Spesifikke feil

Hva er spesifikke feil?

Punktlige defekter er ufullkommenheter eller uregelmessigheter som presenteres i det krystallinske retikulum av et fast stoff, og som avviker den krystallinske strukturen i dens perfekte status. Det sies at de ikke har noen dimensjon (0) fordi de bare er punkter på det krystallinske retikulum; Dette punktet kan være et atom, ion, molekyl, klynger, etc.

Faststoffer ved en temperatur på 0 K (Absolute Zero) viser perfekte strukturer, fordi det i teorien er immobiliserte, frosne, frosne. Atomene er imidlertid knapt lastet opp, for å si at de begynner å vibrere, som før eller siden ender opp med å bevege seg utenfor de tilsvarende stedene.

Representasjon av forskjellige typer spesifikke defekter funnet i krystallinske faste stoffer. Kilde: Daniferi, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons

La oss se det øvre bildet som et eksempel. I en ryddig og perfekt krystallinsk struktur, bør alle blålige punkter justeres. Noen av de blålige poengene kan imidlertid være fraværende, noe som observeres av tilstedeværelsen av et tomt rom eller en ledig stilling.

Hvis dannelsen av nevnte ledig stilling skyldes forskyvningen av et blåaktig punkt på det opprinnelige stedet, vil vi ha et par Frenkel, en av hovedtypene av spesifikke feil som finnes. Det mobiliserte blålige punktet er nå i en interstitiell (grønn) stilling.

På den annen side kan spesifikke feil også skyldes substitusjoner, enten ved større (lilla) atomer, eller mindre (brune) atomer (brune). Vi snakker om substitusjonelle spesifikke feil, som foregår mange ganger når urenheter blir introdusert med vilje (avgitt) i metall og keramiske materialer.

Punktlige feil er viktige for å forstå andre feil som er projisert i andre glassdimensjoner.

Iboende spesifikke feil

Når en krystallinsk struktur alltid er definert, gjøres den alltid fra idealitet. Men i naturen er manglene uunngåelige, uansett hvor små de er. Dermed har faste stoffer en naturlig disposisjon for å presentere spesifikke defekter i sine strukturer, hvis interaksjon og summering påvirker eller modifiserer deres kjemiske og fysiske egenskaper. De så -kallede iboende spesifikke defektene foregår i "rene" materialer.

Denne naturlige disposisjonen skyldes termodynamiske og kinetiske faktorer. Innføringen av defekter øker entropien til faststoffet, som igjen øker med temperaturen. Deretter, ved en viss temperatur, vil ethvert fast stoff ha en tilstand med en minimumskonfigurasjon av spesifikke defekter.

Når temperaturen øker vil det være enda flere feil, med maksimal mulige mengde i nærheten av smeltepunktet. Alt dette er fornuftig hvis det antas at til høyere termiske vibrasjoner, vil større være sjansene for at atomer forlater sine respektive retikulære posisjoner.

Punktekstrinsiske defekter

I motsetning til iboende spesifikke defekter, oppstår ekstrinsiske på grunn av inkorporering av urenheter. Ingen solid i naturen er 100% rent, så disse typer feil vil alltid manifestere seg, i tillegg til iboende.

Kan tjene deg: glukonsyre: struktur, egenskaper, syntese, bruk

Imidlertid anklager de en unik betydning og interesse når urenheter med vilje blir lagt til i standardmengder; Vi snakker om materialet dumt.

Avhengig av egenskapene til doponten og det valgte materialet, blir defekter innarbeidet i det faste stoffet på en overlagt måte, noe som har innvirkning på dets kjemiske og fysiske egenskaper. Slik er tilfellet med halvlederformulering, for eksempel GaAs.

På den annen side henviser ekstrinsikspesifikke feil også til de som modifiserer sammensetningen av materialer eller faste stoffer. Det vil si at de mister støkiometrien sin for å bli ikke -støkiometriske faste stoffer.

Punktlige metallfeil

I metaller har vi krystaller som i prinsippet mangler elektriske ladninger; Det vil si at det ikke er noen kationer eller anioner til stede, men bare metallnøytrale atomer. Så manglene som kan være i metaller ville ikke påvirke deres nøytralitet, så ingen mekanisme ville ikke ha noen mekanisme som kompenserer for slike feil.

