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A adição de átomos impurezas a um metal resultará na formação de uma solução sólida
e/ou uma nova segunda fase, dependendo dos tipos de impurezas, suas concentrações, e a
temperatura da liga. A presente discussão é concernente à noção de uma solução sólida; tratamento
da formação de uma nova fase é deferida ao Capítulo 9.
Vários termos relacionados a impurezas e soluções sólidas merece menção. No que se
refere a ligas, soluto e solvente são termos que são comumente empregados. "Solvente" representa
o elemento ou composto que está presente na máxima quantidade; ocasionalmente, átomos
solventes são denominados átomos hospedeiros. "Soluto"é usado para denotar um elemento ou
composto presente numa menor concentração.
Soluções Sólidas
Uma solução sólida se forma quando, como átomos solutos são adicionados ao material hospedeiro,
a estrutura cristalina é mantida, e nenhuma estrutura nova é formada. Talvez seja útil traçar uma
analogia com uma solução líquida. Se dois líquidos, solúveis entre si (tal como água e álcool) são
combinados, uma solução líquida é produzida à medida em que as moléculas se intermisturam, e sua
composição é homogênea em toda a sua extensão. Uma solução sólida é também
composicionalmente homogênea; os átomos impurezas são randomicamente e uniformemente
dispersos dentrodo sólido.
Defeitos de ponto de impurezas são encontrados em soluções sólidas, que são de 2 tipos:
substitucionais e intersticiais.. Para soluções sólidas substitucionais, os átomos de soluto ou de
impureza substituem os átomos hospedeiros (Figura 4.2). Existem várias características dos átomos
do soluto e do solvente que determinam o grau até onde o primeiro se dissolve no segundo. Uma é
o fator de tamanho atômico; apreciáveis quantidades de um soluto podem ser acomodadas neste
tipo de solução sólida apenas quando a diferença em raios atômicos entre os 2 tipos de átomos é
menor do que cerca de "15%. Do contrário, átomos do soluto criarão substanciais distorções de
rede nova fase se formará. Uma outra característica é denominada fator eletroquímico; quanto mais
eletropositivo um elemento e quanto mais eletronegativo o outro elemento, tanto maior é a
probabilidade de que eles irão formar um composto intermediário em vez de uma solução sólida
substitucional. Em adição, as valências relativas dos 2 tipos de átomos irá também uma influência.
Outros fatores sendo iguais, um metal terá maior tendência a se dissolver num outro metal de maior
valência do que num metal de menor valência. Um requisito final para solubilidade sólida completa é
que as estruturas cristalinas para metais de ambos os tipos de átomos sejam as mesmas.
Figura 4.2 - Representações esquemáticas bidimensionais de átomos substitucionais e de átomos de
impureza intersticiais. (Adaptado a partir de W.G. Moffatt, G.W. Pearsall, e J.Wulff, The Structure
and Properties of Materiails, vol. I, Structure, p.77, Copyright 1964 por John Wiley & Sons,
New York, Reimpresso por permissão de John Wiley & Sons, Inc.).
Um exemplo de uma solução sólida substitucional é encontrada para cobre e níquel. Estes
2 elementos são completamente solúveis entre si em todas as proporções. Em relação às referidas
regras que governam o grau de solubilidade, os raios atômicos do cobre e do níquel são 0,128 e
0,125 nm (1,28 e 1,25D), respectivamente; suas eletronegatividades são 1,9 e 1,8 (Figura 2.7); e