Cacat spesifik

Apa itu cacat spesifik?

Cacat tepat waktu adalah ketidaksempurnaan atau penyimpangan yang disajikan dalam retikulum kristal padatan, dan yang menyimpang struktur kristal dari status sempurnanya. Dikatakan bahwa mereka tidak memiliki dimensi (0) karena mereka hanya titik retikulum kristal; Poin ini bisa berupa atom, ion, molekul, cluster, dll.

Padatan pada suhu 0 K (absolut nol) menunjukkan struktur yang sempurna, karena secara teori komponennya diimobilisasi, beku. Namun, atom -atomnya nyaris tidak diunggah, untuk mengatakan, mereka mulai bergetar, yang cepat atau lambat akhirnya bergerak di luar situs yang sesuai.

Representasi berbagai jenis cacat spesifik yang ditemukan dalam padatan kristal. Sumber: Daniferi, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons

Mari kita lihat gambar atas sebagai contoh. Dalam struktur kristal yang tertib dan sempurna, semua titik kebiruan harus diselaraskan. Namun, beberapa titik kebiruan mungkin tidak ada, yang diamati dengan adanya ruang kosong atau lowongan.

Jika pembentukan lowongan tersebut disebabkan oleh perpindahan titik kebiruan dari situs aslinya, kami akan memiliki beberapa Frenkel, salah satu jenis utama cacat spesifik yang ada. Titik kebiruan yang dimobilisasi sekarang dalam posisi interstitial (hijau).

Di sisi lain, cacat spesifik juga mungkin disebabkan oleh substitusi, baik oleh atom (ungu) yang lebih besar, atau atom (coklat) yang lebih kecil (coklat). Kami berbicara tentang cacat spesifik substitusi, yang terjadi berkali -kali ketika kotoran diperkenalkan dengan sengaja (dopped) dalam bahan logam dan keramik.

Cacat tepat waktu sangat penting untuk memahami cacat lain yang diproyeksikan dalam dimensi kaca lainnya.

Cacat spesifik intrinsik

Ketika struktur kristal selalu didefinisikan, itu selalu dilakukan dari idealitas. Tetapi secara alami cacat tidak bisa dihindari, betapapun kecilnya. Dengan demikian, padatan memiliki kecenderungan alami untuk menyajikan cacat spesifik dalam strukturnya, yang interaksinya dan penjumlahannya mempengaruhi atau memodifikasi sifat kimia dan fisiknya. Cacat spesifik intrinsik yang disebut SO terjadi pada bahan "murni".

Predisposisi alami ini disebabkan oleh faktor termodinamika dan kinetik. Pengenalan cacat meningkatkan entropi padatan, yang pada gilirannya meningkat dengan suhu. Kemudian, pada suhu tertentu setiap padatan akan memiliki keadaan dengan konfigurasi minimum cacat spesifik.

Seiring meningkatnya suhu akan ada lebih banyak cacat, memiliki jumlah maksimum yang mungkin di sekitar titik leleh. Semua ini masuk akal jika dianggap bahwa untuk getaran termal yang lebih tinggi, lebih besar akan menjadi peluang bahwa atom meninggalkan posisi reticular masing -masing.

Titik cacat ekstrinsik

Tidak seperti cacat spesifik intrinsik, yang ekstrinsik terjadi karena penggabungan kotoran. Tidak ada padat di alam 100% murni, jadi jenis cacat ini akan selalu terwujud, selain intrinsik.

Dapat melayani Anda: asam glukonat: struktur, sifat, sintesis, penggunaan

Namun, mereka membebankan kepentingan dan minat yang unik ketika kotoran sengaja ditambahkan dalam jumlah default; Kami berbicara tentang materi yang bodoh.

Bergantung pada karakteristik doponte dan bahan yang dipilih, cacat dimasukkan ke dalam padatan dengan cara yang sudah direncanakan, yang berdampak pada sifat kimianya dan fisiknya. Begitulah kasus formulasi semikonduktor, misalnya, GaAs.

Di sisi lain, cacat spesifik ekstrinsik juga menyinggung mereka yang memodifikasi komposisi bahan atau padatan. Yaitu, mereka kehilangan stoikiometri mereka menjadi padatan non -stoikiometri.

