[ingegnerismo]

Soluzioni solide sostituzionali

Nelle leghe metalliche formate per soluzione solida sostituzionale, ioni di un altro metallo sostituiscono altrettanti ioni nel reticolo cristallino del metallo principale; perché ciò accada, gli ioni dei due metalli devono avere dimensioni simili; è il caso ad esempio dell’ottone, una lega rame-zinco.

Per formare una soluzione solida sostituzionale semplice vi sono delle condizioni che devono essere verificate:

1. Gli ioni che si sostitiuscono devono avere la stessa carica. Altrimenti si verificano altri cambiamenti strutturali, con formazione di vacanze e di specie interstiziali per mantenere l’elettroneutralità.
2. Gli ioni che si sostitiuscono devono essere di dimensioni molto simili. Dai dati sperimentali sulle leghe metalliche si ritiene che il limite superiore per la sostituzione di metalli diversi sia attorno al 15% del raggio metallico. Per soluzioni solide non-metalliche la differenza limite di dimensioni sembra un poco superiore al 15% ma è difficile quantificare con precisione soprattutto per via delle incertezze sui raggi ionici e perché la formazione di soluzioni solide è molto legata alla temperatura. Infatti, spesso si possono formare diverse soluzioni solide ad alte temperature mentre a temperature inferiori la formazione delle medesime può essere assai ridotta o praticamente impossibile. In generale la formazione di soluzioni solide è termodinamicamente favorita da alte temperature (al crescere del termine TDS).
3. Un importante fattore è la struttura cristallina dei due sali componenti. Per sistemi che mostrano un comportamento completo di soluzione solida è essenziale che i due membri estremi siano isostrutturali. Non è vero l’inverso, naturalmente, cioè non basta che due fasi siano isostrutturali per formare soluzioni solide (es. LiF e CaO hanno entrambi struttura del salgemma ma non formano soluzioni solide).