Твердые растворы. 
Химия

Многие изоморфные вещества вследствие взаимного замещения частиц в узлах кристаллической решетки способны кристаллизоваться совместно с образованием общей кристаллической решетки, узлы которой заняты различными частицами (рис. 9.5). В результате образуются твердые растворы замещения — смешанные кристаллы переменного состава с общей кристаллической решеткой.

Твердые растворы другого типа — растворы внедрения — образуются при сильно различных радиусах частиц, но при условии, что размеры пустот между узлами решетки близки к размерам внедряющейся частицы. Для образования твердых растворов внедрения важно, чтобы размер внедряющегося атома был меньше размера пустоты и составлял примерно 0,6 размера атома кристаллической решетки.

Рис. 95. Фрагмент кристаллической ячейки:

а — растворитель; б — твердый раствор замещения; в — твердый раствор внедрения Кварц Si0₂ — прозрачные бесцветные кристаллы, но кварц приобретает розовую окраску при внедрении в него ионов фосфорных кислот, желтую окраску — от внедренных ионов Fe³ а фиолетовый кварц содержит необычные ионы Fe⁴⁺ (драгоценный камень аметист).

Твердые растворы льда неизвестны, так как в природе не существует подобных ему веществ. Благодаря этому лед практически не растворяет другие вещества, и чистую воду из соленой воды можно получать замораживанием с последующим отделением льда и его расплавлением.

К твердым растворам можно отнести вещества типа соединений графита переменного состава, образующиеся при вхождении атомов или молекул одного вещества между слоями кристаллической решетки другого вещества. Подобные соединения иногда называют слоистыми клатратами.

Гелий получают из природных газов, содержащих до 7% Не. Но гелий встречается также и в минералах — монаците (Се, La, Y, Th) P0₄, торианите Th0₂ и других (до 10,5 л/кг), где он, образовавшись при распаде ядер урана и ядер других альфа-радиоактивных элементов, удерживается в пустотах кристаллической решетки.

Благодаря образованию твердых растворов соосаждением или удаляют из раствора нежелательную примесь, или получают чистое вещество. Так, удаление опасного радиоактивного изотопа ^!WSr²⁺ осуществляют соосаждением его с Са²⁺ и образованием малорастворимого карбоната (Са, Sr) C0₃.

На замещении ионов основан ионнообменный метод опреснения воды с невысокой соленостью. Кристаллическая сильнопористая катионобменная смола R_KaTH поглощает из раствора ионы натрия и отдает ионы водорода:

Анионобменная смола R_ailOH поглощает хлорид-ионы и отдает гидроксид-ионы:

Это дорогостоящий метод ввиду сложности регенерации (возвращения исходных качеств) смол.

Обмен ионов, содержащихся в воде и входящих в состав алюмосиликатов почвы, играет важную роль в образовании состава природных вод. В результате ионного обмена происходит разделение ионов калия и натрия. Калий поглощается почвой, а натрий, не задерживаясь, попадает в природные воды.