Смотря на твердое вещество, трудно представить, что оно может иметь разные фазы. Это – так! При сплавлении двух твердых веществ друг с другом образуется твердая фаза, которая может быть твердым раствором, промежуточной фазой или химическим соединением.
Научное определение твердых растворов такое: твердые растворы – это фазы, в которых атомы одного вещества расположены в кристаллической решетке другого, не меняя ее типа. Поэтому вещество, кристаллическая решетка которого сохраняется после сплавления, называют растворителем. Твердые растворы образуются только из ионных соединений. В зависимости от расположения растворенного вещества различают растворы внедрения, вычитания или замещения. Чаще всего расположение атомов растворенного вещества носит хаотический характер.

Твердые растворы внедрения



Этот тип образуется, если размеры частичек растворенного вещества меньше размера кристаллической решетки, что обеспечивает стабильно положение в междоузлиях. Примеры твердых растворов внедрения – это все соединения, образованные элементами с малыми атомными радиусами с металлами переходных групп. Самый распространенный раствор внедрения – углерод в железе или водород в платине. Устойчивость таких растворов обеспечивается малым радиусом растворенного вещества, из-за которого не слишком смещаются окружающие атомы растворителя в кристаллической решетке и который не позволяет соприкасаться с ними.

Твердые растворы вычитания



Данный тип твердых растворов образуется только из химических соединений, например, раствор кислорода в оксиде железа (FeO). Раствор вычитания характеризуется наличием металла с разной валентностью.
Вышеуказанный оксид железа является типичным примером твердого раствора вычитания. В нем все кислородные позиции занятны, но часть позиций ионов железа свободна. Кислород заполняет свободные вакансии. В этом примере рассмотрен случай с дефектной металлической подрешеткой, но дефектной может быть и неметаллическая подрешетка. Например, существует ряд оксидов титана с содержанием кислорода 38-56%. С увеличением содержание титана, увеличивается количество дефектов в кислородной подрешетке. С уменьшением содержания титана уменьшается общее количество дефектов, что приводит к равномерному распределению их между подрешетками. Однако в оксидах с максимальным содержанием кислорода дефекты полностью расположены в металлической подрешетке.

Твердые растворы замещения



В данном типе твердого раствора ионы одного элемента замещаются ионами сродного другого элемента. Такие растворы образуются при совпадении зарядов и размеров обменивающихся частичек. Распределение растворенного вещества в кристаллической решетке происходит хаотическим образом. Пример твердого раствора замещения – это система NaCl – KCl , в которой калий замещает натрий.