상태도 분석 8) 고용체(치환형고용체,침입형고용체) / 전율고용체

고용체는 성분이 둘 이상인 균일한 단상을 의미합니다. 고용체를 구성하는 두 성분에서 비율이 큰 원자나 화학종을 용매라고 하고 비율이 낮은 다른 한 원자나 화학종을 용질이라고 합니다. 고용체의 기지는 용매에 해당하는 원자(용매원자)가 구성한다면, 용질에 해당하는 원자(용질원자)는 결정구조에서 용매원자를 치환하거나 용매원자 사이 빈 자리에 들어가게 됩니다.

교용체의 종류에는 크게 치환형 고용체와 침입형 고용체가 있는데,

 

- 치환형고용체

 

치환형 고용체의 경우 용질원자가 용매원자를 치환하여 그 자리를 점유하는 경우입니다.

이때 치환의 조건이 있는데 그 조건에 대한 규칙이 hume-rothery 규칙입니다.

이 규칙에 의하면 4가지 조건에 의해 치환이 잘 될 수 있습니다.

 

1) 원자 (이온) 크기

용매와 용질 원자나 이온의 크기 차이가 대략 15%이내에서 치환이 가능합니다.

2) 화학 친화도 (chemical affinity)

용매와 용질 원자는 화학 친화도의 차이가 클수록 고용도가 낮아지고, 서로 결합하여 중간 화합물을 생성하는데,

반대로 두 원자의 화학 친화도가 비슷하면 고용도가 높아지고, 고용체가 됩니다.

전기음성도는 화학친화도를 나타내는 변수로 흔히 쓰입니다.

3) 원자가 

두 원자는 원자가의 차이가 크면 치환이 잘 일어나지 않습니다. 이때 원자가가 더 낮은 금속이 더 높은 금속에 용해하는 양보다 더 높은 금속이 원자가가 더 낮은 금속에 용해하는 양이 더 많습니다.

4) 결정구조

고용체에서 두 단조성 상의 결정구조가 유사할수록 치환이 완전하게 일어납니다.

 

-침입형 고용체

 

용질원자는 결정구조에서 용매원자 사이 빈자리를 채우게 됩니다. 원자 반경이 작은 비금속 원자들이 흔히 침입하여 침입형 고용체를 만들게 됩니다.

 

- 전율고용체

고용체에서 모든 중간조성에서 고용체가 되는 경우를 전율고용체라고 하는데, 이 경우를 살펴보도록 하겠습니다.

전율고용체는 모든 중간 조성에서 완전하게 용융하여 응고 과정에서 액상의 조성은 액상선을 따르고, 고상인 고용체의 조성은 고상선을 따르게 됩니다.

이를 그림으로 살펴보면 굉장히 간단한 그래프인

다음과 같은 그래프가 형성됩니다. 왼쪽의 선이 액상선, 오른쪽의 선이 고상선이 됩니다.