Specifika brister

Vad är specifika fel?

Punktliga defekter är brister eller oegentligheter som presenteras i det kristallina retikulum av ett fast ämne, och som avviker den kristallina strukturen för dess perfekta status. Det sägs att de inte har någon dimension (0) eftersom de bara är punkter i den kristallina retikulum; Denna punkt kan vara en atom, jon, molekyl, kluster, etc.

Fasta ämnen vid en temperatur på 0 k (absolut noll) uppvisar perfekta strukturer, eftersom i teorin är dess komponenter immobiliserade, frysta. Men atomerna laddas upp, för att säga, de börjar vibrera, vilket förr eller senare slutar flytta utanför deras motsvarande platser.

Representation av olika typer av specifika defekter som finns i kristallina fasta ämnen. Källa: Daniferi, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons

Låt oss se den övre bilden som ett exempel. I en ordnad och perfekt kristallin struktur bör alla blåaktiga punkter anpassas. Några av de blåaktiga punkterna kan emellertid vara frånvarande, vilket observeras av närvaron av ett tomt utrymme eller en vakans.

Om bildandet av nämnda vakans beror på förskjutningen av en blåaktig punkt på sin ursprungliga plats, kommer vi att ha ett par Frenkel, en av de viktigaste typerna av specifika defekter som finns. Den mobiliserade blåaktig punkten är nu i en interstitiell (grön) position.

Å andra sidan kan specifika defekter också bero på substitutioner, antingen av större (lila) atomer eller mindre (bruna) atomer (bruna). Vi pratar om substitutionella specifika defekter, som äger rum många gånger när föroreningar introduceras med avsikt (doppad) i metall och keramiska material.

Punktliga defekter är viktiga för att förstå andra defekter som projiceras i andra glasdimensioner.

Intrinsiska specifika defekter

När en kristallin struktur alltid definieras görs det alltid av idealitet. Men i naturen är defekterna oundvikliga, hur små de än är. Således har fasta ämnen en naturlig predisposition för att presentera specifika defekter i sina strukturer, vars interaktion och sammanfattning påverkar eller modifierar deras kemiska och fysiska egenskaper. De så kallade intrinsiska specifika defekter äger rum i "rena" material.

Denna naturliga predisposition beror på termodynamiska och kinetiska faktorer. Införandet av defekter ökar entropin av det fasta ämnet, vilket i sin tur ökar med temperaturen. Sedan, vid en viss temperatur kommer alla fasta ämnen att ha ett tillstånd med en minimikonfiguration av specifika defekter.

När temperaturen ökar kommer det att finnas ännu fler defekter, med maximalt möjliga mängd i närheten av smältpunkten. Allt detta är meningsfullt om man tror att till högre termiska vibrationer kommer större att vara chansen att atomer överger sina respektive retikulära positioner.

Punktsextrinsiska defekter

Till skillnad från inneboende specifika defekter inträffar extrinsiska sådana på grund av införlivandet av föroreningar. Ingen fast i naturen är 100% ren, så dessa typer av defekter kommer alltid att manifestera sig, utöver inneboende.

Kan tjäna dig: glukonsyra: struktur, egenskaper, syntes, användning

De tar emellertid en unik betydelse och intresse när föroreningar avsiktligt läggs till i standardmängder; Vi pratar om materialet dumt.

Beroende på egenskaperna hos doponten och det valda materialet införlivas defekter i det fasta ämnet på ett överlagt sätt, vilket har en inverkan på dess kemiska och fysiska egenskaper. Sådan är fallet med halvledarformulering, till exempel GaAs.

Å andra sidan hänvisar också extrinsiska specifika defekter till dem som modifierar sammansättningen av material eller fasta ämnen. Det vill säga de förlorar sin stökiometri för att bli icke -stökiometriska fasta ämnen.

Punktliga metallfel

I metaller har vi kristaller som i princip saknar elektriska laddningar; Det vill säga, det finns inga katjoner eller anjoner närvarande, men endast metallneutrala atomer. Så de brister som kan vara i metaller skulle inte påverka deras neutralitet, så ingen mekanism skulle inte ha någon mekanism som kompenserar för sådana defekter.

