Question

固溶体的概念

Answer 1

固溶体(solid solution)的现代(或者说广义的)概念是指:由一种或多种被视为溶质的元素或化合物，混溶于作为固态溶剂的单质或化合物之晶格中而组成的呈单一均匀相的晶体;且其溶质与溶剂的组分含量比，能在相当宽的、乃至整个的范围内连续变化而并不导致溶剂的晶体结构发生质变团并。此概念与早期(或狭义的)概念的差异，主要在于其溶质或溶剂的范围都已扩大到了化合物，且所组成的固溶体也不再局限于合金相。

固溶体中，其溶质与溶剂间能以任意的组分含量比混溶者称为完全固溶体(completesolid solution)，与完全类质同像系列相当;反之则称为有限固溶体(limited solid solution)，与不完全类质同像系列相当。此外，溶质原子若是以替代的方式占据溶剂晶格本身的固有虚或余结构位置者，称为替位固溶体(substitutional solid solution，亦称代位或置换固溶体)，它等价于典型的类质同像混晶;若为充填于溶剂晶格内的间隙位置中者(这些空隙位置在正常的晶格中是不被原子占据的)，则称填隙固溶体(interstitial solid solution，亦称间隙固溶体)。后者都是由C、B、N或H等半径很小的非金属原子，随机地分布于过渡元素金属的晶格间隙中所形成的合金有限固溶体，例如碳素钢就是仅由C原子充填于α-Fe立方体心晶格或γ-Fe立方面心晶格的八面体空隙中所成。此外还有所谓的缺位固溶体(omission solid solution)，即溶剂晶格中原子的固有结构位置上出现空位的固溶体。但它实际上只是替位固溶体的一种特殊形式，就像异价类质同像中的磁黄铁矿实例那样。此外，在有的学科中差滚还有一种所谓的“有序固溶体”(orderedsolidsolution)，但是它的化学组成是基本固定的，而且呈有序结构，所以它并不符合固溶体的定义。之所以在传统上称它为“有序固溶体”，是因为当其处于有序-无序转变(参见8.8.2小节之(3))温度以上时，它将呈无序结构并成为真正的固溶体，故而相对地称其有序结构为有序固溶体，但这并不意味着它是真正的固溶体。

综上所述可见，类质同像与固溶体两者间的现代概念基本上是一致的，但严格说来类质同像混晶只与替位固溶体等价;而与填隙固溶体等价的“类质同像混晶”，目前从概念到实例都还值得商榷。

近年来西方矿物学界趋向于采用“固溶体”这一术语来取代“类质同像性”。其起因是由于英语中的“isomorphism”(直译即“同形性”)从字面上看含义不清，易于与“isostractural”(等结构)和“isotypic”(等［结构］型)等混淆。不过在汉语中，因为中国矿物学家从一开始就把“isomorphism”和与之对称的“polymorphism”(直译应为“多形性”)分别意译为“类质同像”和“同质多像”，因而并不存在可能混淆乃至必须更名的问题。

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