許多過渡金屬離子存在一種以上的價態，其化合物往往是非化學計量的，可以在一定組成範圍記憶體在，因此，彼此容易形成固溶體。雙重取代是固溶體中的概念，是指在固溶體中有兩種元素被同時取代的現象。例如，在人造橄欖石Mg2SiO4中，Mg2+可以被Fe2+取代，同時Si4+被Ge4+取代，從而得到新的固溶體。鈣長石與鈉長石形成全組成範圍的固溶體；為了保持電中性，要求Na取代Ca、Si取代Al兩種取代同時發生，並且取代到相同的程度。
基本介紹
- 中文名：雙重取代
- 外文名：double replacement
- 釋義：固溶體中有兩種元素被同時取代
- 領域：工程材料學
概述,類型,影響因素,原子尺寸因素,電子濃度因素,電負性因素,
概述
液體中有純淨液體和含有溶質的液體之分，固體中也有純晶體和含有外來雜質原子的固體溶液之分。我們把含有外來雜質原子的晶體稱為固體溶液，簡稱固溶體。為了便於理解，可以把原有的晶體看做溶劑，把外來原子看做溶質，這樣可以把生成固溶體的過程，看成是個溶解過程。如果原始晶體為AC和BC，生成固溶體之後，化學式可以寫成(AxBy)C。
類型
兩種固體物質的質點在晶體格子中互相取代而不破壞其結構所形成的固溶體。又可分為同價離子的取代和異價離子的取代。例如，偏矽酸鹽MgO ·SiO2晶體中的Mg可被Fe、Ca等取代形成固溶體，就是同價離子的取代。鈉長石一鈣長石（Na[AlSi3O3]—Ca[Al2Si2O3]）形成的固溶體，則是離子的復取代Na+Si⇌Ca+Al，一價Na與二價Ca取代，四價的Si與三價的Al取代，取代的離子電價不同，但取代後的總電價是相等的，這就是異價取代。取代固溶體又稱取代固溶體。溶質質點取代溶劑晶格中的部分質點而成的固溶體。通常兩物質的化學式相似、離子半徑相近、結構相同時才能形成。
固相溶劑中部分質點被溶質質點取代而成的固態溶液。通常兩物質結構類型相同，價數相同，化學性質相似，取代質點大小相似時易於形成取代固溶體。按取代程度可分為連續固溶體和有限固溶體兩類。形成無限固溶體時質點大小（離子半徑大小）之差一般<15%。例如Cr3+和Al3+可無限取代成鉻剛玉，而Mg2+只能有限地取代CaO晶格中的Ca2+，形成有限固溶體。
影響因素
原子尺寸因素
形成合金的元素的原子尺寸差如大於14%～15%時，不利於形成固溶體，固溶解度很小；反之，固溶度由其他因素決定。一般理解為因為溶質原子的溶入，會導致晶格畸變，而原子尺寸相差越大，畸變越嚴重，使
一般理解為因為溶質原子的溶入，會導致晶格畸變，而原子尺寸相差越大，畸變越嚴重，使溶解度下降。在固溶體中，由於溶質原子的存在及其尺寸差別，將使周圍溶劑原子排列的規律性在一定範圍內受到不同程度的干擾，並引起彈性應變——點陣畸變。
對於取代固溶體，若溶質原子尺寸大於溶劑原子，則使周圍點陣發生膨脹位移；反之，將引起收縮，如圖1所示。在間隙固溶體中，溶質原子尺寸多大於點陣間隙，故通常使點陣發生膨脹變化。溶質原子所引起的點陣畸變，可由原子的平均靜位移表達。
電子濃度因素
一些合金相的固溶度及中間相的穩定性與自由濃度相關，其溶解度受電子濃度控制。一般固溶體的電子濃度是有限度的，如貴金屬最大固溶度電子濃度小於1.4，超越極限電子濃度後，產生中間相，合金相結構發生改變。
一般來說，當異類原子價電子數相差較大時，有利於形成金屬化合物，其相結構多與電子濃度有一定對應關係；反之，有利於形成固溶體。
電負性因素
電負性表示組元吸引電子的能力。電負性大的元素成為負離子，電負性小的成為正離子。通過人為規定F的電負性為4，以此為標準各元素的電負性數值可查。電負性大小與元素在周期表中的位置有關，呈現一定的周期性變化。往往溶解度隨電負性差的減小而增大。當然，此概念更適合於金屬間化合物。
其次還有合金相的自由能影響，如形成穩定的中間相系統的自由能下降，相應的一次固溶體合金相的固溶度就下降；晶體結構影響因素，點陣相同的組元有利於溶解度的增加。