Cacat logam tepat waktu

Dalam logam kami memiliki kristal yang, pada prinsipnya, tidak memiliki biaya listrik; yaitu, tidak ada kation atau anion yang ada, tetapi hanya atom netral logam. Jadi, cacat yang bisa terjadi pada logam tidak akan mempengaruhi netralitasnya, jadi tidak ada mekanisme yang tidak akan memiliki mekanisme yang mengkompensasi cacat seperti itu.

Cacat spesifik intrinsik dalam kristal logam hipotetis. Sumber: Gabriel Bolívar.

Pada gambar di atas kita memiliki kristal yang sempurna dan dua lainnya dengan cacat. Atom dapat ditempatkan di posisi interstitial, yang merusak posisi atom tetangga dan dikenal sebagai cacat interstitial sendiri (di bawah di tengah). Sementara itu, beberapa atom mampu meninggalkan situs masing -masing dari pengaturan kristal untuk menghasilkan lowongan (kanan).

Oleh karena itu, dalam logam murni keberadaan cacat intrinsik lowongan dan interstitials dimungkinkan. Semakin banyak lowongan di sana, kepadatan zat menurun; fakta yang sejalan dengan peningkatan jumlah cacat dengan suhu.

Ketika, di sisi lain, logam dengan atom -atom elemen lain diberikan, mereka menyebabkan penggantian atau berusaha menempatkan diri mereka di celah. Dalam kasus seperti itu, kepadatan logam meningkat ke nilai maksimum, dari mana ia mulai menurun secara drastis.

Cacat spesifik dalam struktur kristal

Dalam struktur kristal, menutupi padatan lain selain logam yang disebutkan di atas, kami memiliki dua jenis utama cacat spesifik: yang dari Frenkel, dan yang dari Schottky. Keduanya dapat terjadi di daerah yang sama dari kristal, dan juga sangat mungkin bahwa mereka hadir bersama dengan cacat lowongan atau pekerjaan interstitial.

Ketika kita berbicara tentang garam, oksida, sulfat, dll., Akan ada kation dan anion yang mendefinisikan kristal untuk interaksi elektrostatiknya. Oleh karena itu, jika kita menghilangkan kation, beban negatif anion akan mendominasi, dan kaca akan diisi secara negatif. Ini tidak mungkin terjadi karena akan melanggar prinsip elektroneutralitas.

Dengan demikian, cacat dalam jenis kristal ini menghasilkan muatan listrik, yang melalui mekanisme harus dicocokkan lagi. Namun, cacat Frenkel dan Schottky tidak menghasilkan ketidakseimbangan muatan listrik ini.

Dapat melayani Anda: titik kesetaraan

Frenkel

Representasi Cacat Tingkat Waktu Frenkel. Sumber: Gabriel Bolívar.

Farm -Ran -Time Frenkel, untuk menghormati Yakov Frenkel, titik reticular meninggalkan posisi semula untuk berakhir di interstitium. Yaitu, atom, molekul atau ion pindah ke posisi interstitial meninggalkan lowongan.

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

Ketika salah satu kation ungu meninggalkan posisi susunan kristal, meninggalkan lowongan di belakang. Catatan di sebelah kiri arah yang menunjuk panah hitam, menunjukkan bahwa kation sekarang terletak di interstitium.

Karena cacat Frenkel terdiri dari perpindahan kation (atau anion), kaca tetap netral. Juga, komposisi kaca tetap konstan, karena dalam retikulum ion mengubah posisi: mereka tidak meninggalkannya, juga tidak ada yang menambahkannya.

Schottky

Representasi cacat schottky. Sumber: Gabriel Bolívar.

Dalam tipe schoottky spesifik kami memiliki dua lowongan simultan: satu sesuai dengan kation, dan yang lain sesuai dengan anion. Misalnya, ini bukan tentang kation untuk Brinque posisi interstitial, tetapi itu "menghilang" disertai dengan anion (kanan gambar atas).

Sekali lagi, ketika dua lowongan dibuat pada saat yang sama, kationik (yang akan berperilaku seperti anion), dan anionik (yang akan berperilaku seperti kation), komposisi kristal tetap tidak berubah. Ini sangat selama jenis cacat ini dibicarakan, dan bukan lowongan sewenang -wenang yang disebabkan oleh agen eksternal atau internal.

Dari semua hal di atas, disimpulkan bahwa cacat Frenkel dan Shottky adalah cacat stoikiometrik titik intrinsik, karena mereka tidak mengubah komposisi atau stoikiometri padatan.

Cacat tepat waktu dalam bahan keramik

Keramiknya adalah bahan yang karakter ioniknya sangat berosilasi. Beberapa menghadirkan karakter kovalen yang ditandai, seperti halnya silika, sio₂, atau dengan aluminium nituro, ALN.

