Bərk məhlul

Bərk məhlul– müxtəlif elementlərin atomlarının ümumi kristallik qəfəsdə yerləşdiyi dəyişən tərkib fazaları.

Təsnifat

Nizamsız (atomların xaotik yerləşməsi ilə), tam və ya qismən nizamlı ola bilərlər. Eksperimental olaraq, nizamlılıq əsasən rentgen struktur analizi ilə müəyyən edilir. Bərk məhlul yaratma qabiliyyəti bütün kristallik bərk cisimlər üçün xarakterikdir. Bir çox hallarda bu dar konsentrasiya həddləri ilə məhdudlaşır, lakin davamlı bərk məhlullar sıralı sistemlər də məlumdur (məsələn, Cu-Au, Ti-Zr, GaAs-GaP). Əslində, təmiz hesab olunan bütün kristallik maddələr, çox az tərkibli qarışığı olan bərk məhlullardır. Üç növ bərk məhlul var:

1. əvəzedilmiş bərk məhlullar;
2. daxil edilmiş bərk məhlullar;
3. çıxarılmış bərk məhlullar.

Yum-Rozerinin yarıempirik qaydalarına əsasən, əvəzedilmiş bərk məhlulların davamlı sırası metallik sistemlərdə ancaq o elementlərlə yaradılır ki, onlar birincisi, ölçülərinə görə bir-birinə yaxın olan atom radiuslarına malikdirlər (15%-dən çox fərqli olmamaq şərtilə) və ikincisi, gərginliyin elektrokimyəvi sırasında bir-birindən çox uzaq yerləşmirlər. Bu zaman elementlər eyni tip kristallik qəfəsə malik olmalıdırlar. Yarımkeçirici və dielektrik əsaslı bərk məhlullarda, daha "boş" kristallik qəfəslər sayəsində əvəzedilmiş bərk məhlulların yaranması atom radiuslarının böyük fərqi zamanı da mümkündür. Əgər komponentlərin atomları öz ölçülərinə və ya elektron strukturuna görə əhəmiyyətli dərəcədə fərqlənirlərsə, bir elementin atomlarının digər elementin yaratdığı qəfəsin düyün birləşmələrinin arasına daxil edilməsi mümkündür. Bu kimi bərk məhlullar qeyri-metalların (B, H₂, O₂, N₂, C) metallarda həll olunması zamanı tez-tez əmələ gəlir. Kristallik qəfəsdə boş düyünlərin yaranması hesabına əmələ gələn çıxarılmış bərk məhlullar, komponentlərdən birinin kimyəvi birləşmədə həll olunması zamanı əmələ gəlir və nestexiometrik birləşmələr üçün xarakterikdir. Təbii minerallar bir çox hallarda özləri bərk məhluldurlar (kristallarda İzomorfizmə baxın). Elementlərin və birləşmələrin aşqarlanması zamanı bərk məhlulların əmələ gəlməsi ərintilərin, yarımkeçirilərin, keramikanın, ferritlərin istehsalı zamanı böyük əhəmiyyət kəsb edir. Bərk məhlullar – bütün mühüm konstruksiya və paslanmayan poladların, bürünclərin, latunların, yüksək dözümlü alüminium və maqniy birləşmələrinin əsasıdır. Bərk məhlulların xüsusiyyətləri onların tərkibi, termik və ya termomexanik emalı ilə nizamlanır. Müasir bərkcisimli elektronikanın əsası olan aşqarlanmış yarımkeçiricilər və bir çox seqnetoelektriklər də bərk məhluldurlar. Bərk məhlulların parçalanması zamanı ərintilər yeni xassələr əldə edir. Çox incə müxtəlifliyi olan ərintilər xüsusilə qiymətli keyfiyyətlərə malikdirlər, onlara dispersiya-bərkiyən, yaxud köhnəlmiş bərk məhlullar da deyilir. Dispersiya bərkiməsi, nestexiometrik birləşmələrə əsaslanan bərk məhlulların parçalanması zamanı da müşahidə oluna bilər.

Müntəzəm məhlulun modeli

Real bərk məhlulların xüsusiyyətlərinin öyrənilməsi üçün müntəzəm məhlulun modeli istifadə oluna bilər. Bu model ideal məhlulun modeli ilə müqayisədə daha ciddidir. Model aşağıdakı təxminlərə əsaslanır:

1. Kvazikimyəvi təxmin. Bu təxminə əsasən, atomlar arasındakı qarşılıqlı əlaqə məhlulun tərkibindən asılı deyildir. Bu ona gətirib çıxarır ki, əlaqələrin müddəti də tərkibdən asılı deyildir. Əmin olmaq çətin deyil ki, bu hal üçün qarışdırma həcmi sıfıra bərabərdir və qarışdırma entalpiyası qarışdırmanın daxili enerjisinə uyğun gəlir. Daxili enerjinin potensial hissəsinin hesablanması zamanı, bir qayda olaraq ancaq yaxın qonşularla kifayətlənirlər.
2. Atomların paylanması təsadüfi hesab olunur. Atomlar arasındakı qarşılıqlı münasibət kiçikdir və onların paylanmasına təsir göstərə bilməz. Buna görə də, müntəzəm məhlulun konfiqurasiya entropiyası, ideal məhlulunki ilə uyğun gəlir. Bu təxminin etibarlılığı real məhlullarda temperaturun artımı ilə daha da artır.

A və B tipli iki atom nümunəsinin qarışdırılması nəticəsində müntəzəm məhlulun yaranmasını nəzərdən keçirək: E = P_AAE_AA + P_BBE_BB burada P_AA, E_AA – A nümunəsində atomlar arasındakı əlaqənin sayı və onların enerjisidir. Qarışdırmadan sonra: E = P_AAE_AA + P_BBE_BB + P_ABE_AB Əgər z – koordinasiya rəqəmi kimi götürülərsə, onda əlaqələrin sayı üçün aşağıdakı ifadəni yazmaq olar: P_AA = (zN_A — P_AB)/2, P_BB = (zN_B — P_AB)/2, burada N_A – A tipli atomların sayıdır. Əvəzləmədən sonra E üçün alınır: E = zN_AE_AA/2 + zN_BE_BB/2 +P_AB(E_AB – (E_AA + E_BB)/2, burada sonuncu toplanan qarışdırma zamanı enerji dəyişikliyini göstərir. Atomların məhlulda paylanmasının təsadüfi olduğu faktından istifadə edərək PAB-ni tapaq. Hər bir B atomunun z qonşusu vardır. A atomlarının B atomu ətrafındakı orta sayı A atomlarının sistemdəki konsentrasiyasına mütənasib olmalıdır. O zaman alırıq: N = zX_A A-B əlaqələrinin sayı: P_AB = nN_B = zX_AN_B = zNX_AX_B, burda N = N_A + N_B. Nəhayət, müntəzəm məhlulun qarışdırılmasının potensial enerjisi üçün ifadəni əldə edirik: E = (E_AB–zN(E_AB –(E_AA + E_BB)/2X_AX_B).

Ədəbiyyat

1. İndenbaum Q. V. Kimyəvi Ensiklopedik Lüğət. – Moskva: Sovet Ensiklopediyası, 1983.- 792 səh.
2. V. Yum-Rozeri. Fiziki metalşünaslığa giriş. – İngilis dilindən tərcümə V. M. Qlazov və S. N. Qorin – Moskva: Metallurgiya, 1965, — 203səh
3. Необычные свойства обычных растворов , Ю. Я. Фиалков (1978)