Қойма ерітінділері: металдар, геология, химиядағы атомдардың біртұтас кристалдық құрылымдағы гомогенді қоспалары. Еріткіштер мен еріген заттар туралы ақпарат.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Қатты күйдегі химиялық ерітінді
Chemical solution in solid form
Қатты ерітінді, металдар үшін жиі қолданылатын термин, қатты күйдегі екі түрлі атомның біртекті қоспасы және жалғыз кристалл құрылымына ие. Көптеген мысалдарды металлургия, геология және қатты дене химиясы салаларында кездестіруге болады. "Ерітінді" сөзі компоненттердің атомдық деңгейде тығыз араласуын сипаттау үшін қолданылады және осы біртекті материалдарды компоненттердің физикалық қоспаларынан ажыратады. Қатты ерітінділермен екі термин негізінен байланысты: еріткіштер және еріген заттар, бұл атом түрлерінің салыстырмалы мөлшеріне байланысты. Жалпы, егер екі қосылыс изоструктуралы болса, онда соңғы мүшелерінің (сондай-ақ ата-аналар деп те аталады) арасында қатты ерітінді пайда болады. Мысалы, натрий хлориді мен калий хлоридінің бірдей кубикалық кристалл құрылымы бар, сондықтан NaCl және KCl қатынасын суда ерітіп, ерітіндісін буландыру арқылы натрий мен калийдің кез келген қатынасы бар (Na1-xKx)Cl таза қосылысын жасауға болады. Бұл отбасының бір мүшесі Lo Salt (Na0.33K0.66)Cl деген бренд атымен сатылады, сондықтан оның құрамындағы натрийдің мөлшері кәдімгі ас тұзына (NaCl) қарағанда 66%-ға төмен. Таза минералдар галит және сильвит деп аталады; екеуінің физикалық қоспасы сильвинит деп аталады. Минералдар табиғи материалдар болғандықтан, олардың құрамында үлкен өзгерістер болуы мүмкін. Көп жағдайда үлгілер қатты ерітінділер отбасының мүшелері болып табылады және геологтар жеке үлгілердің құрамын қарастырудан гөрі отбасының құрамын талқылауды тиімдірек деп санайды. Оливин (Mg, Fe)2SiO4 формуласымен сипатталады, бұл (Mg1-xFex)2SiO4 формуласына тең. Магний мен темірдің қатынасы қатты ерітінділер сериясының екі соңғы мүшесі арасында өзгереді: форстерит (Mg соңғы мүшесі: Mg2SiO4) және фаялит (Fe соңғы мүшесі: Fe2SiO4), бірақ оливиндегі қатынас әдетте анықталмайды. Құрамы күрделенген жағдайларда геологиялық нотацияны басқару химиялық нотацияға қарағанда әлдеқайда оңай.
A solid solution, a term popularly used for metals, is a homogeneous mixture of two different kinds of atoms in solid state and having a single crystal structure. Many examples can be found in metallurgy, geology, and solid state chemistry. The word "solution" is used to describe the intimate mixing of components at the atomic level and distinguishes these homogeneous materials from physical mixtures of components. Two terms are mainly associated with solid solutions – solvents and solutes, depending on the relative abundance of the atomic species. In general if two compounds are isostructural then a solid solution will exist between the end members (also known as parents). For example sodium chloride and potassium chloride have the same cubic crystal structure so it is possible to make a pure compound with any ratio of sodium to potassium (Na1 xKx)Cl by dissolving that ratio of NaCl and KCl in water and then evaporating the solution. A member of this family is sold under the brand name Lo Salt which is (Na0.33K0.66)Cl, hence it contains 66% less sodium than normal table salt (NaCl). The pure minerals are called halite and sylvite; a physical mixture of the two is referred to as sylvinite. Because minerals are natural materials they are prone to large variations in composition. In many cases specimens are members for a solid solution family and geologists find it more helpful to discuss the composition of the family than an individual specimen. Olivine is described by the formula (Mg, Fe)2SiO4, which is equivalent to (Mg1−xFex)2SiO4. The ratio of magnesium to iron varies between the two endmembers of the solid solution series: forsterite (Mg endmember: Mg2SiO4) and fayalite (Fe endmember: Fe2SiO4) but the ratio in olivine is not normally defined. With increasingly complex compositions the geological notation becomes significantly easier to manage than the chemical notation.
Номенклатура
IUPAC-тың қатты ерітіндіге берген анықтамасы – "құрамдас бөліктері үйлесімді және бірегей фаза құрайтын қатты зат". Сілтемелерде келтірілген "бас кристаллдың торларына орналасып, таралатын екінші құрауышы бар кристалл" деген анықтама жалпылама емес, демек, ұсынылмайды. Бұл термин бірнеше заттан тұратын қатты фазаны сипаттау үшін қолданылады, егер ыңғайлылық үшін бір немесе бірнеше зат еріткіш деп аталып, қалған заттардан, яғни ерітілген заттардан өзгеше қарастырылса. Компоненттердің бірі немесе бірнешесі макромолекулалар болуы мүмкін. Ал кейбір компоненттер пластификаторлар рөлінде әрекет ете алады, яғни полимердің аморфты фазасы шыны және серпімді күйлер арасында өтетін шыны тәрізді өтпе температурасын төмендететін молекулалық таралымды заттар. Фармацевтикалық препараттарда қатты ерітінді түсінігі көбінесе дәрілік заттар мен полимерлердің қоспаларына қолданылады. Полимерлерді еріткіш (пластификатор) ретінде әрекет ететін дәрілік заттар молекулаларының саны аз.
