Что такое твёрдый раствор

Твёрдая оболочка Земли, других подобных планет и метеоритов состоит из минералов, преимущественно оксидов и силикатов, и за редким исключением они все представляют собой твердые растворы. Силикаты и оксиды примечательны своей способностью принимать в свою кристаллическую решётку множество разных элементов, и одновременно своей стабильностью при широких диапазонах давления и температуры.

Потенциал использования твёрдых растворов настолько велик и спектр их использования настолько разнообразен, что металлургия, химия, физика, материаловедение, минералогия, петрология и геохимия изучают твёрдые растворы методами науки термодинамики.

Определение

Твёрдый раствор это атомная смесь, твёрдая фаза, которая кристаллизуется в результате взаимодействия двух веществ: растворяемого и растворителя.

Классификация

Минералы, сплавы металлов, стёкла - это твёрдые растворы. Сюда же можно отнести лабораторные кристаллы, полупроводники, полимеры в виде пластмасс, ферриты.

Минералы

Гранаты (пироп, альмандин, спессартин, антрадит, гроссуляр, уваровит и другие). Представители класса силикатов гранаты стабильны при давлении в 1 атм, а композиционно сложные гранаты также стабильны в слое Голицына земной мантии в интервале глубин 410-670 км.

Сплавы металлов

Латунь (соединение бронзы и цинка CuZn),

Золото 585 пробы (58,5% золота Au, 41,5% долей меди, серебра, палладия, цинка, никеля. Бытует мнение, что избыточное количество никеля в золотом сплаве может вызывать контактный дерматит у тех, кто имеет к этому склонность).

Стёкла

Силикатные стекла (из расплава SiO2 и добавлением других элементов для придания нужных свойств, к примеру, прозрачное оконное стекло)

Лабораторные кристаллы

По физико-химическим свойствам аналогичны природным минералам.

Полупроводники

Полупроводники это материалы, при помощи которых можно проектировать сложную вычислительную технику. Они могут обладать свойствами как проводников, так и изоляторов в зависимости от окружающих условий. Полупроводники надежны в работе, энергетически эффективны и относительно недорого стоят.

Простые вещества-полупроводники:

кремний, германий, теллур, селен.

Соединения-полупроводники:

GaAsHgIn2Te4

Пластмассы

Полимеры - это вещества, состоящие из длинных макромолекул, в которых повторяющиеся мономеры соединяются химическими связями. После затвердения полимеров образуется пластмассы, к примеру PET полиэтилентерефталат (из него делают бутылки для молока и кефира).

Ферриты

Ферриты это сплавы оксидов железа и оксидов других металлов. Ферриты обладают выраженным ферромагнетизмом и служат хорошими магнитами для холодильников или компьютерной техники.

Статья о типах твёрдых растворов

Скрытокристаллическая форма минералов 

Скрытокристаллическая форма минералов, присущая в том числе агату, это микроскопически мелкие кристаллические структуры, плотные, состоящие из тонких волокон или зернышек, агрегатов. Невооруженным глазом можно увидеть только минеральную массу некоторой окраски, а сами кристаллы нет.Скрытокристаллическая форма указывает на тяжелые условия кристаллизации из перенасыщенного раствора, когда одновременно начинает формироваться настолько многокристаллов, что они подавляют рост друг друга. Перенасыщенный раствор образуется при недостатке жидкости.Слагаемые агатаАгат формируется по заданным правилам и можно выделить основные его признаки, но не существует двух абсолютно одинаковых агатов. Каждый агат - это удивительная шкатулка, наполненная своим набором минералов, но в рамках общих правил.ХалцедонОснова любого агата это минерал халцедон, скрытокристаллическая разновидность кремнезёма SiO2. Без халцедона нет агата, но бывает и просто халцедон сам по себе.Халцедон образуется при низкой температуре около 120 градусов Цельсия вблизи земной поверхности.

На первый взгляд халцедон кажется абсолютно гомогенным, но это не так. Он состоит из микроскопически малых волокон и зернышек, имеет поверхность, которая напоминает стеклянную голову, и часто имеет очень разнообразный цвет, потому что халцедон в силу своей волокнистой структуры легко прокрашивается и соединяется с другими минералами. Сам по себе халцедон сероватого цвета и тяготеет к образованию псевдосталактитов в жеодах. Ученые из МГУ заметили, что большинство жеод из серого халцедона имеют больше или меньше псевдосталактитов.

Слагаемые агата
Халцедон Основа любого агата это минерал халцедон, скрытокристаллическая разновидность кремнезёма SiO2. Без халцедона нет агата, но бывает и просто халцедон сам по себе. Старое русское название полосчатого халцедона - перелифть.
Халцедон образуется при низкой температуре около 120 градусов Цельсия вблизи земной поверхности. 

На первый взгляд халцедон кажется абсолютно гомогенным, но это не так. Он состоит из микроскопически малых волокон и зернышек, имеет поверхность, которая напоминает “стеклянную голову”, то есть почковидные агрегаты, и часто имеет разнообразный цвет, потому что халцедон в силу своей волокнистой структуры легко прокрашивается и соединяется с другими минералами. Сам по себе халцедон сероватого цвета и тяготеет к образованию псевдосталактитов в жеодах. Ученые из МГУ заметили, что большинство жеод из серого халцедона имеют псевдосталактиты.

Халцедоновые хитросплетения
Халцедон состоит из тончайших нитей. При изучении агатов с использованием поляризационного микроскопа минералоги обнаружили, что нити халцедона переплетены с нитями очень похожего минерала кремнезема - кварцина. Разница между ними только в том, что волокна халцедона вытянуты вдоль оси симметрии второго порядка L2, а волокна кварцина вытянуты вдоль оси L3, иными словами, волокна халцедона упорядочиваются горизонтально, а кварцина - вертикально.

Кварцин SiO2
Скрытнокристаллическая плотная разновидность SiO2 с волокнистым строением, волокна которого вытянуты вдоль оси L3. Бесцветные или бледные бело-серые агрегаты. Нити кварцина и нити халцедона переплетены друг с другом, но обычно в системе преобладает халцедон. Пишут, что халцедон выглядит более волокнистым по сравнению с похожим на капельки кварцином, но без поляризационного микроскопа увидеть эту разницу невозможно. Так что можно смело отнести эту разницу к дебрям познания агатогенеза.