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Les alliagesinterstitiels se forment lorsque les éléments mélangés dans l'alliage ont des rayons atomiques différents, et que les atomes plus petits remplissent les espaces interstitiels (trous) dans la structure du réseau des atomes plus grands.
Les alliagessubstitutifs se forment lorsque les éléments mélangés dans l'alliage ont des rayons atomiques similaires. Les atomes d'un élément peuvent se substituer à la structure du réseau cristallin de l'autre élément.
- Cet article est consacré aux alliages substitutifs et interstitiels.
- Nous allons commencer par expliquer ce que sont les alliages interstitiels et substitutifs
- Ensuite, nous comparerons les alliages interstitiels et substitutifs et nous examinerons les différences essentielles entre eux.
- Ensuite, nous ferons une plongée en profondeur dans les avantages des alliages de substitution
- En nous appuyant sur notre base de connaissances de ces alliages, nousétudierons ensuiteles propriétés des alliages interstitiels et substitutifs
- Enfin, nous examinerons des exemples d'alliages substitutifs et d'alliages interstitiels .
Si tu n'es pas familier avec la structure du réseau cristallin des métaux et des alliages, consulte la rubrique Structure des métaux et des alliages avant de poursuivre !
Les alliages interstitiels et substitutifs expliqués
Lorsqu'un métallurgiste mélange des métaux, est-ce par hasard qu'ils forment des alliages utiles ? Non ! Si les métaux et autres éléments ont été fondus et sont mélangés dans leur phase liquide, la taille relative de leurs atomes peut être utilisée pour déterminer le type d'alliage qui se formera.
Si les atomes des éléments mélangés ont des rayons différents, des alliages interstitiels se formeront. C'est le cas de l'acier composé de fer et de carbone ; les atomes de carbone, beaucoup plus petits, remplissent les minuscules espaces entre le réseau cristallin des atomes de fer.
Si les atomes des métaux mélangés ont des rayons similaires, des alliages de substitution se formeront. Le plus vieil exemple d'alliage de substitution est le bronze, composé de cuivre et d'étain. Certains des atomes de cuivre du réseau sont remplacés par des atomes d'étain !
Mais à quoi ressemble cette différence de taille atomique dans l'arrangement atomique de ces alliages ? Examinons la composition atomique de l'acier par rapport à celle du bronze pour le savoir !
Fig. 1 : L'arrangement atomique de l'acier interstitiel et de l'alliage de bronze substitutif, StudySmarter Original.
Rappelle-toi que même si les alliages ont des rapports spécifiques d'éléments, il n'y a souvent pas de composition atomique fixe, ce qui explique pourquoi les atomes d'étain et de carbone sont répartis de façon aléatoire dans les deux images !
Compare les alliages interstitiels et substitutifs
Même si les alliages interstitiels et substitutifs sont tous deux des types d'alliages, nous avons déjà vu une différence significative dans la façon dont ils se forment ! Le tableau ci-dessous répertorie les autres différences essentielles entre ces alliages.
Alliages substitutifs | Alliages interstitiels | |
Substitution d'atomes | Remplissage interstitiel | |
Taille des atomes | Atomes de taille relativement identique | Atomes de taille différente Il doit y avoir une différence de taille d'au moins 15 %. |
Types d'éléments | Se produit généralement entre les métaux | En général, un métal a de gros atomes et un autre élément plus petit qui remplit les espaces interstitiels. |
Propriétés comparées aux métaux *nous allons plus en détail à la fin | Résistant à la corrosion, point de fusion plus bas, dureté accrue | Moins malléable, moins ductile, dureté accrue, point de fusion plus élevé |
Tableau 1. Comparaison des alliages substitutifs et interstitiels, StudySmarter Original.
Un moyen facile de se souvenir de la différence entre les alliages interstitiels et les alliages substitutifs est de regarder leurs noms !
Substitutionnel= Substituer desatomes de même taille
Interstitiel= Atomes de taille incohérente dans les espaces
Avantages des alliages substitutifs
Lesalliages substit utifs ne sont pas seulement des concepts chimiques, ils ont aussi joué un rôle important dans l'histoire de l'humanité. Savais-tu que le plus ancien alliage de substitution connu porte le nom d'un âge entier de l'histoire ? C'est l'âge du bronze ! À l'âge du bronze, la combinaison de l'étain et du cuivre pour créer le bronze s'est avérée plus solide et plus dure que le cuivre seul, ce qui a entraîné une explosion des armes et des outils en bronze. À l'époque moderne, le bronze est utilisé dans des objets allant des vis aux statues !
Lebronze peut être utilisé pour fabriquer des statues, des armes et des instruments.
À l'époque moderne, les avantages des alliages de substitution sont visibles dans les bijoux en argent sterling (argent et cuivre) qui remplissent les bijouteries et dans les instruments, les statues et les vis en bronze. Dans tous ces exemples, les avantages généraux des alliages de substitution sont qu'ils sont plus durs, plus résistants et plus durables que les métaux purs ! Nous allons approfondir ces points en examinant les propriétés des deux types d'alliages.
