan antara kedua -dua. Kami mengira perbezaan antara radio atomnya dengan mengandaikan bahawa Germanio adalah pelarut dan silikon itu adalah larut:
%Perbezaan = (rsoluto - rsolvent) / (rsolvente) x 100%
= (0.117 - 0.139) / (0.139) x 100%
= 15.82%
Perhatikan bahawa kelarutan antara silikon dan kristal Germanio adalah terhad: atom silikon adalah 15.82% lebih kecil daripada atom Germanio. Di samping itu, kita mesti menambah perbezaan antara elektronegativiti.
Walau bagaimanapun, ini tidak bermakna bahawa kedua-dua elemen tidak boleh dicampur, hanya aloi Si-GE mereka mempunyai peratusan terhad dalam komposisi salah satu daripada dua elemen; Daripada nilai-nilai ini, aloi si-ge tidak wujud.
Rujukan
- C. Barry Carter & m. Grant Norton. (2007). Sains dan Kejuruteraan Bahan Seramik. Springer.
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kimia. (8th ed.). Pembelajaran Cengage.
- Wikipedia. (2021). Peraturan Hume-Rothery. Diperoleh dari: dalam.Wikipedia.org
- H. K. D. H. Bhadeshia. (s.F.). Penyelesaian Pepejal: Peraturan Hume-Rothery. Pulih dari: fasa-trans.MSM.Cam.Ac.UK
- Elsevier b.V. (2021). Peraturan Roule. Scientedirect. Diperoleh dari: Scientedirect.com