Iboende spesifikke defekter i krystaller av et hypotetisk metall. Kilde: Gabriel Bolívar.

På bildet over har vi en perfekt krystall og to andre med feil. Atomer kan være lokalisert i mellomliggende posisjoner, som forstyrrer posisjonene til nabolandene og er kjent som en selvinterstitiell defekt (nedenfor i sentrum). I mellomtiden er noen atomer i stand til å forlate sine respektive steder med det krystallinske arrangementet for å generere ledige stillinger (til høyre).

Derfor, i rene metaller er eksistensen av iboende defekter av ledige stillinger og selvinterstitielle midler mulig. Jo mer ledig stilling der, stoffets tetthet avtar; faktum som er i tråd med økningen i antall defekter med temperaturen.

Når, derimot, metallet med atomer til et annet element blir gitt, forårsaker de substitusjoner eller søker å plassere seg i mellomrommene. I slike tilfeller øker metalltettheten til en maksimal verdi, hvorfra det begynner å avta drastisk.

Spesifikke defekter i krystallinske strukturer

I krystallinske strukturer, som dekker andre faste stoffer i tillegg til de nevnte metaller, har vi to hovedtyper av spesifikke feil: de fra Frenkel, og de til Schottky. Begge kan forekomme i de samme regionene av en krystall, og det er også ganske mulig at de er til stede sammen med ledige stillinger eller mellomliggende yrker.

Når vi snakker om salter, oksider, sulfater osv., Det vil være kationer og anioner som definerer en krystall for dens elektrostatiske interaksjoner. Derfor, hvis vi eliminerer en kation, vil de negative belastningene på anionene dominere, og glasset vil bli negativt ladet. Dette er umulig å oppstå fordi det ville krenke prinsippet om elektroneutralitet.

Dermed genererer manglene i denne typen krystaller elektriske ladninger, som ved hjelp av en mekanisme må matches igjen. Frenkel og Schottkys mangler produserer imidlertid ikke denne ubalansen i elektriske kostnader.

Kan tjene deg: ekvivalenspunkt

Frenkel

Frenkels punktlige defektrepresentasjon. Kilde: Gabriel Bolívar.

Farm -ran -Time Frenkel, til ære for Yakov Frenkel, etterlater et retikulært punkt sin opprinnelige posisjon til å ende i et interstitium. Det vil si at et atom, molekyl eller ion går videre til en mellomliggende stilling og etterlater en ledig stilling.

Se eksemplet på bildet over. På venstre side har vi den perfekte krystallen sammensatt av to ioner: en grønn, som ordinarer til anionen (mer klumpete), og en lilla, som blir kationen (mindre).

Når en av de lilla kationene forlater sin plassering av det krystallinske arrangementet, etterlater en ledig stilling bak. Legg merke til til venstre retningen som Black Arrow peker på, og påpeker at kationen nå ligger i et interstitium.

Fordi Frenkels feil består av kationforskyvninger (eller anioner), forblir glasset nøytralt. Dessuten forblir sammensetningen av glasset konstant, siden i av retikulum endrer ionene posisjoner: de forlater det ikke, og heller ikke andre legger til det.

Schottky

Representasjon av Schottky -defekten. Kilde: Gabriel Bolívar.

I den spesifikke Schoottky -typen har vi to samtidig ledige stillinger: en som tilsvarer kationen, og en annen som tilsvarer anion. For eksempel handler det ikke om en kation for å brinke en mellomliggende stilling, men at den "forsvinner" ledsaget av en anion (høyre for det øvre bildet).

Igjen, når to ledige stillinger er opprettet samtidig, en kationisk (som vil oppføre seg som en anion), og en anionisk (som vil oppføre seg som en kation), forblir sammensetningen av krystallen uendret. Dette er så lenge denne typen feil er snakk om, og ikke vilkårlige ledige stillinger forårsaket av eksterne eller interne agenter.

Av alle de ovennevnte er det konkludert med at manglene til Frenkel og Shottky er iboende punkt -støkiometriske defekter, siden de ikke endrer sammensetningen eller støkiometri av faste stoffer.

Punktlige defekter i keramiske materialer

Keramikken er materialer hvis ioniske karakter er veldig svingende. Noen presenterer en markert kovalent karakter, som med silikaen, sio₂, eller med aluminium nituro, aln.