Oleh karena itu, kita harus mempertimbangkan dua jenis cacat spesifik lain yang dapat terjadi sebagai produk dari sifat kovalen keramik: antisitium dan tautan yang tidak jenuh.

Antisitium

Seperti namanya, itu adalah cacat yang terjadi ketika dua atom mengubah situs mereka, berada di posisi yang bertentangan dengan reticulum kristal asli. Misalnya, di SIC mungkin terjadi bahwa ada C-C atau Si-jika di mana tidak boleh ada. Jenis cacat waktu ini juga sangat umum dalam paduan:

Dapat melayani Anda: aluminium phosphuro (AIP): struktur, sifat, penggunaan, risiko Cacat antisitium tepat waktu pada paduan Au-Cu. Sumber: Gabriel Bolívar.

Perhatikan bahwa atom tembaga dan emas dalam paduan Au-How netral. Tidak peduli bagaimana mereka bergerak, netralitas kaca tidak terganggu. Oleh karena itu, kedua atom mengubah situs dalam kaca, seperti di kanan gambar di atas, itu tidak mempengaruhi netralitas paduan.

Dalam keramik yang memiliki lebih dari satu kation, seperti pemintal, dua kation dengan valensi yang sama dapat bertukar situs (misalnya³⁺ dan cr³⁺) tanpa ketidakseimbangan muatan listrik.

Tautan non -jenuh

Tautan yang tidak jenuh (ikatan menggantung dalam bahasa Inggris) mengganggu urutan kristal keramik kovalen, karena atom yang membentuk tautan tidak ada, meninggalkan beberapa elektron gratis.

Dalam keramik tidak hanya cacat anti -tium dan tautan non -jenuh diberikan, tetapi juga semua cacat intrinsik dan ekstrinsik, sehingga rumit untuk menganalisis struktur mereka yang sebenarnya dan tidak sempurna sempurna.

Contoh cacat spesifik

Di seluruh artikel beberapa contoh materi dan cacat spesifiknya telah disebutkan. Selanjutnya, dan akhirnya, bahan lain akan terdaftar, disertai dengan jenis cacat yang biasanya mereka hadapi.

Perak halida

Perak halida, seperti agcl atau agbr, menyajikan cacat frenkel di mana ag kation⁺ Itu beralih ke posisi interstitial.

Alkali Haluros

Alkali halida, seperti NaCl, cacat schottky manifes, yang lowongan anioniknya diisi dengan elektron ketika kristal mereka dipanaskan dengan adanya natrium atau uap kalium logam.

Torio dioksida

Di tho₂ Kation th⁴⁺ lebih besar daripada anion atau^2-. Oleh karena itu, oksida ini memiliki cacat frenkel di mana ia berada^2- Siapa yang pindah ke posisi interstitial.

Spons paladio

Paladium mampu menyerap hidrogen, berperilaku seperti spons yang menahannya di posisi interstitial kristal mereka.

Baja

Demikian pula seperti yang terjadi antara paladium dan hidrogen, zat besi dapat memasukkan atom karbon ke dalam celahnya, yang menghasilkan pembentukan baja.

Paduan Titanium

Substitusi cacat waktu singkat, meskipun belum dijelaskan sebagai cacat lainnya, tidak lebih dari penggantian satu atom untuk yang lain, yang rusak dengan urutan yang ditetapkan oleh kristal.

Dengan demikian, misalnya, atom kristal titanium dapat digantikan oleh atom lain (logam) untuk menyebabkan keluarga paduan titanium.

Referensi

1. Barry Carter & M. Grant Norton. (2007). Ilmu dan Teknik Bahan Keramik. Peloncat.
2. Shiver & Atkins. (2008). Kimia anorganik. (Edisi keempat). MC Graw Hill.
3. B.S.H. Royce. (S.F.). Poin Cacat. Dipulihkan dari: Princeton.Edu
4. Wikipedia. (2020). Cacat Kristalografi. Diperoleh dari: di.Wikipedia.org
5. Nayak, s.K., Hung, c.J., Sharma, v. et al. (2018). Wawasan tentang cacat titik dan kotoran dalam titanium dari prinsip pertama.Komputer NPJ MA 4.11. doi.org/10.1038/S41524-018-0068-9
6. BYJU. (2020). Poin Cacat. Pulih dari: byjus.com