Hume-Rothery kuralı
Hume-Rothery etkisi olarak da bilinen Hume-Rothery kuralı, 20. yüzyılın başlarında William Hume-Rothery tarafından keşfedilmiştir. Kural, belirli alaşım kombinasyonlarının neden katı çözeltiler oluşturduğunu ve diğerlerinin oluşturmadığını açıklamayı amaçlamaktadır. Malzeme bilimi ve metalürjide temel bir ilke olarak yaygın bir şekilde kabul görmüştür.
Hume-Rothery kuralı, atomik yarıçapları %15’ten daha az farklılık gösteren iki metalin katı bir çözelti oluşturacağını belirtir. Atomik yarıçapları %15’ten fazla farklılık gösteriyorsa, metal kombinasyonu katı bir çözelti oluşturmayacaktır. Bu basit kuralın, hangi metal kombinasyonlarının gelişmiş özelliklere sahip alaşımlar oluşturacağını tahmin etmede inanılmaz derecede yararlı olduğu kanıtlanmıştır.
Hume-Rothery kuralının arkasındaki neden metallerin kristal yapısında yatmaktadır. Benzer atomik yarıçaplara sahip iki metal bir araya geldiğinde, genellikle atomlar arasında benzer boşluklara sahip bir kristal kafes oluşturacaklardır. Bu katı çözeltiler için çok önemlidir çünkü bir metal atomunun kristal yapıda bir yer işgal edebilmesi için diğer metalin atomları arasındaki boşluğa sığabilmesi gerekir. İki metalin atom yarıçapları çok farklıysa, bu aralık eşleşmeyecek ve kararsız bir yapı ortaya çıkacaktır.
Hume-Rothery kuralı metal kombinasyonundaki atomlar arasındaki bağları da hesaba katar. Metaller genellikle benzer elektronegatiflik değerlerine sahiptir, yani elektronlar atomlar arasında eşit olarak dağıtılır. Benzer elektronegatiflik değerlerine sahip iki metal birleştirildiğinde, elektronlar her iki atom türü arasında paylaşılır. Bu da gelişmiş mukavemet, süneklik ve korozyon direnci gibi gelişmiş özelliklere sahip düzgün bir katı çözeltinin oluşmasına yol açar.
Ayrıca, Hume-Rothery kuralı ikili alaşımlarla sınırlı değildir. Alaşımdaki her bir metalin atomik yarıçapları ve elektronegatiflik değerlerindeki farklılıklar göz önünde bulundurularak üçlü ve dörtlü alaşımlara da uygulanabilir. Bu kural, çeşitli uygulamalar için gelişmiş malzeme ve alaşımların tasarımı ve geliştirilmesinde giderek daha önemli hale gelmektedir.
Sonuç olarak, Hume-Rothery kuralı malzeme bilimi ve metalürjide temel bir ilke olup metallerde katı çözeltilerin oluşumuna ilişkin önemli bilgiler sağlamıştır. Araştırmacılar bu kuralı kullanarak hangi metal kombinasyonlarının katı çözelti oluşturup hangilerinin oluşturmayacağını tahmin edebilir ve böylece çeşitli uygulamalar için gelişmiş özelliklere sahip alaşımlar tasarlayıp geliştirebilirler. Basitliği ve uygunluğu onu malzeme bilimi ve teknolojisi alanında önemli bir kural haline getirmiştir.