атты ерітінділер. Еңгізу және орналастыру қатты ерітінділер. Шектелген және шектелмеген қатты ерітінділер.

Металдық қорытпаның құрылысы қорытпаны құрайтын компоненттердің қандай әрекетке түсетініне тәуелді.Металдардың көбісі сұйық түрде бір-бірінде ериді.

Компоненттердің әрекеттесуына байланысты қорытпалар былай бөлінеді:

1) механикалық қоспа

2) химиялық қосынды

3) қатты ерітінді

Компоненттер қатты күйде бір-бірінде ерімесе және де химиялық реакцияға түспеген жағдайда механикалық қоспа түзіледі.Қорытпа оған кіретін компоненттің кристалдарынан тұрады(4.1.сур). Қорытпада компоненттердің кристалдық торы сақталады.

Сүр. 4.1. Механикалық қоспаның микроқұрылымыңың схемасы

Құрылысы мен қасиеттері әртүрлі элементтер арасында түзілетін қорытпа химиялық қоспа деп аталады.

Осы қорытпалардың ерекшеліктері:

1.Құрамының тұрақтылығы, яғни қорытпа компоненттің белгілі бір қатынасында түзіледі,химиялық қосынды A_n B_m деп белгіленеді.

2.Химиялық қосынды құрайтын, элемент торларынан ерекшеленетін, атомдары дұрыс ретпен орналасатын спецификалық кристалдық тор түзіледі.

3. Өзіне тән қасиеттер айқын көрінеді.

4. Кристалданудағы температураның тұрақтылығы,таза компоненттер сияқты..

Сүр. 4.2.Химиялық қоспаның кристалдық торы

 

Қатты ерітінді қорытпасы дегеніміз- компоненттер арасындағы қатынас өзгере алатын қатты фаза. Олар кристалдық заттар болып табылады.

Қатты ерітінді бірдей дәндерден тұрады.(4.3 сур)

Сүр.4.3. Қатты ерітіндінің микроқұрылымыңың схемасы

Қатты ерітінді қорытпасының жіктелуі

Қатты ерітінділер компоненттің еру дәрежесіне байланысты былай бөлінеді:

●Компоненттердің шексіз еруі

●Компоненттердің шектелген еруі

Шексіз еру кезінде еріткіш компоненттің кристалдық торы ерітілген компоненттің концентрациясының көбеюіне байланысты ерітілген компоненттің кристалдық торына өтеді.

Шексіз еру ерітінді үшін болу керек:

1.Компоненттің кристалдық торының изоморфтылығы

2.Компоненттердің атомдар радиустарының жақындығы, олардың айырмашылығы 8-13% артық болмауы керек

3.Атомдардың физико-химиялық қасиеттерінің ұқсастығы

Компоненттердің шектелген еруі кезінде еріген заттың концентрациясы шектелген. Концентрациясы үлкею жағдайында біркелкі қатты ерітінді екі фазалық қоспа түзе отырып ыдырайды.

Еріткіштердің кристалдық торында ерітілген заттардың таралуына байланысты қатты ерітінділер былай бөлінеді:

●Орынбасу (замещения)

●Еңгізу (внедрения)

●Алу,азайту (вычитания)

Орынбасу ерітінділерінде еріткіштердің кристалдық тордағы атомның бір бөлігі ерітілген элементтердің атомдарымен орын басылады.(4.4 а)

Сүр.4.4.Қатты ерітінділердің орынбасу (а), еңгізу (б) кристалдық торы

 

Орынбасу ерітінділерінің түзілуі кезінде тордың периоды еріткіш пен ерітілген эле-менттің атом диаметрлерінің әртүрлігіне тәелді өзгереді.Егер ерітілген элемент атомы еріткіш атомынан үлкен болса, элементарлы ұяшықтар үлкееді,ал кіші болса, тартынады.Тор параметрлерінің кішіреюі оның қарапайымдылығына әкеледі.

Еңгізілген қатты ерітінділер еріткіштердің кристалдық торына ерітілген компоненттің атомдарын енгізу арқылы түзіледі. (4.4. б)

Егер ерітілген элемент атомдарының мөлшері кішкентай болса, мұндай ерітіндінің түзілуі мүмкін болады. Мұндай элементтерге Менделеев периодтық жүйесінің басындағы көміртегі, сутегі, азот, бор жатады. Атомның мөлшері атомаралық орыннан үлкен болса, бұл тордың бұзылуына әкеліп соқтырады. Мұндай ерітінділердің концентрациясы 2-2,5% аспайды.

Азайту (вычитания) қатты ерітінділері немесе ақаулары бар торлы ерітінділер химиялық қоспаның негізінде түзіледі.

Қатты ерітінділер деп балқыманың бір компоненті өзінің кристалдық торын сақтайтын, ал басқа компоненттері сол бірінші компоненттің торында өлшемін өзгертіп орналасуын айтамыз.Соған байланысты, қатты ерітінділер фаза бір типті торды қамтитын бір немесе бірнеше компоненттерден тұрады.