Intrinsiska specifika defekter i kristaller av en hypotetisk metall. Källa: Gabriel Bolívar.

På bilden ovan har vi en perfekt kristall och två andra med defekter. Atomer kan vara belägna i interstitiella positioner, som stör ståndpunkten för angränsande atomer och är kända som en självinterstitiell defekt (nedan i mitten). Samtidigt kan vissa atomer överge sina respektive platser med det kristallina arrangemanget för att generera lediga platser (till höger).

Därför är det i rena metaller förekomsten av inneboende defekter av lediga platser och självinterstitialer möjligt. Ju mer vakans där, substansens densitet minskar; faktum som är i linje med ökningen av antalet defekter med temperaturen.

När, å andra sidan, metallen med atomer i ett annat element ges, orsakar de ersättningar eller försöker placera sig i mellanrummen. I sådana fall ökar metalltätheten till ett maximivärde, från vilket den börjar minska drastiskt.

Specifika defekter i kristallina strukturer

I kristallina strukturer, som täcker andra fasta ämnen utöver de ovannämnda metallerna, har vi två huvudtyper av specifika defekter: de från Frenkel och Schottky. Båda kan förekomma i samma regioner i en kristall, och det är också mycket möjligt att de är närvarande tillsammans med lediga defekter eller interstitiella yrken.

När vi pratar om salter, oxider, sulfater, etc., Det kommer att finnas katjoner och anjoner som definierar en kristall för dess elektrostatiska interaktioner. Därför, om vi eliminerar en katjon, kommer de negativa belastningarna av anjonerna att dominera, och glaset kommer att laddas negativt. Detta är omöjligt att inträffa eftersom det skulle kränka principen om elektronutralitet.

Således genererar defekterna i denna typ av kristaller elektriska laddningar, som med hjälp av en mekanism måste matchas igen. Frenkel och Schottkys fel producerar emellertid inte denna obalans av elektriska laddningar.

Kan tjäna dig: ekvivalenspunkt

Frenkel

Frenkels punktliga defektrepresentation. Källa: Gabriel Bolívar.

Farm -Ran -Time Frenkel, för att hedra Yakov Frenkel, en retikulär punkt lämnar sin ursprungliga position att avsluta i en interstitium. Det vill säga en atom, molekyl eller jon gå vidare till en interstitiell position och lämnar en ledig plats.

Se exemplet på bilden ovan. Till vänster har vi den perfekta kristallen som består av två joner: en grön, som ordinarier till anjonen (mer skrymmande) och en lila, som blir katjonen (mindre).

När en av de lila katjonerna lämnar sin position som det kristallina arrangemanget, lämnar en vakans bakom. Notera till vänster riktningen till vilken den svarta pilen pekar och påpekar att katjonen nu är belägen i en interstitium.

Eftersom Frenkels fel består av katjonförskjutningar (eller anjoner) förblir glaset neutralt. Dessutom förblir glasets sammansättning konstant, eftersom jonerna i retikulumen ändrar positioner: de överger inte det, och andra lägger inte heller till det.

Schottky

Representation av Schottky -defekten. Källa: Gabriel Bolívar.

I den specifika Schoottky -typen har vi två samtidiga lediga platser: en motsvarande katjonen och en annan motsvarande anjon. Till exempel handlar det inte om en katjon att brinque en interstitiell position, utan att den "försvinner" åtföljd av en anjon (höger om den övre bilden).

Återigen, när två lediga platser skapas samtidigt, en katjon (som kommer att bete sig som en anjon) och en anjonisk (som kommer att bete sig som en katjon), förblir kristallens sammansättning oförändrad. Detta är så länge den här typen av defekt talar om, och inte godtyckliga lediga platser orsakade av externa eller interna agenter.

Av alla ovanstående dras slutsatsen att defekterna av Frenkel och Shottky är intrinsiska punkt -TENSE stökiometriska defekter, eftersom de inte förändrar kompositionen eller stökiometrien hos fasta ämnen.

