ההבדל העיקרי בין פתרון מוצק חילופי למוצק אינטרסטיציאלי הוא שהתמיסה המוצקה התחליפית כוללת החלפה של אטום ממס באטום מומס, בהיווצרותו. להיפך, אין תזוזה של אטומי ממס על ידי אטומים מומסים ביצירת תמיסות מוצקות אינטרסטיציאליות, במקום זאת, מולקולות המומסות נכנסות לחורים בין אטומי הממס.
תמיסה מוצקה היא תמיסה במצב מוצק של מומס אחד או יותר באותו ממס. שם, שני יסודות או יותר מתרחשים במצב מוצק. אנו קוראים לזה תמיסה ולא תרכובת מכיוון שהמבנה הגבישי של הממס נשאר ללא שינוי עם הוספת מומסים.בתהליך של חיזוק תמיסה מוצקה, ניתן להגדיל את חוזק המתכת הטהורה באמצעות סגסוגת אלמנט אחר. אנחנו יכולים לעשות זאת על ידי יצירת פתרון מוצק. בהתאם ליסוד הסגסוג, קיימות שתי צורות של תמיסות מוצקות כפתרונות מוצקים תחליפים ואינטרסטיציאליים.
מהו פתרון מוצק תחליפי?
תמיסות מוצקות תחליפיות הן תמיסות במצב מוצק שנוצרות כאשר האטומים המומסים מחליפים את האטומים הממסים. על מנת ליצור סוג זה של תמיסה מוצקה, האטומים המומסים צריכים להיות גדולים מספיק כדי להחליף את אטומי הממס בסריג. האטומים המומסים משתלבים בסריג באופן תחליף באמצעות החלפת האטומים במיקומים מסוימים של הסריג. כאן, לחלק מהיסודות ממסכים יש אטומים מומסים המסוגלים להחליף אטומי ממס רק בכמויות קטנות, בעוד שישנם כמה יסודות ממסכים שיכולים להחליף אטומים ממסים בכל התמיסה המוצקה.
סוג זה של תמיסה מוצקה נוצר כאשר לאטומים המומסים והממסים יש גדלים אטומיים כמעט דומים.בנוסף, טמפרטורות גבוהות יכולות להגביר את ההחלפות הללו. יתר על כן, ישנן שתי צורות של פתרונות מוצקים תחליפיים, כלומר; פתרונות מוצקים מסודרים ולא מסודרים. פתרון מוצק מסודר נוצר כאשר האטומים המומסים מחליפים את אטומי הממס באתר מועדף של סריג הממס. לדוגמה: מערכת Cu-Au. תמיסות מוצקות לא מסודרות נוצרות כאשר האטומים המומסים מחליפים באקראי את אטומי הממס בסריג.
מהו פתרון ביניים מוצק?
תמיסות מוצקות ביניים הן תמיסות מצב מוצק שנוצרות כאשר אטומים מומסים נכנסים לחורים בין אטומי הממס של הסריג. שם, האטומים המומסים קטנים מספיק כדי להיכנס לתוך החורים האלה. אנו קוראים לחורים האלה, אתרי ביניים.
איור 01: פתרון ביניים מוצק
תהליך זה מחליש את הקשרים בין אטומי ממס. לפיכך, הסריג מתעוות. כדי שזה יקרה, הגודל האטומי של אטומים מומסים צריך להיות פחות מ-40% מגודל אטומי הממס. האטומים המומסים נכנסים לסריג באופן ביניים. היסודות היחידים שמסוגלים ליצור סוג זה של פתרונות מוצקים הם H, Li, Na ו-B.
מה ההבדל בין פתרון מוצק להחלפה ופתרון ביניים?
תמיסות מוצקות תחליפיות הן תמיסות במצב מוצק שנוצרות כאשר האטומים המומסים מחליפים את האטומים הממסים. סוג זה של תמיסות מוצקות נוצר רק אם האטומים המומסים גדולים מספיק כדי להחליף את אטומי הממס בסריג. יתר על כן, הגודל האטומי של המומסים כמעט דומה לגודלם של אטומי הממס. תמיסות מוצקות ביניים הן תמיסות מצב מוצק שנוצרות כאשר אטומים מומסים נכנסים לחורים בין אטומי ממס של סריג. תמיסות מוצקות אלו נוצרות רק אם האטומים המומסים קטנים מספיק כדי להיכנס לחורים של הסריג.בנוסף, הגודל האטומי של אטומים מומסים צריך להיות כ-40% מגודל אטומי ממס על מנת ליצור סוג זה של סריג. זהו ההבדל העיקרי בין פתרון מוצק חלופי לבין פתרון מוצק ביניים.
סיכום – פתרון מוצק להחלפה לעומת ביניים
תמיסות מוצק הן תמיסות המצב המוצק שיש בהן שני סוגים או יותר של יסודות באותה תערובת מצב מוצק. ישנן שתי צורות של פתרונות מוצקים כפתרונות מוצקים תחליפים ובין-סטיציאליים בהתאם לאופן היווצרותם. ההבדל בין תמיסה מוצקה חלופית למוצקה בין-סטילית היא שבהיווצרות תמיסה מוצקה חלופית, היא כרוכה בהחלפה של אטום ממס באטום מומס, בעוד שבהיווצרות תמיסות מוצקות אינטרסטיציאליות, אין תזוזה של אטומי ממס באטומים מומסים. במקום זאת, מולקולות המומסות נכנסות לחורים בין אטומי הממס.
