Wada Frenkla

W krystalografii defekt Frenkla jest rodzajem defektu punktowego w krystalicznych ciałach stałych , nazwany na cześć jego odkrywcy Jakowa Frenkla . Defekt powstaje, gdy atom lub mniejszy jon (zwykle kation ) opuszcza swoje miejsce w siatce, tworząc wakat i staje się śródmiąższowym , osadzając się w pobliskim miejscu. W układach elementarnych są one generowane głównie podczas napromieniania cząstek , ponieważ entalpia ich tworzenia jest zwykle znacznie wyższa niż w przypadku innych defektów punktowych, takich jak wakaty, a zatem ich stężenie równowagowe zgodnie z rozkładem Boltzmanna jest poniżej granicy wykrywalności. W kryształach jonowych, które zwykle mają niską liczbę koordynacyjną lub znaczną dysproporcję wielkości jonów, defekt ten może powstać również samorzutnie, gdy mniejszy jon (zwykle kation) ulega przemieszczeniu . Podobne do defektu Schottky'ego defekt Frenkla jest defektem stechiometrycznym (nie zmienia całej stechiometrii związku). W związkach jonowych wakat i defekt śródmiąższowy są naładowane przeciwnie i można by oczekiwać, że będą one zlokalizowane blisko siebie z powodu przyciągania elektrostatycznego. Jednak jest to mało prawdopodobne w przypadku rzeczywistego materiału ze względu na mniejszą entropię takiego sprzężonego defektu lub ponieważ te dwa defekty mogą się zapaść. Ponadto, ponieważ takie sprzężone defekty złożone są stechiometryczne, ich stężenie będzie niezależne od warunków chemicznych.

Wpływ na gęstość

Chociaż defekty Frenkla obejmują tylko migrację jonów w krysztale, całkowita objętość, a tym samym gęstość, niekoniecznie ulega zmianie: w szczególności w przypadku układów gęsto upakowanych ekspansja sieci spowodowana naprężeniami wywołanymi przez atom śródmiąższowy zwykle dominuje nad skurcz sieci z powodu wakatu, co prowadzi do zmniejszenia gęstości.

Przykłady

Defekt Frenkla w strukturze NaCl

Defekty Frenkla są widoczne w jonowych ciałach stałych z dużą różnicą wielkości między anionem a kationem (przy czym kation jest zwykle mniejszy z powodu zwiększonego efektywnego ładunku jądrowego )

Niektóre przykłady ciał stałych, które wykazują defekty Frenkla:

• siarczek cynku ,
• chlorek srebra(I) ,
• bromek srebra(I) (również wykazuje defekty Schottky'ego ),
• jodek srebra(I) .

Wynika to ze stosunkowo mniejszych rozmiarów ${\ ce$ Zn $Zn ^ 2 +}}}$ .

Rozważmy na przykład sieć utworzoną przez jony X ^{n −} i M ^{n +} . Załóżmy, że jon M opuszcza podsieć M, pozostawiając niezmienioną podsieć X. Liczba utworzonych reklam pełnoekranowych będzie równa liczbie utworzonych wakatów.

Jedna forma reakcji defektu Frenkla w MgO z anionem tlenku opuszczającym sieć i przechodzącym do miejsca śródmiąższowego zapisanego w notacji Krögera – Vinka :

Mg
^× _Mg + O
^× _O → O
^{${\ Displaystyle \ pierwsza \ pierwsza}$} _ja + v
^•• _O + Mg
^× _Mg

Można to zilustrować na przykładzie struktury krystalicznej chlorku sodu. Poniższe diagramy to schematyczne dwuwymiarowe reprezentacje.

Wolna od defektów struktura NaCl

Dwa defekty Frenkla w strukturze NaCl

Zobacz też

• Spektroskopia przejściowa głębokiego poziomu (DLTS)
• defekt Schottky'ego
• Efekt Wignera
• Wada krystalograficzna

Dalsza lektura

•   Kittel, Charles (2005). Wprowadzenie do fizyki ciała stałego (wyd. 8). Wileya. s. 585–588 . ISBN 0-471-41526-X .