Қатты ерітінділердің еңгізілуі мен орналастырылуында айырмашылықтар бар. Қатты ерітінділерді орналастыру (28 а-сурет) және қатты ерітінділерді еңгізу (28 б-сурет) бір-бірінен айырмашылығы бар.Қатты ерітінділерді орналастыруда еритін компоненттердің атомдары еріген атомның кристалл торына орналасады.Еритін компоненттердің атомдары еріткіштің кез келген атомына орналасуы мүмкін, бірақ атомдардың өзара орналасуы кезінде статистикалық бір қатарлық орын алмайды.

Ал қатты ерітінділерді еңгізу кезінде (28 б-сурет) еритін компоненттердің атомдары еріткіш компонент атомдарының кристалдық торларының бос жеріне орналасады. Осы атомдардың орналасуы кезінде кез келген бос торға емес, оларға кең кеңістікті қамтамасыз ететін бос торларға енеді. Мысалы, тығыздалған ГЦК торында октаэдрикалық жұп тиімді болып табылады (октаэдрдің шыңында орталығы алты атомнан тұратын жұп) 29 а-сурет. 0,41 R радиусты сфера осы октаэдр жұбында орналасуы мүмкін, бұл жердегі R- бос торда орналасқан атомның радиусы. Кез келген ұяшыққа октаэдрдің төрт жұбы орналаса алады.

ОЦК – торы сәйкесінше тетраэдрдің көлемді жұптарын (0,291 R) қабылдайды (29 б-сурет). Еңгізу кезінде тетраэдрдің орталықтары сәйкес келетін атомдардың аралығына орналасады. Кез келген элементарлы ұяшыққа он екі тетраэдр сияды. Салыстырмалы түрде бос көлемдігі жағынан ОЦК торы ГЦК торынан үлкен, ал жеке-жеке бос жері жағынан ГЦК торына қарағанда кіші. Бұл жағдайды еріген металдардың ОЦК торында нашар еңгізілуі кезінде көруімізге болады.

Сонымен қатар электрлі құрлысы мен еритін және еріген атомдардың өлшемі қатты ерітінділердің кристалдық торында өзгереді (30 а және б-сурет) және периоды өзгереді. Еритін және еріген компоненттерінің атом радиустары қатты ерітінділерді еңгізу торының периоды ұлғаюы немесе кішірейуі мүмкін. Ал қатты ерітінділерді еңгізу кезінде еріткіштің период торы ұлғаяды.

Барлық металдар бір-бірімен осы немесе басқа ерітіндінің қатты құрлысында орналаса алады. Мысалы, алюминий 5,5% Сu-да ери алады, ал мыс 39 % Zn –тің кристалдық торы өзгеріссіз қалады.Компоненттердің бір-бірімен еңгізілуі кезінде кез келген қарым-қатынастағы қатты ерітінділер қатарын құрайды.

Қатты ерітінділер мен неоргоникалық ерітінділер төмендегідей шарттар негізінде туындауы мүмкін.

1. Компоненттердің барлығы бір типті кристалдық торды иеленуі мүмкін (изоморфты). Тек осы жағдайда ғана қатты ерітінділердің концентрациялары кристалдық троларында бір-бірімен байланысатын болады.

2. Компонентердің атомдарының (ΔR) өлшемі 8-15% - тен аспауы керек.

3. Компоненттер периодты жүйенің элементі немесе құрлысында элементтері туыстас электронды атомдардан тұруы керек.

Мысалы, неоргоникалық қатты ерітінділерде кейбір металдардың ГЦК торлары келесіндей болады: Ag және Au (Δ R=0.2%), Ni және Cu (ΔR=2.7 %) Ni және Rd (Δ R=10.5%) және басқалары, сондай-ақ ОЦК торлы металдар: Mo және W (ΔR =9.9%),V - Ti (ΔR = 2.0%). Мынандай металдар атомының диаметрі үлкен Na, Ca, K, Pb, Sr және Fe_γ, Cu, Ag ерімейді. Атом диаметрі еріген элементтен артық болмаған жағдайда қатты ерітінділерді еңгізу жүргізіледі.

Қатты ерітінділер элементтердің атомдары кіші радиусты кейбір металдардың (темір, молибден, хром және т.б.) көмірде (атом радиусы 0,77А), азотта (0,71 А), сутекте (0,46 А)негізінде пайда болады. Қатты ерітінділердің еңгізілуі тек белгіленген концентрациясында тордағы жұптың саны шектеулі, алнегізгі атом компонентінің тордағы кеңістігі сақталады. Қатты ерітінділер түрі болат пен шойындар үшін үлкен рол атқарады.