Derfor må vi vurdere to andre typer spesifikke defekter som kan oppstå som et produkt av keramikkens kovalente natur: Antisitium og den ikke -mettede lenken.

Antisitium

Som navnet antyder, er det mangelen som oppstår når to atomer endrer stedet, og er i posisjoner i strid med den opprinnelige krystallinske retikulum. For eksempel i SIC kan det hende at det er C-C eller SI-hvis der det ikke skal. Denne typen punktlige feil er også veldig vanlig i legeringer:

Kan tjene deg: aluminiumfosfuro (AIP): struktur, egenskaper, bruksområder, risiko Punktlig antisitiumdefekt i en AU-CU-legering. Kilde: Gabriel Bolívar.

Merk at kobber- og gullatomer i au-hvordan-legeringen er nøytrale. Uansett hvordan de beveger seg, blir ikke glassens nøytralitet forstyrret. Derfor endrer de to atomene stedet i glasset, som i høyre for bildet over, det påvirker ikke legeringens nøytralitet.

I keramikk som har mer enn en kation, for eksempel spinner, kan to kationer med like valenser utveksle sted (for eksempel til³⁺ og Cr³⁺) uten ubalansen i elektriske ladninger.

Ikke -mettet lenke

Den ikke -mettede lenken (dinglende bindingen på engelsk) avbryter ordren i krystallene til den kovalente keramikken, siden atomet som danner lenken er fraværende, og etterlater et par gratis elektroner.

I keramikken er det ikke bare gitt mangler av anti -itium og ikke -mettet kobling, men også alle iboende og ekstrinsiske defekter, så det er komplisert å analysere deres virkelige, ikke perfekte strukturer.

Eksempler på spesifikke feil

Gjennom hele artikkelen er noen eksempler på materialer og deres spesifikke feil blitt nevnt. Neste, og til slutt, vil andre materialer bli oppført, ledsaget av typen feil de vanligvis presenterer.

Sølvhalogenider

Sølvhalogenider, som AGCL eller AGBR, presenterer Frenkel -defekter der AG -kationen⁺ Den beveger seg til mellomliggende posisjoner.

Alkalisk haluros

De alkaliske halogenidene, for eksempel NaCl, manifest schottky -defekter, hvis anioniske ledige stillinger er fylt med elektroner når krystaller blir oppvarmet i nærvær av natrium eller metalliske kaliumdamp.

Torio -dioksid

I tho₂ Kationen th⁴⁺ er mer klumpete enn anion eller^2-. Derfor har dette oksidet en Frenkel -defekt der det er o^2- som beveger seg til mellomliggende posisjoner.

Paladio svamp

Paladiet er i stand til å absorbere hydrogen, og oppføre seg som en svamp som beholder dem i de mellomliggende posisjonene til krystaller.

Stål

På samme måte som skjer mellom paladium og hydrogen, kan jern inkorporere karbonatomer i dets mellomrestninger, noe som resulterer i dannelse av stål.

Titanlegeringer

Substitusjonen punktlig defekt, selv om den ikke er blitt forklart som de andre feilene, er ikke noe mer enn erstatning av ett atom for et annet, som bryter med rekkefølgen som er etablert av krystallen.

Således kan for eksempel atomer i en titankrystall erstattes av andre atomer (metall) for å forårsake en familie av titanlegeringer.

Referanser

1. Barry Carter & m. Grant Norton. (2007). Keramisk materialvitenskap og ingeniørfag. Springer.
2. Shiver & Atkins. (2008). Uorganisk kjemi. (Fjerde utgave). Mc Graw Hill.
3. B.S.H. Royce. (s.F.). Punktfeil. Gjenopprettet fra: Princeton.Edu
4. Wikipedia. (2020). Krystallografisk defekt. Hentet fra: i.Wikipedia.org
5. Nayak, s.K., Hung, c.J., Sharma, v. et al. (2018). Innsikt i punktfeil og urenheter i titan fra første prinsipper.NPJ Computer Ma 4.11. gjør jeg.org/10.1038/S41524-018-0068-9
6. Byju's. (2020). Punktfeil. Gjenopprettet fra: Byjus.com