Kimia

Kecacatan tertentu

Kecacatan tertentu

Apakah kecacatan tertentu?

Kecacatan tepat waktu adalah ketidaksempurnaan atau penyelewengan yang dibentangkan dalam retikulum kristal pepejal, dan yang menyimpang struktur kristal status sempurnanya. Dikatakan bahawa mereka tidak mempunyai dimensi (0) kerana mereka hanya titik retikulum kristal; Titik ini boleh menjadi atom, ion, molekul, kelompok, dll.

Pepejal pada suhu 0 k (sifar mutlak) mempamerkan struktur yang sempurna, kerana secara teorinya komponennya tidak bergerak, dibekukan. Walau bagaimanapun, atom -atom hampir tidak dimuat naik, untuk mengatakan, mereka mula bergetar, yang lambat laun akhirnya bergerak di luar laman web mereka yang sepadan.

Perwakilan pelbagai jenis kecacatan tertentu yang terdapat dalam pepejal kristal. Sumber: Daniferi, CC BY-SA 3.0, melalui Wikimedia Commons

Mari lihat gambar atas sebagai contoh. Dalam struktur kristal yang teratur dan sempurna, semua titik kebiruan harus diselaraskan. Walau bagaimanapun, beberapa titik kebiruan mungkin tidak hadir, yang diperhatikan oleh kehadiran ruang kosong atau kekosongan.

Sekiranya pembentukan kekosongan tersebut disebabkan oleh anjakan titik kebiruan tapak asalnya, kami akan mempunyai beberapa Frenkel, salah satu jenis utama kecacatan tertentu yang wujud. Titik kebiruan yang digerakkan kini berada di kedudukan interstisial (hijau).

Sebaliknya, kecacatan tertentu juga mungkin disebabkan oleh penggantian, sama ada oleh atom yang lebih besar (ungu), atau atom yang lebih kecil (coklat) (coklat). Kami bercakap tentang kecacatan khusus pengganti, yang berlaku berkali -kali apabila kekotoran diperkenalkan dengan tujuan (digantung) dalam bahan logam dan seramik.

Kecacatan tepat waktu adalah penting untuk memahami kecacatan lain yang diproyeksikan dalam dimensi kaca lain.

Kecacatan spesifik intrinsik

Apabila struktur kristal selalu ditakrifkan, ia selalu dilakukan dari ideal. Tetapi dalam alam kecacatan tidak dapat dielakkan, namun kecil. Oleh itu, pepejal mempunyai kecenderungan semula jadi untuk membentangkan kecacatan tertentu dalam struktur mereka, yang interaksi dan penjumlahan mempengaruhi atau mengubah suai sifat kimia dan fizikal mereka. Kecacatan spesifik intrinsik yang berlaku di dalam bahan "tulen".

Predisposisi semulajadi ini disebabkan oleh faktor termodinamik dan kinetik. Pengenalan kecacatan meningkatkan entropi pepejal, yang seterusnya meningkat dengan suhu. Kemudian, pada suhu tertentu mana -mana pepejal akan mempunyai keadaan dengan konfigurasi minimum kecacatan tertentu.

Apabila suhu meningkat, terdapat lebih banyak kecacatan, mempunyai jumlah maksimum yang mungkin di sekitar titik lebur. Semua ini masuk akal jika difikirkan bahawa untuk getaran terma yang lebih tinggi, lebih besar akan menjadi peluang bahawa atom meninggalkan kedudukan reticular masing -masing.

Titik kecacatan ekstrinsik

Tidak seperti kecacatan spesifik intrinsik, yang ekstrinsik berlaku akibat penggabungan kekotoran. Tidak ada sifat pepejal 100% tulen, jadi jenis kecacatan ini akan selalu nyata, sebagai tambahan kepada intrinsik.

Boleh melayani anda: asid glukonik: struktur, sifat, sintesis, kegunaan

Walau bagaimanapun, mereka mengenakan kepentingan dan kepentingan yang unik apabila kekotoran sengaja ditambah dalam kuantiti lalai; Kami bercakap mengenai bahan bodoh.

Bergantung pada ciri -ciri doponte dan bahan yang dipilih, kecacatan dimasukkan ke dalam pepejal dengan cara yang direncanakan, yang mempunyai kesan terhadap sifat kimia dan fizikalnya. Begitu juga dengan perumusan semikonduktor, contohnya, GaAs.

Sebaliknya, kecacatan spesifik ekstrinsik juga merujuk kepada mereka yang mengubah suai komposisi bahan atau pepejal. Iaitu, mereka kehilangan stoikiometri mereka untuk menjadi pepejal bukan stoikiometrik.

