無機化学 固溶体についての質問

質問

一般に固溶体の固溶組成範囲は温度の上昇と共に広くなるとのことなのですが、その理由が知りたいのですが、自分なりに調べてみたのですがわかりませんでした。わかる方がいらっしゃいましたらよろしくお願いいたします。

回答No.1

DexMachina

置換型固溶体は、溶媒となる結晶の中の原子の一部が溶質原子に置き換わったもの(原子半径が近い大きさ同士のとき)、侵入型固溶体は、溶媒となる結晶の中の原子の隙間に溶質原子が入り込んだものです。
(私は知りませんが、もし化合物による固溶体がある場合は、「原子」は「分子」等に読み替えて下さい)

どちらの固溶体でも、溶質濃度が薄いうちは均一に分散した状態でいられますが、溶質濃度が上がるにつれて、溶質原子同士が隣り合う確率が高まります。
ここである数以上に溶質原子が集まり、「溶質同士の親和度」が「溶質-溶媒間の親和度」に比べてある程度以上に大きいと(「親和度が大きいためにある数以上凝集」といった方が正しいかもしれませんが)、溶質原子の結晶化が起こり、固溶体ではなくなります。
(なお、上記2つの親和度がほぼ同等の組み合わせの場合、比率によらず固溶体形成が可能な「全率固溶体」になります)

ところでこの「溶質の結晶化」には、溶質原子の再配列が必要になります(→この際に生じる歪みは、例えば合金材料の機械強度の低下などに繋がります)。
一方、温度による熱振動は分散状態を助長し、再配列(結晶化)を阻害します。

このことにより、固溶体の固溶組成範囲は、高温であるほど広くなると考えられます。

・・・長々と書きましたが、つまりは多くの固体溶質の溶解度が温度に依存するのと同じ、ということですね。

お礼

なんとなくわかったような気がします。ありがとうございました。