Solidlösning

Solidlösning är en homogen fast fas där atomer av ett eller flera ämnen är jämnt fördelade i ett kristallgitter hos ett huvudämne och där blandningen uppträder som ett enhetligt material. Lösningen uppstår när soluteten har tillräcklig likhet med lösningsmedlet i storlek, laddning och kristallstruktur så att atomerna kan placeras i gitterpositioner utan att bilda nya fasta faser. Till skillnad från flytande lösningar är temperatur och strukturavgörande för hur mycket av ett ämne som kan lösas i ett annat i fast fas.

Det finns två huvudsakliga mekanismer för solidlösning. Substitutionell solidlösning uppstår när solutetsatomer ersätter lösningsmedletsatomer i gittert, ofta när atomerna har liknande storlek och kemisk natur. Exempel är koppar-nickellegeringar eller plagioklaset i mineraler där natrium och kalcium kan ersätta varandra i det kristallina nätet. Interstitiell solidlösning uppstår när små solut-atomer ockuperar de interstitiella hålen i gitterstrukturen utan att byta plats med större gitteratomer. Ett klassiskt exempel är kol i järn, som bildar olika typer av stål.

Solubility limits och solvuskurvor beskriver hur mycket av ett ämne som kan lösas i ett annat vid olika temperaturer. Om lösligheten är fullständig över alla temperaturer sägs lösningen vara helt eller kontinuerligt lösbar; annars uppträder partiell lösning med två eller flera faser vid vissa temperaturer och sammansättningar. Solidlösningar påverkar materialens egenskaper såsom hårdhet, densitet, smältpunkt och strukturell stabilitet, och är central i mineralogi, metallurgi och materialdesign.