Una solución sólida es una mezcla uniforme de dos sólidos cristalinos que comparten una red cristalina común. Las soluciones sólidas a menudo constan de dos o más tipos de átomos o moléculas que comparten una red cristalina, como en ciertas aleaciones metálicas. El solvente es el elemento o compuesto que está presente en mayor cantidad. El soluto se usa para denotar un elemento o compuesto presente en una concentración menor. El soluto puede incorporarse en la red cristalina del disolvente de forma sustitutiva, sustituyendo una partícula de disolvente en la red, o intersticialmente, encajando en el espacio entre las partículas de disolvente. Ambos tipos de solución sólida afectan las propiedades del material al distorsionar la red cristalina y alterar la homogeneidad física y eléctrica del material solvente.
Para el tipo de sustitución, los átomos de soluto o impureza reemplazan o sustituyen a los átomos del huésped. Varias características de los átomos del soluto y del solvente determinan el grado en que el primero se disuelve en el segundo. Estos se expresan como las reglas de Hume-Rothery. De acuerdo con estas reglas, se pueden formar soluciones sólidas de sustitución si el soluto y el solvente tienen:
- Radios atómicos similares (15% o menos de diferencia)
- Misma estructura cristalina
- Electronegatividades similares
- Valencia similar: una solución sólida se mezcla con otras para formar una nueva solución.
Las soluciones sólidas tienen importantes aplicaciones comerciales e industriales, ya que tales mezclas a menudo tienen propiedades superiores a los materiales puros. Muchas aleaciones de metales son soluciones sólidas. Incluso pequeñas cantidades de soluto pueden afectar las propiedades eléctricas y físicas del solvente.
La aleación es una práctica común porque los enlaces metálicos permiten unir diferentes tipos de metales. Por ejemplo, los aceros inoxidables austeníticos, incluido el acero inoxidable Tipo 304 (que contiene 18% -20% de cromo y 8% -10,5% de níquel), tienen una estructura cúbica de átomos de hierro centrada en las caras con el carbono en solución sólida intersticial .
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