The IUPAC definition of a solid solution is a "solid in which components are compatible and form a unique phase". The definition "crystal containing a second constituent which fits into and is distributed in the lattice of the host crystal" given in refs., is not general and, thus, is not recommended. The expression is to be used to describe a solid phase containing more than one substance when, for convenience, one (or more) of the substances, called the solvent, is treated differently from the other substances, called solutes. One or several of the components can be macromolecules. Some of the other components can then act as plasticizers, i. e., as molecularly dispersed substances that decrease the glass transition temperature at which the amorphous phase of a polymer is converted between glassy and rubbery states. In pharmaceutical preparations, the concept of solid solution is often applied to the case of mixtures of drug and polymer. The number of drug molecules that do behave as solvent (plasticizer) of polymers is small.
Фазалық диаграммалар
Фазалық диаграммада қатты ерітінді композициялық және температура/қысым диапазондарын қамтитын, көбінесе құрылым түрімен белгіленген аймақ ретінде бейнеленеді. Егер қосылыстың екі шеткі құрауы изоструктуралы болмаса, онда екі түрлі құрылымға ие екі қатты ерітінді диапазоны болуы мүмкін. Бұл жағдайда диапазон аймақтары үстіне түсуі мүмкін, сонда осы аймақтағы материалдар кез келген құрылымға ие болуы мүмкін, немесе қатты күйде араласпайтындық қашықтығы болуы мүмкін, бұл осы құрамдағы материалдарды жасауға тырысу қоспаларға әкелуі мүмкін екенін көрсетеді. Фазалық диаграммада қатты ерітіндімен жабылмайтын аймақтарда сызықтық фазалар болуы мүмкін, бұл белгілі кристалдық құрылымы мен нақты стехиометриясы бар қосылыстар. Егер кристалдық фаза екі (нейтралды) органикалық молекуладан тұратын болса, онда бұл сызықтық фаза кокристалл деп аталады. Металлургияда нақты құрамы бар қорытпалар металдар аралық қосылыстар деп аталады. Қатты ерітінді екі элементтің (көбінесе металдардың) периодтық кестеде бір-біріне жақын орналасқан жағдайында пайда болуы мүмкін, ал металдар аралық қосылыстар әдетте екі металл периодтық кестеде жақын болмағанда түзіледі.
On a phase diagram a solid solution is represented by an area, often labeled with the structure type, which covers the compositional and temperature/pressure ranges. Where the end members are not isostructural there are likely to be two solid solution ranges with different structures dictated by the parents. In this case the ranges may overlap and the materials in this region can have either structure, or there may be a miscibility gap in solid state indicating that attempts to generate materials with this composition will result in mixtures. In areas on a phase diagram which are not covered by a solid solution there may be line phases, these are compounds with a known crystal structure and set stoichiometry. Where the crystalline phase consists of two (non charged) organic molecules the line phase is commonly known as a cocrystal. In metallurgy alloys with a set composition are referred to as intermetallic compounds. A solid solution is likely to exist when the two elements (generally metals) involved are close together on the periodic table, an intermetallic compound generally results when two metals involved are not near each other on the periodic table.
Қалпына келтіру
Қатты ерітінді, мысалы, температураның төмендеуіне байланысты тұрақсыз болғанда, экзолюция процесі жүзеге асады және екі фаза микроскоптықтан мегаскоптыққа дейінгі жіңішке қабаттарға (ламеллаларға) ажырасады. Бұл негізінен катиондардың мөлшерінің айырмашылығынан туындайды. Радиустары күрт өзгешеленетін катиондардың орнын ауыстыруы қиын. Алкалилік дала шпаттарының мысалы, олардың құрамындағы альбит, NaAlSi3O8 және микроклин, KAlSi3O8 болады. Жоғары температурада Na+ және K+ иондары бір-бірін оңай алмастырады, нәтижесінде минералдар қатты ерітінді түзеді. Ал төмен температурада альбит K+ иондарын аз ғана мөлшерде алмастыра алады, микроклиндегі Na+ иондары үшін де осы жағдай сақталады. Бұл экзолюцияға алып келеді, осыдан олар екі жеке фазаға бөлінеді. Алкалилік дала шпаттарының жағдайында, жұқа ақ альбит қабаттары әдетте қызғылт микроклинмен кезектесіп орналасып, пертит текстурасын қалыптастырады.
When a solid solution becomes unstable—due to a lower temperature, for example—exsolution occurs and the two phases separate into distinct microscopic to megascopic lamellae. This is mainly caused by difference in cation size. Cations which have a large difference in radii are not likely to readily substitute. Alkali feldspar minerals for example, whose end members are albite, NaAlSi3O8 and microcline, KAlSi3O8. At high temperatures Na+ and K+ readily substitute for each other and so the minerals will form a solid solution, yet at low temperatures albite can only substitute a small amount of K+ and the same applies for Na+ in the microcline. This leads to exsolution where they will separate into two separate phases. In the case of the alkali feldspar minerals, thin white albite layers will alternate between typically pink microcline, resulting in a perthite texture.