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Reglas de Hume-Rothery

Las reglas de Hume-Rothery , llamadas así en honor a William Hume-Rothery , son un conjunto de reglas básicas que describen las condiciones en las que un elemento podría disolverse en un metal , formando una solución sólida . Existen dos conjuntos de reglas: uno se refiere a soluciones sólidas sustitucionales y el otro se refiere a soluciones sólidas intersticiales .

Reglas de solución sólida sustitutiva

Para soluciones sólidas sustitucionales, las reglas de Hume-Rothery son las siguientes:

  1. El radio atómico de los átomos del soluto y del disolvente no debe diferir en más del 15%: [1]
  2. Las estructuras cristalinas del soluto y del disolvente deben ser similares.
  3. La solubilidad completa ocurre cuando el solvente y el soluto tienen la misma valencia . [2] Es más probable que un metal disuelva un metal de mayor valencia que viceversa. [1] [3] [4]
  4. El soluto y el solvente deben tener una electronegatividad similar . Si la diferencia de electronegatividad es demasiado grande, los metales tienden a formar compuestos intermetálicos en lugar de soluciones sólidas.

Reglas de solución de sólidos intersticiales

Para soluciones sólidas intersticiales , las reglas de Hume-Rothery son:

  1. Los átomos de soluto deben tener un radio menor que el 59% del radio de los átomos del disolvente. [5] [6]
  2. El soluto y el disolvente deben tener electronegatividad similar . [7]
  3. Factor de valencia: dos elementos deben tener la misma valencia. Cuanto mayor sea la diferencia de valencia entre los átomos del soluto y del disolvente, menor será la solubilidad.

Reglas de solución sólida para sistemas multicomponentes

Fundamentalmente, las reglas de Hume-Rothery están restringidas a sistemas binarios que forman soluciones sólidas intersticiales o sustitucionales. Sin embargo, este enfoque limita la evaluación de aleaciones avanzadas que comúnmente son sistemas multicomponentes. Los diagramas de energía libre (o diagramas de fase ) ofrecen un conocimiento profundo de las restricciones de equilibrio en sistemas complejos. En esencia, las reglas de Hume-Rothery (y las reglas de Pauling ) se basan en restricciones geométricas. Del mismo modo, los avances que se están realizando en las reglas de Hume-Rothery, donde se las considera como un criterio de contacto crítico descriptible con diagramas de Voronoi . [8] Esto podría facilitar la generación teórica de diagramas de fase de sistemas multicomponentes.

En el caso de las aleaciones que contienen elementos TM, existe una dificultad en la interpretación de la regla de concentración de electrones de Hume-Rothery, ya que los valores e/a para los metales de transición han sido bastante controvertidos durante mucho tiempo y aún no han surgido soluciones satisfactorias. [9] [10]

Véase también

Referencias

  1. ^ ab Callister, William D.; Rethwisch, David G. (enero de 2018). Ciencia e ingeniería de materiales: una introducción (10.ª ed.). Wiley. pág. 992. ISBN 978-1-119-40549-8.
  2. ^ Fundamentos de la ciencia y la ingeniería de los materiales , 4.ª ed., W. Smith y J. Hashemi, págs. 139-140 (2006).
  3. ^ Goodman, DA; Bennett, LH; Watson, RE (enero de 1983). "Efectos de valencia y solubilidades relativas en aleaciones de metales de transición". Scripta Metallurgica . 17 (1): 91–96. doi :10.1016/0036-9748(83)90077-7.
  4. ^ Bhadeshia, KDH "Solid Solutions: The Hume-Rothery Rules". Página de inicio del grupo PT (Phase Transformations) . Universidad de Cambridge . Consultado el 16 de agosto de 2024 .
  5. ^ "La Estructura de los Metales - Descarga de vídeo PPT en línea".
  6. ^ "Introducción las propiedades y el comportamiento de los metales (y aleaciones) dependen de su: Estructura Historial de procesamiento y composición Descarga de video PPT en línea de ingeniería".
  7. ^ "Reglas de Hume-Rothery". Enciclopedia científica de Van Nostrand . John Wiley & Sons, Inc. 2002.
  8. ^ Wang, Zhijun; Huang, Yunhao; Liu, CT; Li, Junjie; Wang, Jincheng (4 de abril de 2019), "Efecto del empaquetamiento atómico y del tamaño en la regla de Hume-Rothery", Intermetallics , 109 : 139–144, doi : 10.1016/j.intermet.2019.04.001, S2CID  141214774
  9. ^ Gao, Michael C (2016). Aleaciones de alta entropía: fundamentos y aplicaciones .
  10. ^ Mizutani, Uichiro; Sato, Hirokazu (enero de 2017). "La física de la regla de concentración electrónica de Hume-Rothery". Cristales . 7 (1): 9. doi : 10.3390/cryst7010009 . ISSN  2073-4352.

Lectura adicional