El modelo de Miedema

El modelo de Miedema es un enfoque semiempírico para estimar el calor de formación de aleaciones y compuestos metálicos sólidos o líquidos en el marco de cálculos termodinámicos para metales y minerales. ^{[ 1 ]} Fue desarrollado por el científico neerlandés Andries Rinse Miedema (15 de noviembre de 1933 – 28 de mayo de 1992) ^{[ 2 ]} mientras trabajaba en el Laboratorio de Física Natural de Philips . Puede proporcionar o confirmar datos básicos de entalpía necesarios para el cálculo de diagramas de fases de metales, mediante métodos CALPHAD o de química cuántica ab initio . Para un sistema binario compuesto por los elementos A y B, una fórmula genérica de Miedema podría formularse como:${\displaystyle \Delta H=f(ElementoA,\phi _{A},n_{WS,A},V_{A},ElementoB,\phi _{B},n_{WS,B},V_{B})}$donde términos${\displaystyle \phi }$y${\displaystyle n_{WS}}$Se explican y se presentan a continuación. Para un sistema binario, la imagen física podría simplificarse considerando una función relativamente más simple de la diferencia de estos tres parámetros físicos.${\displaystyle \Delta H=f(\phi _{A}-\phi _{B},n_{WS,A}-n_{WS,B},V_{A}-V_{B})}$dando como resultado una forma más compleja: ${\displaystyle \Delta H=x_{A}\left(2f_{B}^{A}V_{A,alloy}^{2/3}\times {\frac {-P(\Delta \phi ^{*})^{2}+Q(\Delta n_{WS}^{1/3})^{2}-R}{(n_{WS}^{A})^{1/3}+(n_{WS}^{B})^{1/3}}}+\Delta H^{trans}\right)}$. ^{[ 3 ]}

Miedema presentó su enfoque en varios artículos, comenzando en 1973 en la revista Philips Technical Review con "Un modelo simple para aleaciones". ^{[ 4 ] [ 5 ]}

Miedema describió su motivación con las siguientes palabras: «Desde hace tiempo se buscan reglas fiables para el comportamiento de aleación de los metales. Existe la regla cualitativa que establece que cuanto mayor sea la diferencia en la electronegatividad de dos metales, mayor será el calor de formación y, por lo tanto, la estabilidad. También está la regla de Hume-Rothery , que establece que dos metales que difieren en más del 15 % en su radio atómico no formarán soluciones sólidas de sustitución. Esta regla solo puede utilizarse de forma fiable (con un 90  % de éxito) para predecir una baja solubilidad; no puede predecir una buena solubilidad. El autor ha propuesto un modelo atómico sencillo, que es empírico como las otras dos reglas, pero que, sin embargo, tiene una base física clara y predice el comportamiento de aleación de los metales de transición con precisión en el 98  % de los casos. El modelo es muy adecuado para la representación gráfica de los datos y, por lo tanto, es fácil de usar en la práctica».

Entre las aplicaciones web gratuitas se incluyen Entall ^{[ 6 ]} y Miedema Calculator. ^{[ 7 ]} Esta última fue revisada y mejorada en 2016, con una extensión del método. ^{[ 8 ] [ 9 ]} El programa Algol original ^{[ 10 ]} fue adaptado a Fortran . ^{[ 11 ]}

El enfoque de Miedema se ha aplicado a la clasificación de sistemas miscibles e inmiscibles de aleaciones binarias. Estos son relevantes en el diseño de aleaciones multicomponentes. Una clasificación exhaustiva del comportamiento de aleación para 813 sistemas de aleación binaria que consisten en metales de transición y lantánidos . ^{[ 12 ]} "Impresionantemente, la clasificación mediante el mapa de miscibilidad proporciona una validación robusta de la capacidad de la conocida teoría de Miedema (95% de acuerdo) y muestra una buena concordancia con el método HTFP (90% de acuerdo)". ^{[ 12 ]} Estos resultados de 2017 demuestran que "una minería de datos guiada por la física de última generación puede proporcionar una vía eficiente para el descubrimiento de conocimiento en la próxima generación de diseño de materiales". ^{[ 12 ]}

Esta tabla informa los tres parámetros principales de Miedema para los elementos de la tabla periódica para los cuales el modelo es aplicable. ^{[ 13 ] [ 14 ]}

La lista de parámetros anterior debe considerarse como un punto de partida, que podría generar tales datos (resultados después del programa Fortran puesto a disposición por Emre Sururi Tasci): ^{[ 11 ]}

Es posible encontrar datos mejorados en publicaciones más recientes; ^{[ 3 ]} posiblemente, en un futuro próximo, las colecciones abiertas de bases de datos Calphad extendidas disponibles en NIMS podrían proporcionar mejoras o información sobre estos datos. ^{[ 15 ]} Por ejemplo, para diagramas de fases binarias Fe-X : ^{[ 16 ]}

• Diagrama de fases
• energía de Gibbs
• CALPHAD
• Compuesto intermetálico
• Entalpía de mezcla
• Termodinámica computacional