Kecacatan logam tepat waktu

Dalam logam kita mempunyai kristal yang, pada dasarnya, kekurangan caj elektrik; iaitu, tidak ada kation atau anion yang hadir, tetapi hanya atom neutral logam. Oleh itu, kecacatan yang boleh dalam logam tidak akan menjejaskan netraliti mereka, jadi tidak ada mekanisme yang tidak akan mempunyai mekanisme yang mengimbangi kecacatan tersebut.

Kecacatan spesifik intrinsik dalam kristal logam hipotesis. Sumber: Gabriel Bolívar.

Dalam gambar di atas kita mempunyai kristal yang sempurna dan dua yang lain dengan kecacatan. Atom boleh terletak di kedudukan interstisial, yang merosakkan kedudukan atom jiran dan dikenali sebagai kecacatan interstisial sendiri (di bawah di tengah). Sementara itu, sesetengah atom dapat meninggalkan tapak masing -masing dalam susunan kristal untuk menghasilkan kekosongan (kanan).

Oleh itu, dalam logam tulen kewujudan kecacatan intrinsik kekosongan dan interstitial diri mungkin. Lebih banyak kekosongan di sana, ketumpatan bahan berkurangan; fakta yang selaras dengan peningkatan jumlah kecacatan dengan suhu.

Bila, sebaliknya, logam dengan atom elemen lain diberikan, mereka menyebabkan penggantian atau berusaha untuk meletakkan diri mereka di interstices. Dalam kes sedemikian, ketumpatan logam meningkat kepada nilai maksimum, dari mana ia mula menurun secara drastik.

Kecacatan spesifik dalam struktur kristal

Dalam struktur kristal, yang meliputi pepejal lain sebagai tambahan kepada logam yang disebutkan di atas, kami mempunyai dua jenis utama kecacatan tertentu: orang -orang Frenkel, dan orang -orang Schottky. Kedua -duanya boleh berlaku di kawasan yang sama dari kristal, dan juga sangat mungkin bahawa mereka hadir bersama -sama dengan kecacatan kekosongan atau pekerjaan interstisial.

Apabila kita bercakap tentang garam, oksida, sulfat, dll., Akan ada kation dan anion yang menentukan kristal untuk interaksi elektrostatiknya. Oleh itu, jika kita menghapuskan kation, beban negatif anion akan mendominasi, dan kaca akan dikenakan caj negatif. Ini mustahil berlaku kerana ia akan melanggar prinsip elektroneutraliti.

Oleh itu, kecacatan dalam jenis kristal ini menjana caj elektrik, yang melalui mekanisme mesti dipadankan lagi. Walau bagaimanapun, kecacatan Frenkel dan Schottky tidak menghasilkan ketidakseimbangan elektrik ini.

Dapat melayani anda: titik kesetaraan

Frenkel

Perwakilan kecacatan tepat masa Frenkel. Sumber: Gabriel Bolívar.

Farm -Ran -Time Frenkel, sebagai penghormatan kepada Yakov Frenkel, titik reticular meninggalkan kedudukan asalnya untuk berakhir di interstitium. Iaitu, atom, molekul atau ion bergerak ke kedudukan interstisial yang meninggalkan kekosongan.

Lihat contoh gambar di atas. Di sebelah kiri kita mempunyai kristal yang sempurna yang terdiri daripada dua ion: satu hijau, yang ordinari ke anion (lebih besar), dan satu ungu, yang menjadi kation (lebih kecil).

Apabila salah satu kation ungu meninggalkan kedudukan mereka dari susunan kristal, meninggalkan kekosongan di belakang. Perhatikan di sebelah kiri arah yang titik anak panah hitam, menunjukkan bahawa kation kini terletak di interstitium.

Kerana kecacatan Frenkel terdiri daripada anjakan kation (atau anion), kaca tetap neutral. Juga, komposisi kaca tetap malar, kerana dalam retikulum ion berubah kedudukan: mereka tidak meninggalkannya, ataupun orang lain menambahnya.

Schottky

Perwakilan kecacatan Schottky. Sumber: Gabriel Bolívar.

Dalam jenis Schoottky tertentu, kami mempunyai dua kekosongan serentak: satu sepadan dengan kation, dan satu lagi yang sepadan dengan anion. Sebagai contoh, ia bukan mengenai kation untuk Brinque kedudukan interstisial, tetapi ia "hilang" disertai dengan anion (kanan imej atas).

Sekali lagi, apabila dua kekosongan dicipta pada masa yang sama, kationik (yang akan berkelakuan seperti anion), dan anionik (yang akan berkelakuan seperti kation), komposisi kristal tetap tidak berubah. Ini selagi jenis kecacatan ini dibicarakan, dan tidak kekosongan sewenang -wenang yang disebabkan oleh ejen luaran atau dalaman.

Dari semua perkara di atas, disimpulkan bahawa kecacatan frenkel dan shottky adalah kecacatan intrinsik -tense stoikiometrik, kerana mereka tidak mengubah komposisi atau stoikiometri pepejal.

