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Reglas Hume-Rothery

Las reglas de Hume-Rothery son un conjunto de reglas básicas que describen las condiciones bajo las cuales un elemento puede disolverse en un metal , formando una solución sólid...

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Las reglas de Hume-Rothery son un conjunto de reglas básicas que describen las condiciones bajo las cuales un elemento puede disolverse en un metal , formando una solución sólida . Las reglas reciben su nombre del metalúrgico William Hume-Rothery , quien las enumeró en 1926. [ 1 ] Existen dos conjuntos de reglas: uno se refiere a soluciones sólidas sustitucionales y el otro a soluciones sólidas intersticiales .

Reglas de solución sólida por sustitución

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%: [ 2 ]
    % diferencia=(rsustancia disoluta−rsolventersolvente)×100%≤15%.{\displaystyle \%{\text{ diferencia}}=\left({\frac {r_{\text{soluto}}-r_{\text{disolvente}}}{r_{\text{disolvente}}}}\right)\times 100\%\leq 15\%.}
  2. Las estructuras cristalinas del soluto y del disolvente deben ser similares.
  3. La solubilidad completa se produce cuando el disolvente y el soluto tienen la misma valencia . [ 3 ] Es más probable que un metal disuelva un metal de mayor valencia que viceversa. [ 2 ] [ 4 ] [ 5 ]
  4. El soluto y el disolvente deben tener electronegatividades similares . Si la diferencia de electronegatividad es demasiado grande, los metales tienden a formar compuestos intermetálicos en lugar de soluciones sólidas.

Reglas de solución sólida intersticial

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

  1. Los átomos del soluto deben tener un radio menor que el 59% del radio de los átomos del disolvente. [ 6 ] [ 7 ]
  2. El soluto y el disolvente deben tener electronegatividad similar . [ 8 ]
  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 se limitan a sistemas binarios que forman soluciones sólidas sustitucionales o intersticiales. Sin embargo, este enfoque restringe la evaluación de aleaciones avanzadas, que suelen ser sistemas multicomponentes. Los diagramas de energía libre (o diagramas de fases ) ofrecen un conocimiento profundo de las restricciones de equilibrio en sistemas complejos. En esencia, las reglas de Hume-Rothery (y las de Pauling ) se basan en restricciones geométricas. Asimismo, se están realizando avances en las reglas de Hume-Rothery, donde se consideran como un criterio de contacto crítico descriptible con diagramas de Voronoi . [ 9 ] Esto podría facilitar la generación teórica de diagramas de fases de sistemas multicomponentes.

Para las aleaciones que contienen elementos de metales de transición, existe una dificultad en la interpretación de la regla de concentración electrónica de Hume-Rothery, ya que los valores de e/a (número de electrones itinerantes por átomo) para los metales de transición han sido bastante controvertidos durante mucho tiempo, y aún no han surgido soluciones satisfactorias. [ 10 ] [ 11 ]

Véase también

Referencias

  1. ↑ Graef, Marc De; McHenry, Michael E. (30 de agosto de 2007). Estructura de los materiales: Introducción a la cristalografía, la difracción y la simetría . Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-65151-6.
  2. 1 2 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.
  3. ↑ Fundamentos de la ciencia e ingeniería de materiales , 4.ª ed., W. Smith y J. Hashemi, págs. 139-140 (2006).
  4. ↑ 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 .
  5. ↑ Bhadeshia, KDH "Soluciones sólidas: Las reglas de Hume-Rothery" . Página principal del grupo PT (Transformaciones de fase) . Universidad de Cambridge . Consultado el 16 de agosto de 2024 .
  6. ↑ "La estructura de los metales - Descarga en línea del vídeo PPT" .
  7. ↑ "Introducción: las propiedades y el comportamiento de los metales (y aleaciones) dependen de su: Estructura, historial de procesamiento y composición. Descarga en línea del video PPT de ingeniería" .
  8. ↑"Hume-Rothery Rules". Van Nostrand's Scientific Encyclopedia. John Wiley & Sons, Inc. 2002.
  9. ↑Wang, Zhijun; Huang, Yunhao; Liu, C. T.; Li, Junjie; Wang, Jincheng (4 Apr 2019), "Atomic packing and size effect on the Hume-Rothery rule", Intermetallics, 109: 139–144, doi:10.1016/j.intermet.2019.04.001, S2CID 141214774
  10. ↑Gao, Michael C (2016). High-Entropy Alloys: Fundamentals and Applications.
  11. ↑Mizutani, Uichiro; Sato, Hirokazu (January 2017). "The Physics of the Hume-Rothery Electron Concentration Rule". Crystals. 7 (1): 9. doi:10.3390/cryst7010009. ISSN 2073-4352.

Further reading

  • Bhadeshia, H. K. D. H."Solid Solutions: The Hume-Rothery Rules". Retrieved 2007-11-24.
  • Mizutani, Uichiro (2010). Hume-Rothery Rules for Structurally Complex Alloy Phases. Taylor & Francis. ISBN 978-1-4200-9058-1.