Der Begriff der festen Lösung ist ein thermodynamischer Begriff. Es ist eine Mischung aus Reinsubstanzen, die einen homogenen Feststoff bilden .
Für eine Flüssigkeit ist der Begriff der Lösung sehr intuitiv: Wenn sich ein Körper in Lösung befindet, kann er im Lösungsmittel selbst unter einem optischen Mikroskop nicht unterschieden werden . Ansonsten sprechen wir von einem Niederschlag oder einer Emulsion .
Bei einem Festkörper ist der Fall etwas anders: In bestimmten Fällen ist der Festkörper im makroskopischen Maßstab homogen, aber das Mikroskop ermöglicht die Unterscheidung von zwei verschiedenen Phasen . Der Feststoff kann sich direkt in dieser Form gebildet haben ( eutektisch ); es kann sich aber auch als homogener Kristall gebildet haben ( Kristallisation ), wobei die anfängliche feste Lösung dann im Allgemeinen während eines langsamen Abkühlens ( Ablösen ) eine Entmischung erfahren hat .
Beispiele für feste Lösungen umfassen Salze und Mineralien, die aus einer flüssigen Lösung kristallisiert sind, und Metalllegierungen .
Im allgemeinen Fall erfolgt die feste Lösung in einem kristallinen Feststoff durch zwei Mechanismen:
In beiden Fällen handelt es sich um Punktfehler . Diese Mechanismen wurden vor allem studierte von William Hume-Rothery in der ersten Hälfte des XX - ten Jahrhunderts Silberlegierungen, Kupfer und Eisen sowie intermetallischen Verbindungen.
Der Fall von Eutektika und Eutektoiden ist anders. In diesen Fällen werden zwei verschiedene Phasen gebildet, eine Phase jeder Reinsubstanz A und B, aber die beiden Phasen sind innerhalb eines Korns eng miteinander verbunden. Zum Beispiel werden wir eine Folge von Blutplättchen (lamellares Eutektikum) haben, die einen Kristallit mit definierten Gelenken zu bilden scheinen , oder die Bildung von Fasern (Stäbchen, Nadeln, nadelförmiges Eutektikum) oder ausgerichteten Kügelchen (globuläres Eutektikum) einer Phase in den Zellen. Kristallite auf der anderen Seite.
Das Material ist dann im makroskopischen Maßstab homogen , im mesoskopischen Maßstab jedoch heterogen (Kristallitskala). Es verhält sich jedoch thermodynamisch wie eine einzelne Phase.
In Stahl liegt Kohlenstoff in fester Lösung in der Eisenmatrix vor . Der Ferrit und der Austenit sind feste Lösungen; Der Zementit ist eine chemisch definierte Verbindung , Eisencarbid, Fe 3 C.
Es wird gesagt, dass zwei oder mehr Mineralphasen eine feste Lösung bilden, wenn eine durch Substitution ihrer chemischen Elemente allmählich von einer zur anderen übergeht. Man spricht in diesem Fall eher von "isostrukturellen Reihen" oder " isomorphen Reihen ".
Beispiele:
Die Pole (Reinsubstanzen) wechseln ohne Übergang von flüssigem zu festem Verhalten.
Zwischenmaterialien sind bei sehr hohen Temperaturen vollständig flüssig. Der Temperaturabfall ist durch den Übergang in eine Übergangsdomäne und das Auftreten der ersten Kristalle gekennzeichnet. Diese Domäne ist durch die Liquidus- und Soliduskurven eines Phasendiagramms gekennzeichnet .
Wenn eine feste Lösung instabil wird - beispielsweise aufgrund eines Temperaturabfalls - findet eine Auflösung statt und die beiden Phasen trennen sich in Lamellen, die mikroskopisch, mesoskopisch oder makroskopisch sein können. Die Perthitensorte des alkalischen Minerals Feldspat ist ein Beispiel, bei dem sich dünne Schichten aus weißem Albit mit meist rosa Mikroklinen abwechseln . Dieses Phänomen tritt manchmal auch zwischen Pyroxenen auf .