نقص در شبکه های بلوری

آرایش منظم ذره ها کامل بودن ساختار بلورها فقط در دمای نزدیک صفر کلوین دیده می شود وبالاتر از این دما، جنبش ذرات بیشتر شده ونظم بلوری از بین می رود. این تغییر نظم ذره ها در بلور را نقص بلوری می گویند. نقص ها از این نظر اهمییت دارند که بر روی خواص جامد یونی همانند رسانایی، دانسیته الکترونی، خوردگی وفعالیت شیمیایی تاثیر می گذارند. نقص های بلوری به دو دسته تقسیم می شوند:

الف) نقص های غیراستوکیومتری

ب) نقص های استوکیومتری

الف) نقص های غیراستوکیومتری:

هرگاه دراثر ایجاد یک نقص، نسبت استوکیومتری آنیون ها و کاتیون های جامد یونی تغییری نکند به، آن نقص غیراستوکیومتری می گویند که به دو دسته تقسیم می شوند:

-نقص های نقطه ای که مخصوص جامد های یونی است.

-نقص های گسترده یا جابجایی که مخصوص جامدهای فلزی است.

نقص های نقطه ای

به بی نظمی های تصادفی درون شبکه ای همانند خالی بودن موقعیت برخی از یون ها و یا حضور یک یون در موقعیت حفره ها، نقص نقطه ای می گویند. در این نقص ها اگر چه آنتروپی زیاد می شود (عامل ترمودینامیکی در ایجاد نقص)؛ اما انرژی لازم برای ایجاد آنها بیشتر از آن است که با افزایش آنتروپی جبران شود (به همین دلیل، تشکیل نقص ها به طور معمول گرماگیر است). انواع مختلفی از نقص های نقطه ای در شبکه ایجاد می شود که دو نوع از مهمترین آنها عبارتند از:

نقص شاتکی یا اسکاتکی

هرگاه تعداد برابری از مکان های مربوط به آنیون و کاتیون در شبکه یونی خالی بماند بدون آنکه یونی خالی بماند بدون آنکه استوکیومتری بلور تغییر کند بلور دچار نقص اسکاتکی شده است. این نقص زمانی رخ می دهد که اندازه شعاع آنیون و کاتیون به یکدیگر نزدیک باشند.

با ایجاد این نقص، جامد یونی دو خاصیت جدید پیدا می کند:

1.هدایت الکتریکی بیشتر

2.وزن حجمی یا دانسیته الکترونی کمتر

نقص فرنکل

هرگاه در یک بلور یونی، برخی از کاتیون ها موضع اصلی خود را رها کرده و در فضای بین آنیون ها یا حفررره های درون شبکه ای آنیون ها قرار بگیرند بلئر دچار نقص فرنکل شده است. این نوع نقص در بلور هایی دیده می شود که شعاع کاتیون نسبت به آنیون بسیار کوچکتر باشد.

گاهی وقت ها به نقص فرنکل که بیشتر در ساختارهای با عدد کوئوردیناسیون پایین همانند بلاند روی و ورتزیت دیده می شود، نقص ترمودینامیکی نیز می گویند؛ زیرا عامل اصلی در پیدایش این نقص در افزایش دما می باشد، به طوری که هرچه دما بالاتر رود حفره های بیشتری در اثر جابجایی کاتیون ها ایجاد می شود.

توجیه برخی ویژگی های جامد یونی به کمک نقص فرنکل

در نقص فرنکل، به جابجایی کاتیون ها در حفره های درون شبکه ای، جریان حفره ای می گویند و این می تواند برخی از ویژگی های جامد یونی را توجیه کند همانند:

1.واکنش جامدهای یونی با یکدیگر بر اثر گرما

2.تغییر رسانایی الکتریکی جامدهای یونی با افزایش دما

3.تشکیل محلول های جام(الکترولیت جامد) در جامدهای یونی

4.افزایش ناپایداری بلور (زیرا یئن های هم نام کنار هم قرار می گیرند)