Kecacatan tepat pada masanya dalam bahan seramik

Seramik adalah bahan yang watak ioniknya sangat berayun. Ada yang mempersembahkan watak kovalen yang ditandai, seperti silika, SIO2, atau dengan aluminium nituro, Aln.

Oleh itu, kita mesti mempertimbangkan dua jenis kecacatan tertentu yang boleh berlaku sebagai produk sifat kovalen seramik: antisitium dan pautan bukan tepu.

Antisitium

Seperti namanya, ia adalah kecacatan yang berlaku apabila dua atom mengubah laman web mereka, berada dalam kedudukan yang bertentangan dengan retikulum kristal asal. Contohnya, di SIC ia mungkin berlaku bahawa terdapat C-C atau SI-jika tidak seharusnya. Jenis kecacatan tepat ini juga sangat biasa dalam aloi:

Boleh melayani anda: Aluminium Phosphuro (AIP): Struktur, Hartanah, Kegunaan, Risiko Kecacatan antisitium tepat waktu dalam aloi au-cu. Sumber: Gabriel Bolívar.

Perhatikan bahawa atom tembaga dan emas dalam aloi Au-How adalah neutral. Tidak kira bagaimana mereka bergerak, berkecuali kaca tidak terganggu. Oleh itu, kedua -dua atom mengubah tapak di kaca, seperti di sebelah kanan imej di atas, ia tidak menjejaskan neutraliti aloi.

Dalam seramik yang mempunyai lebih daripada satu kation, seperti spiner, dua kation dengan valensi yang sama dapat bertukar tapak (contohnya3+ dan Cr3+) tanpa ketidakseimbangan caj elektrik.

Pautan bukan tepu

Pautan yang tidak tepu (ikatan dangling dalam bahasa Inggeris) mengganggu perintah dalam kristal seramik kovalen, kerana atom yang membentuk pautan tidak hadir, meninggalkan beberapa elektron bebas.

Dalam seramik bukan sahaja kecacatan pautan anti -itium dan bukan tepu diberikan, tetapi juga semua kecacatan intrinsik dan ekstrinsik, jadi ia adalah kompleks untuk menganalisis struktur sebenar mereka dan tidak sempurna.

Contoh kecacatan tertentu

Sepanjang artikel beberapa contoh bahan dan kecacatan khusus mereka telah disebutkan. Seterusnya, dan akhirnya, bahan lain akan disenaraikan, disertai dengan jenis kecacatan yang biasanya mereka sampaikan.

Halida perak

Halida perak, seperti agcl atau agbr, kecacatan frenkel sekarang di mana kation ag+ Ia bergerak ke kedudukan interstisial.

Alkaline Haluros

Halida alkali, seperti NaCl, kecacatan Schottky yang nyata, yang kekosongan anionik dipenuhi dengan elektron apabila kristal mereka dipanaskan dengan kehadiran natrium atau kalium kalium logam.

Torio dioksida

Di Tho2 Kation th4+ lebih besar daripada anion atau2-. Oleh itu, oksida ini mempunyai kecacatan frenkel di mana ia adalah o2- yang bergerak ke kedudukan interstisial.

Paladio Sponge

Paladium dapat menyerap hidrogen, berkelakuan seperti span yang mengekalkannya dalam kedudukan interstisial kristal mereka.

Keluli

Begitu juga seperti antara paladium dan hidrogen, besi dapat menggabungkan atom karbon ke intersticesnya, yang mengakibatkan pembentukan keluli.

Aloi titanium

Kecacatan tepat penggantian, walaupun ia tidak dijelaskan sebagai kecacatan lain, tidak lebih daripada penggantian satu atom untuk yang lain, yang pecah dengan perintah yang ditubuhkan oleh kristal.

Oleh itu, sebagai contoh, atom kristal titanium boleh digantikan oleh atom lain (logam) untuk menyebabkan keluarga aloi titanium.

Rujukan

  1. Barry Carter & m. Grant Norton. (2007). Sains dan Kejuruteraan Bahan Seramik. Springer.
  2. Shiver & Atkins. (2008). Kimia bukan organik. (Edisi Keempat). MC Graw Hill.
  3. B.S.H. Royce. (s.F.). Kecacatan titik. Pulih dari: Princeton.Edu
  4. Wikipedia. (2020). Kecacatan kristalografi. Diperoleh dari: dalam.Wikipedia.org
  5. Nayak, s.K., Digantung, c.J., Sharma, v. et al. (2018). Wawasan mengenai kecacatan titik dan kekotoran dalam titanium dari prinsip pertama.NPJ Computer MA 4.11. doi.org/10.1038/S41524-018-0068-9
  6. Byju's. (2020). Kecacatan titik. Pulih dari: byjus.com