solideoplossing

Solideoplossing, of solide oplossing, is een homogeen vast materiaal waarin atomen van een opgeloste stof (solute) zich door het kristalrooster van een solvent verdelen. Het resultaat is een vaste fase met een uniforme atoomverdeling, zodat op macroniveau geen onderscheidbare afzonderlijke fasen zichtbaar zijn. De mate waarin een stof in oplossing gaat, hangt af van temperatuur en samenstelling en kan worden weergegeven in fase- en oplosdiagrammen.

Er bestaan twee hoofdtypen. Bij substitutionele solide oplossingen vervangen atomen van de opgeloste stof enkele of meerdere roosterpunten van het solvent, terwijl bij interstitiële solide oplossingen kleinere atomen tussen de bestaande roosteratomen blijven zitten in de interstitiële ruimten. In metalen komen beide vormen veel voor; bij metalen legeringen spelen factoren zoals atoomgrootte, kristalstructuur en binding een belangrijke rol.

De oplosbaarheid is temperatuurafhankelijk. Bij hoge temperatuur kunnen meer atomen in oplossing blijven; bij afname van de temperatuur nemen oplosingen af en kunnen fasen uitkristalliseren. Fase-diagrammen bevatten meestal een solvus-lijn dat de grens aangeeft tussen enkelvoudige en twee-fase-regio’s. Bij substitutionele oplossingen zijn onder andere de Hume-Rothery-regels van belang, die voorschrijven dat oplosbaarheid groter is wanneer atoomgrootte vergelijkbaar is, de kristalstructuur overeenkomt, en elektronegativiteit en valentie passen.

Eigenschappen van solide oplossingen worden vaak aangepast door solid-solution strengthening, waarbij lattice-verstoringen de beweging van dislociaties belemmeren en zo de sterkte verhogen. Voorbeelden zijn koper-zink (gebruikt in brass) als substitutieoplossing, en ijzer met koolstof als interstitiële oplossing. Solideoplossingen spelen een cruciale rol bij legeringen en materialenontwerp.