תמיסה מוצקה
תמיסה מוצקה היא תערובת הומוגנית בין מומס (אחד או יותר) וממס הנמצאים בפאזה מוצקה. התערובת נחשבת תמיסה ולא תרכובת כאשר המבנה הגבישי של הממס אינו משתנה וגם יש פזה הומוגנית משותפת לתערובת. המומס יכול להשתלב במבנה הגבישי של הממס באמצעות החלפה של חלקיק ממס בגביש, או באמצעות השתלבות בין חלקיקי הממס ללא החלפתם. שני סוגי התמיסה המוצקה משפיעים על תכונות החומר בכך שהם מעוותים את הסריג הגבישי ומפרים את ההומגניות הפיזית והחשמלית של החומר הממס.
תערובות מסוימות יטו ליצור תמיסות מוצקות עבור טווח רחב של ריכוזים, בעוד אחרות לא יהפכו לתמיסות מוצקות כלל ויישארו כתערובת. הנטייה של שני חומרים ליצור תמיסה מוצקה היא עניין מורכב המושפע מהתכונות הכימיות, הקריסטלוגרפיות והקוונטיות של החומרים הנידונים. בהתאם לחוקי יום-רותרי תמיסות מוצקות יכולות להיווצר אם לממס ולמומס יש:
- רדיוס אטומי דומה (עד 15% הבדל).
- מבנה גבישי זהה במצב טהור (BCC, FCC, וכו').
- אלקטרושליליות קרובה
- ערכיות זהה
דיאגרמת הפאזות (תרשים 1) מתארת סגסוגת של שתי מתכות היוצרות תמיסה מוצקה בכל ריכוז יחסי בין שני החומרים. במקרה זה, הפזות הטהורות של כל יסוד (ערכי הקצה של הריכוזים) הן בעלות אותו מבנה גביש, ותכונות דומות של היסודות מאפשרים החלפה חופשית ביניהם בכל ריכוז יחסי.
לתמיסות מוצקות יש שימושים מסחריים ותעשייתיים חשובים, שכן במקרים רבים יש להם תכונות עדיפות על אלו של מתכות טהורות. סגסוגות רבות הן תמיסות מוצקות. אפילו ריכוזים קטנים של מומס יכולים להשפיע על התכונות החשמליות והפיזיות של המומס.
דיאגרמת הפאזות של תמיסה הבינארית (תרשים 2) מציג את הפאזות של תערובת אאוטקטית (eutectic) של שני חומרים בריכוזים שונים. האזור המסומן ב-α ("אלפא") הוא תמיסה מוצקה, כאשר החומר בטא מומס במטריקס של אלפא, ובקצה השני של הסקלה, התחום המסומן ב-β ("בטא") הוא תמיסה מוצקה, כאשר החומר אלפא מומס במטריקס של בטא. התחום המוצק הגדול בין אלפא ובטא המסומן כ-α+β אינו תמיסה מוצקה. בדיקה של המבנה ברמה המיקרוסופית בטווחי ריכוזים אלו תראה שמדובר בשתי פאזות שונות- תמיסה מוצקה של אלפא מומס בטא ותמיסה מוצקה של בטא מומס באלפא, אולי בצורת למלא[דרושה הבהרה] או גרגירים.
אקסולוציה
כאשר יציבות התמיסה המוצקה מתערערת (עקב קירור לדוגמה), מתרחשת אקסולוציה (הפרדת תמיסה למרכיביה) ושתי הפאזות נפרדות בצורה מובהקת ברמה המיקרוסקופית או כלמלא שניתן לראותן בעין בלתי מזוינת. אקסולוציה אופיינית לחומר אאוטקטי (Eutectic system). דוגמה לכך ניתן למצוא במינרל אלקלי פלדספר מזן פרטיט בו ניתן להבחין בשכבות דקות של אלביט לבן בתוך מיקרוקלין ורוד.
לקריאה נוספת
- Callister, William D. Jr. (2006). Materials Science and Engineering: An Introduction (7th ed.). New York: John Wiley & Sons. מסת"ב 0-471-73696-1.
קישורים חיצוניים
- תמיסה מוצקה, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)
33461294תמיסה מוצקה