Жоғары структуралы, қатарлы қатты ерітінділер. Кейбір балқымалар (мысалы, Cu – Au, Fe – Al, Fe – Si, Ni – Mn және т.б.) қатты қыздыру кезінде ерітіндіні еңгізу, атомдарды белгілі бір температурада ұстап тұру негізінде атомдардың таралуы компоненттердің белгілі бір кристалдық торды қамтуы болып табылады (32-сурет).

Тұтқырлық төменгі температурада салыстырмалы түрде қатты ерітінділерде жоғары құрылымға ие қатты ерітінділер.

Жоғары құрылымның пайда болуы кезінде қасиеттері өзгереді. Мысалы, пермал балқымасында (темір және никель) жоғары құрылымның қалыптасуында магнитті қасиеті төмендеп, қаттылығы артып, пластикалығы төмендеп, электрлік қарсыласуы өзгереді.

Ерітіндінің тығыздығы компоненттердің балқымада мынандай қарым-қатынасы кезінде: 1:1, 1:2,1:3 және т.б. Осы жағдайда балқыманың құрылымы химиялық байланыс формасы ретіндежазуға болады, мысалы CuAu немесе Cu₃Au (32-суретте).

Бақылау сұрақтар:

1.Аралық фазалар дегеніміз не?

2.Шексіз қатты ерітінділер дегеніміз не?

3.Шекті қатты ерітінділер дегеніміз не?

4.Қатты ерітінділер түрлері

Глоссарии:

Механикалық қоспалар – қатты күйде компоненттер бір-бірінде ерімийды және қоспа құрап химиялық реакцияға түспейді

Қатты ерітінділер –компонеттер арасындағы қатынасы өзгеріп түратын қатты фазалар

Еңгізу қатты ерітінділер-еріген компоненттердің атомдары еріткіш заттың кристалдық торының кеуектеріне еңгізу арқылы түзіледі

Химиялық қосылыс- әртүрлі қасиеттері және құрылымы бойынша бөлінетін элементтер арасындағы реакция нәтижесінде түзілетін қосылыс

Қорытпа компоненттері- қорытпа құрайтын қарапайым заттар -

Блиц-тест

1.Қ атты күйде компоненттер бір-бірінде ерімийды және қоспа құрап химиялық реакцияға түспейді

A. Қатты ерітінді

B. Механикалық қоспа

C. Химиялық қосылыс

D. Суспензия

 

2. Компонеттер арасындағы қатынасы өзгеріп түратын қатты фазалар

A. Қатты ерітінді

B. Механикалық қоспа

C. Химиялық қосылыс

D. Суспензия

 

3.Еріген компоненттердің атомдары еріткіш заттың кристалдық торының кеуектеріне еңгізу арқылы түзіледі

A. Еңгізу қатты ерітінділер

B. Ауысу қатты ерітінділер

C. Түздың қатты ерітінділері

D. Цементтердің қатты ерітінділері

 

4. Әртүрлі қасиеттері және құрылымы бойынша бөлінетін элементтер арасындағы реакция нәтижесінде түзілетін қосылыс

A. Қатты ерітінді

B. Механикалық қоспа

C. Химиялық қосылыс

D. Суспензия

5.Комиртектің атом радиусы тең

1. 0,77Ǻ
2. 0,71Ǻ
3. 0,45Ǻ
4. 0,89Ǻ

Основная литература

1.Лившиц Б.Г. Металлография М, Металлургия, 1990.

2.Вегман Е.Ф., Руфанов Ю.Т., Федорченко И.Н., «Кристаллография, минералогия и рентгенография» М, Металлургия, 1990г.

3.Миловский А.В. «Минералогия и петрография» М, Москва 1979г.

4.Торопов Н.А., Булак Л.Н. «Кристаллография и минералогия» М, Москва 1972г.

5.Захаров А.М.Диаграммы состояний двойных и тройных систем.М, Металлургия,1978г.

6.Ермолов В.А. Геология: Учебник.Часть 1.М.МГТУ.2004г

7.ЕрмоловВ.А.Геология,Учебное пособие.Часть5 «Кристаллография, минералогия и геология камнесамоцветного сырья».М.МГТУ.2007г.

8.ЕрмоловВ.А, ПоповаГ.В, МосейкинВ.В.и др.Учебник. «Месторождения полезных ископаемых»М.МГТУ.2007г.

9.ЕрмоловА,ПоповГ.Б,МосейкинВ.В. и др.; Под ред.В.А.Ермолова. Месторождения полезных ископаемых.М.:Изд.МГГУ, 2004год (электр.библ.)

Дополнительная литература

10.Емельянов Н.А. «Практика руководства по минералогии» М, Москва 1972г.

11.Юшко С.А. Руководство для лабораторного исследования руд. Методы лабор. исследования руд.

12.Смагулов Д.У. Металлография: Окулык/ Д.У. Смагулов. - Алматы: КазУТУ, 2007

ріс 13