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El modelo de Miedema

El modelo de Miedema es un enfoque semiempírico para estimar el calor de formación de aleaciones y compuestos metálicos sólidos o líquidos en el marco de los cálculos termodinámicos para metales y minerales. [1] Fue desarrollado por el científico holandés Andries Rinse Miedema (15 de noviembre de 1933 - 28 de mayo de 1992) [2] mientras trabajaba en Philips Natuurkundig Laboratorium . Puede proporcionar o confirmar datos básicos de entalpía necesarios para el cálculo de diagramas de fase de metales, a través de CALPHAD o métodos de química cuántica ab initio . Para un sistema binario compuesto por los elementos A y B, se podría formular una fórmula genérica de Miedema como donde los términos Phi y nwS se explican y se informan a continuación. Para un sistema binario, la imagen física se podría simplificar considerando una función relativamente más simple de la diferencia de estos tres parámetros físicos, lo que da como resultado una forma más compleja.

[3]

Historia

Miedema presentó su enfoque en varios artículos, comenzando en 1973 en la revista Philips Technical Review con "Un modelo simple para aleaciones". [4] [5]

Miedema describe su motivación con estas palabras: "Desde hace tiempo se buscan reglas fiables para el comportamiento de aleación de los metales. Existe la regla cualitativa que establece que cuanto mayor sea la diferencia en la electronegatividad de dos metales, mayor será el calor de formación y, por lo tanto, la estabilidad. Luego está la regla de Hume-Rothery , que establece que dos metales que difieren en más del 15% en su radio atómico no formarán soluciones sólidas sustitucionales. Esta regla solo se puede utilizar de forma fiable (90% de éxito) para predecir una mala solubilidad; no puede predecir una buena solubilidad. El autor ha propuesto un modelo atómico simple, que es empírico como las otras dos reglas, pero sin embargo tiene una base física clara y predice el comportamiento de aleación de los metales de transición con precisión en el 98% de los casos. El modelo es muy adecuado para la presentación gráfica de los datos y, por lo tanto, es fácil de usar en la práctica".

Las aplicaciones web gratuitas incluyen Entall [6] y Miedema Calculator. [7] Esta última fue revisada y mejorada en 2016, con una extensión del método. [8] [9] El programa original Algol [10] fue portado a Fortran . [11]

Clasificación de sistemas de aleaciones binarias miscibles e inmiscibles guiada por informática

El enfoque de Miedema se ha aplicado a la clasificación de sistemas miscibles e inmiscibles de aleaciones binarias. Estos son relevantes en el diseño de aleaciones multicomponentes. Una clasificación integral del comportamiento de las aleaciones para 813 sistemas de aleaciones binarias que consisten en metales de transición y lantánidos . [12] "De manera impresionante, la clasificación por el mapa de miscibilidad produce una validación sólida de la capacidad de la conocida teoría de Miedema (95 % de acuerdo) y muestra un buen acuerdo con el método HTFP (90 % de acuerdo)". [12] Estos resultados de 2017 demuestran que "una minería de datos guiada por la física de última generación puede proporcionar una vía eficiente para el descubrimiento de conocimientos en la próxima generación de diseño de materiales". [12]

Apéndice: Parámetros básicos del modelo Miedema

En esta tabla se informan los tres parámetros principales de Miedema para los elementos de la tabla periódica para los que es aplicable el modelo.

Estos son parámetros originales [13] que aparecen después de la página 24 del libro de FR De Boer, R. Boom, WCM Mattens, AR Miedema y AK Niessen Cohesion in Metals. Transition Metal Alloys (1988), [14]

La lista de parámetros anterior debe considerarse como un punto de partida, que podría producir dichos datos (resultados después del programa Fortran puesto a disposición por Emre Sururi Tasci [11]

Se pueden encontrar datos mejorados en publicaciones más recientes; [15] posiblemente, en un futuro cercano, la mejora o el conocimiento de estos datos se podrían proporcionar mediante las colecciones abiertas de bases de datos Calphad extendidas disponibles en NIMS [16] Por ejemplo, para los diagramas de fase binarios Fe-X , una lista de bases de datos disponibles se presenta en este enlace [1] y más específicamente en esta tabla:

Referencias

  1. ^ "Datos termodinámicos para la tecnología mineral" (PDF) . 1984. Archivado desde el original (PDF) el 1 de marzo de 2017. Consultado el 27 de noviembre de 2017 .
  2. ^ QHF Vrehen . "Instituto Huygens - Real Academia de Artes y Ciencias de los Países Bajos (KNAW): Levensbericht AR Miedema, en: Levensberichten en herdenkingen, 1993, Ámsterdam" (PDF) . Dwc.knaw.nl. ​págs. 61–66 . Consultado el 28 de febrero de 2017 .
  3. ^ Boom R., de Boer FR; (2020) Entalpía de formación de aleaciones binarias de Mg sólidas y líquidas: comparación de los cálculos del modelo Miedema con los datos publicados en la literatura https://doi.org/10.1016/j.calphad.2019.101647
  4. ^ Miedema, AR (1973). "Un modelo simple para aleaciones. I. Reglas para el comportamiento de aleación de metales de transición" (PDF) . Philips Technical Review . 33 : 149–160.
  5. ^ Miedema, AR (1973). "Un modelo simple para aleaciones. Il, La influencia de la ionicidad en la estabilidad y otras propiedades físicas de las aleaciones" (PDF) . Philips Technical Review . 33 : 196–202.
  6. ^ "Calculadora de entalpía de formación estándar de Miedema". Entall.imim.pl . Consultado el 28 de febrero de 2017 .
  7. ^ "Bienvenido a >>> Calculadora de edema | Página de inicio organizada por el Dr. Zhang". Zrftum.wordpress.com . Consultado el 28 de febrero de 2017 .
  8. ^ Zhang, RF; Zhang, SH; He, ZJ; Jing, J.; Sheng, SH (2016). "Calculadora Miedema: una plataforma termodinámica para predecir las entalpías de formación de aleaciones en el marco de la teoría de Miedema". Computer Physics Communications . 209 : 58–69. Bibcode :2016CoPhC.209...58Z. doi :10.1016/j.cpc.2016.08.013.
  9. ^ Gokcen, NA (1986). "Apéndice B" (PDF) . Termodinámica Estadística de Aleaciones (presentación sencilla) . Saltador. págs. 255–76. ISBN 978-1-4684-5053-8.
  10. ^ AK Niessen, FR de Boer, R. Boom, PF de Châtel, WCM Mattens, AR Miedema (1983). "Predicciones del modelo para la entalpía de formación de aleaciones de metales de transición II". Calfad . 7 (1, enero-marzo): 51–70. doi :10.1016/0364-5916(83)90030-5.{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  11. ^ ab "Hex, Bugs and More Physics | Emre S. Tasci » Blog Archive » Código de entalpía de Miedema et al. — 25 años después". hexbugsmorephysics.wordpress.com . 28 de julio de 2008 . Consultado el 6 de septiembre de 2020 .
  12. ^ abc Zhang, RF; Kong, XF; Wang, HT; Zhang, SH; Legut, D.; Sheng, SH; Srinivasan, S.; Rajan, K.; Germann, TC (2017-08-29). "Una clasificación guiada por informática de sistemas de aleaciones binarias miscibles e inmiscibles". Scientific Reports . 7 (1): 9577. Bibcode :2017NatSR...7.9577Z. doi : 10.1038/s41598-017-09704-1 . ISSN  2045-2322. PMC 5575349 . PMID  28851941. 
  13. ^ Li, Cai; Yuan, Ye; Li, Fei; Wei, Qiang; Huang, Yuan (15 de febrero de 2022). "Modificación y verificación del modelo de Miedema para predecir las propiedades termodinámicas de precipitados binarios en aleaciones multielemento". Physica B: Condensed Matter . 627 : 413540. Bibcode :2022PhyB..62713540L. doi :10.1016/j.physb.2021.413540. ISSN  0921-4526. S2CID  244027262.
  14. ^ Cohesión en metales: aleaciones de metales de transición. FR de Boer. Amsterdam: Holanda Septentrional. 1988. ISBN 0-444-87098-9.OCLC 17650206  .{{cite book}}: CS1 maint: others (link)
  15. ^ Boom, R.; de Boer, FR (1 de marzo de 2020). "Entalpía de formación de aleaciones binarias de Mg sólidas y líquidas: comparación de los cálculos del modelo Miedema con los datos publicados en la literatura". Calphad . 68 : 101647. doi :10.1016/j.calphad.2019.101647. ISSN  0364-5916. S2CID  213361596.
  16. ^ ABE, Taichi; HASHIMOTO (2007). "CPDDB". mdr.nims.go.jp (en japonés). doi :10.48505/nims.3060 . Consultado el 20 de junio de 2022 .{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)

Véase también