Ključna razlika između supstitucijske i intersticijske čvrste otopine je u tome što supstitucijska čvrsta otopina uključuje supstituciju atoma rastvarača atomom otopljene tvari, u njegovom formiranju. Naprotiv, nema pomicanja atoma rastvarača atomima otopljenih tvari u formiranju međuprostornih čvrstih otopina, umjesto toga, molekuli otopljene tvari ulaze u rupe između atoma rastvarača.
Čvrsta otopina je otopina u čvrstom stanju jedne ili više otopljenih tvari u istom rastvaraču. Tamo se dva ili više elemenata javljaju u čvrstom stanju. Nazivamo ga otopinom, a ne spojem, jer kristalna struktura rastvarača ostaje nepromijenjena s dodatkom otopljenih tvari. U procesu ojačanja čvrstim rastvorom, čvrstoća čistog metala može se povećati legiranjem drugog elementa. To možemo učiniti formiranjem čvrstog rastvora. U zavisnosti od legirajućeg elementa, postoje dva oblika čvrstih rastvora kao supstitucijske i međuprostorne čvrste rastvore.
Šta je supstitucijsko čvrsto rješenje?
Supstitucioni čvrsti rastvori su rastvori u čvrstom stanju koji nastaju kada atomi rastvorene supstance zamene atome rastvarača. Da bi se formirala ovakva čvrsta otopina, atomi otopljene tvari trebaju biti dovoljno veliki da zamjene atome rastvarača u rešetki. Atomi otopljene tvari se ugrađuju u rešetku supstitucijski zamjenom atoma na određenim pozicijama rešetke. Ovdje neki legirajući elementi imaju atome otopljenih tvari koji mogu zamijeniti atome rastvarača samo u malim količinama, dok postoje neki legirajući elementi koji mogu zamijeniti atome rastvarača u cijeloj čvrstoj otopini.
Ova vrsta čvrste otopine nastaje kada atomi otopljene tvari i rastvarača imaju skoro slične atomske veličine. Osim toga, visoke temperature mogu povećati ove zamjene. Štaviše, postoje dva oblika supstitucijskih čvrstih rastvora, naime; uređena i neuređena čvrsta rješenja. Uređena čvrsta otopina nastaje kada atomi otopljene tvari zamjenjuju atome rastvarača na poželjnom mjestu rešetke rastvarača. Primjer: Cu-Au sistem. Neuređene čvrste otopine nastaju kada atomi otopljene tvari nasumično zamjenjuju atome rastvarača u rešetki.
Šta je međuprostorno čvrsto rješenje?
Međuprostorne čvrste otopine su otopine u čvrstom stanju koje nastaju kada atomi otopljene tvari uđu u rupe između atoma rastvarača u rešetki. Tamo su atomi otopljene tvari dovoljno mali da uđu u ove rupe. Ove rupe zovemo međuprostorne stranice.
Slika 01: Međuprostorno čvrsto rješenje
Ovaj proces slabi veze između atoma rastvarača. Dakle, rešetka se deformiše. Da bi se to dogodilo atomska veličina atoma otopljene tvari trebala bi biti manja od 40% veličine atoma rastvarača. Atomi otopljene tvari ulaze u rešetku intersticijalno. Jedini elementi koji su u stanju da formiraju ovu vrstu čvrstih rastvora su H, Li, Na i B.
Koja je razlika između zamjenske i intersticijalnog čvrstog rješenja?
Supstitucioni čvrsti rastvori su rastvori u čvrstom stanju koji nastaju kada atomi rastvorene supstance zamene atome rastvarača. Ova vrsta čvrstih otopina nastaje samo ako su atomi otopljene tvari dovoljno veliki da zamjene atome otapala u rešetki. Štoviše, atomska veličina otopljenih tvari je skoro slična veličini atoma rastvarača. Međuprostorne čvrste otopine su otopine u čvrstom stanju koje nastaju kada atomi otopljene tvari uđu u rupe između atoma otapala u rešetki. Ove čvrste otopine nastaju samo ako su atomi otopljene tvari dovoljno mali da uđu u rupe na rešetki. Osim toga, atomska veličina atoma otopljene tvari treba biti oko 40% veličine atoma otapala kako bi se formirala ova vrsta rešetke. Ovo je glavna razlika između supstitucijske i intersticijske čvrste otopine.
Sažetak – Zamjena vs međuprostorno čvrsto rješenje
Čvrste otopine su otopine u čvrstom stanju koje imaju dvije ili više vrsta elemenata u istoj mješavini čvrstog stanja. Postoje dva oblika čvrstih rastvora kao supstitucijskih i međuprostornih čvrstih rastvora prema načinu na koji se formira. Razlika između supstitucijske i intersticijske čvrste otopine je u tome što u formiranju supstitucijske čvrste otopine uključuje supstituciju atoma otapala atomom otopljene tvari, dok u formiranju međuprostornih čvrstih otopina nema pomicanja atoma otapala atomima otopljene tvari., umjesto toga, molekuli otopljene tvari ulaze u rupe između atoma rastvarača.