Punktliga defekter i keramiska material

Keramiken är material vars joniska karaktär är mycket oscillerande. Vissa presenterar en markant kovalent karaktär, som med kiseldioxid, SIO₂, eller med aluminium nituro, aln.

Därför måste vi överväga två andra typer av specifika defekter som kan uppstå som en produkt av keramikens kovalenta natur: Antisitium och den icke -mättade länken.

Antisitium

Som namnet antyder är det defekten som inträffar när två atomer byter plats, som är i positioner som strider mot den för den ursprungliga kristallina retikulum. Till exempel kan det i SIC hända att det finns C-C eller SI-om där inte borde. Denna typ av punktlig defekt är också mycket vanligt i legeringar:

Kan tjäna dig: aluminium fosfuro (AIP): struktur, egenskaper, användningar, risker Punktlig antisitiumfel i en Au-Cu-legering. Källa: Gabriel Bolívar.

Observera att koppar- och guldatomer i Au-How-legeringen är neutrala. Oavsett hur de rör sig störs inte glasets neutralitet. Därför byter de två atomerna i glaset, som i höger om bilden ovan påverkar det inte legeringens neutralitet.

I keramik som har mer än en katjon, såsom spiners, kan två katjoner med lika valenser byta plats (till exempel³⁺ och cr³⁺) utan obalans av elektriska laddningar.

Icke -mättad länk

Den icke -mättade länken (dinglande bindning på engelska) avbryter ordningen i kristallerna i den kovalenta keramiken, eftersom atomen som bildar länken är frånvarande och lämnar ett par fria elektroner.

I keramiken ges inte bara defekterna av anti -itium och icke -mättad länk, utan också alla inneboende och extrinsiska defekter, så det är komplicerat att analysera deras verkliga, inte perfekta strukturer.

Exempel på specifika defekter

Under hela artikeln har några exempel på material och deras specifika defekter nämnts. Därefter kommer andra material att listas, åtföljd av den typ av defekt de vanligtvis presenterar.

Silverhalider

Silverhalogenider, såsom AGCL eller AGBR, presenterar Frenkel -defekter där AG -katjonen⁺ Det rör sig till interstitiella positioner.

Alkalisk haluros

De alkaliska halogeniderna, såsom NaCl, manifest schottky defekter, vars anjoniska lediga platser är fyllda med elektroner när deras kristaller värms upp i närvaro av natrium eller metallkaliumångor.

Toriodioxid

I tho₂ Katjonen th⁴⁺ är mer skrymmande än anjon eller^2-. Därför har denna oxid en frenkel -defekt där den är o^2- som flyttar till interstitiella positioner.

Paladiosvamp

Paladium kan absorbera väte och uppför sig som en svamp som behåller dem i de interstitiella positionerna i deras kristaller.

Stål

På samma sätt som händer mellan paladium och väte kan järn integrera kolatomer i dess mellanrum, vilket resulterar i bildandet av stål.

Titanlegeringar

Punkterande defekt, även om den inte har förklarats som de andra defekterna, är inget annat än att ersätta en atom för en annan, som bryter med den ordning som fastställts av kristallen.

Således kan till exempel atomer av en titankristall ersättas av andra atomer (metalliska) för att orsaka en familj av titanlegeringar.

Referenser

1. Barry Carter & M. Grant Norton. (2007). Keramiska materialvetenskap och teknik. Kandare.
2. Shiver & Atkins. (2008). Oorganisk kemi. (Fjärde upplagan). MC Graw Hill.
3. B.S.H. Royce. (s.F.). Punktfel. Återhämtat sig från: Princeton.Edu
4. Wikipedia. (2020). Kristallografisk defekt. Hämtad från: i.Wikipedia.org
5. Nayak, s.K., HUNG, C.J., Sharma, V. et al. (2018). Insikt i punktfel och föroreningar i titan från första principer.NPJ Computer MA 4.11. doi.org/10.1038/s41524-018-0068-9
6. Byju. (2020). Punktfel. Återhämtat sig från: byju.com