Propriétés des alliages interstitiels et substitutifs
Lorsque des alliages sont créés, ils conservent et améliorent les propriétés métalliques, et ces propriétés peuvent être facilement manipulées ! Jusqu'à présent, nous avons fait allusion aux diverses propriétés des alliages interstitiels et substitutifs, telles que la malléabilité, la durabilité et la résistance. Nous allons maintenant examiner ces propriétés et leur base chimique plus en détail !
Les alliagesinterstitiels ont tendance à être :
Moins malléables et ductiles.
Plus durs.
Plus résistants à la corrosion.
Ont un point de fusion plus élevé.
Les alliagessubstitutifs ont tendance à :
Rester malléables et ductiles.
Être plus durs.
Être plus résistants à la corrosion.
Avoir un point de fusion plus bas.
La plupart des métaux ne sont pas aussi utiles à l'état pur. Par exemple, l'or pur 24 carats est beaucoup trop mou et malléable pour les bijoux, c'est pourquoi l'or est généralement allié à l'argent, au cuivre, au nickel et à d'autres métaux pour le renforcer.
Nous pouvons constater que les alliages, quel que soit leur type, sont souvent plus durs et plus résistants à la corrosion que le métal pur sur lequel ils reposent. C'est l'une des principales raisons pour lesquelles les alliages sont formés. Les métaux purs sont chimiquement réactifs et se corrodent rapidement. Les alliages peuvent tous deux être conçus pour résister à la corrosion. Le fer en est un exemple. Le fer est très doux, malléable à chaud et rapide à rouiller (se corroder). Lorsqu'il est allié à du nickel et du chrome, il devient de l'acier inoxydable qui est nettement plus dur et plus résistant et qui ne rouille pas.
Comme les alliages interstitiels contiennent des atomes de taille différente, la structure du réseau cristallin est plus rigide, ce qui rend plus difficile le déplacement des atomes. Les alliages sont donc plus durs et moins malléables et ductiles.
Rappelle-toi que la malléabilité désigne la capacité d'un métal à être martelé en feuilles sans se briser, et la ductilité désigne la capacité d'un métal à être étiré en un fil fin. Ces deux propriétés indiquent essentiellement le degré de souplesse et de moulabilité d'un métal.
Exemples d'alliages substitutifs et d'alliages interstitiels
Tout au long de cette explication, nous avons mentionné quelques exemples de différents alliages ! Nous terminerons par une plongée en profondeur dans les exemples les plus courants d'alliages substitutifs et interstitiels et leurs utilisations !
Les alliages substitutifs les plus courants sont :
Le bronze, qui est généralement composé de 78 à 95 % de cuivre et de 5 à 22 % d'étain, est utilisé dans les métaux de récompense, les instruments de musique, les vis et les statues.
L'argent sterling, généralement composé d'environ 93 % d'argent et de 7 % de cuivre, est utilisé pour les bijoux, les instruments et les ustensiles de cuisine.
Le laiton, généralement composé de 60 à 90 % de cuivre et de 10 à 35 % de zinc, est utilisé pour les instruments de musique, les poignées de porte et les serrures.
Voici quelques alliages interstitiels courants :
L'acier, 99 % de cuivre et 1 % de carbone, utilisé dans les objets de la vie quotidienne tels que les ustensiles, les routes, les ponts.
La fonte, 96-98 % de fer et 2-4 % de carbone, utilisée dans les poêles en fonte.
Nous avons terminé notre tour d'horizon des alliages. Tu devrais maintenant être capable de faire la différence entre les alliages substitutifs et interstitiels au niveau atomique et de connaître leurs propriétés ! Avec un peu de chance, tu as appris que de nombreux objets de notre vie quotidienne sont créés à partir d'alliages !
Alliages substitutifs et interstitiels - Principaux enseignements
- Un alliage substitutif se forme lorsque des éléments dont les atomes ont des rayons atomiques similaires sont mélangéset que les atomes d'un élément remplacent les atomes d'un autre élément.
- Il est généralement composé de métaux.
- Le bronze et le laiton en sont des exemples.
- Les alliages interstitiels se forment lorsque les éléments mélangés ont des rayons atomiques différents et que les atomes plus petits remplissent les espaces interstitiels (trous) dans la structure du réseau des atomes plus grands.
- Ils sont généralement composés de métaux et de non-métaux.
- L'acier en est un excellent exemple.
- Lesalliages interstitiels ont tendance à être moins malléables et ductiles, tandis que les alliages substitutifs restent malléables et ductiles.
- Les deux types d'alliages peuvent être créés pour être résistants à la corrosion, plus durs et plus solides que le métal de base pur.
Références
- "6.7A : Les alliages de substitution". Chemistry LibreTexts, Libretexts, 12 déc. 2016
- Brown, Theodore L, H E. LeMay, Bruce E. Bursten, Catherine J. Murphy, Patrick M. Woodward et Matthew Stoltzfus. Chemistry : The Central Science. , 2018.
- Description du cours et de l'examen AP Chemistry, en vigueur à l'automne 2020. (s.d.). 31 mai 2022, à partir de https://apcentral.collegeboard.org/pdf/ap-chemistry-course-and-exam-description.pdf?course=ap-chemistry
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