A krisztallográfia , ponthibák vannak hibák a szervezet a kristályok , amelyek csak érintik izolált csomópontok.
A tökéletes kristály az atomok, ionok vagy molekulák szabályos és végtelen halma. Tekintsük az atomi vagy ionos kristály egyszerű esetét. Tipikus ponthiba: atom ( rés ) hiánya, atom jelenléte az atomok közötti rácsban ( intersticiális hiba ), idegen atom jelenléte a rácsban lévő atomok között ( szilárd közbenső oldat ) vagy egy rácsatom ( szilárd helyettesítő oldat ). Elektromos töltési hibáink is lehetnek: a kristály egyik helyén negatívabb ( szabad elektron ) vagy több pozitív ( elektronlyuk ) töltés van, mint más azonos típusú helyeken.
Ha a kristály rendezett kristály, vagyis többféle atomból áll, szigorú kémiai váltakozással, akkor lehetnek antiszitális hibák, azaz olyan atomok, amelyek jól megtalálhatók a hálózat egyik csomópontjában, de amelyek megtörik a kémiai szabályosságot.
A ponthibák önmagukban kémiai fajok , amelyek kémiai reakciókat idézhetnek elő. Különösen társíthatják őket, például ellentétes töltések hibái vonzanak és kötődnek. Kröger és Vink jelölését szoktuk jelölni nekik .
A ponthibák különleges tulajdonságokat kölcsönöznek a kristályoknak, például:
Ha a hibák koncentrációja alacsony, akkor izoláltnak tekinthetők. A hiba létrehozásához tehát olyan energiára van szükség, amely csak a környezettől függ, és amely mindenhol ugyanaz. Nevezzük w i energiáját létrehozását hiba i .
Ha n i hibát hozunk létre , akkor a rendszer energiája n · w i-vel nő .
Kitöltendő : entrópia , az egyensúlyi hibák száma.
Hibák társíthatók. A leggyakoribb eset az ellentétes relatív töltések hibáinak társulása az elektrosztatikus erő hatására . Ezek az asszociációk annál valószínűbbek, mivel a hibák sűrűsége magas.
A fő mechanizmusok a belső hibák (Schottky vagy Frenkel hibák), az elektron-lyuk párok , valamint az oxidok redukciós és oxidációs körülményei .
A Schottky-hibák az ionos kristályok hibapárjai.
A Schottky-hiba az anionos és a kationos rés társulása.Például ezüst-kloridban Schottky-hibát észlelnek Kröger és Vink jelölése szerint:
(V Ag ', V Cl • ) - vagy - (V Ag ', V Cl • ) × Frenkel hibaA Frenkel- hiba az, amikor egy atom vagy egy ion elhagyja normális helyzetét, hogy intersticiális helyzetbe kerüljön.
A Frenkel-hiba az intersticiális kristályos fajok és a kapcsolódó rések társulása.Ionkristály esetén a kationok kisebbek, mint az anionok, ezért csak a kationok Frenkel-hibáival találkozunk.
Például ezüst-kloridban egy Frenkel-hibát észlelnek, Kröger és Vink jelölése szerint:
(V Ag ', Ag i • ) - vagy - (V Ag ', Ag i • ) ×Ha kettőnél több hiba van társítva, hibaklaszterekről beszélünk (a fürt kifejezést gyakran használják ). A klaszterek általában olyan hibák koncentrációinál jelennek meg, amelyek háló- hálónként meghaladják a 10–2 hibát (100 hálónként előforduló hiba).
Ugyanúgy, ahogyan a kémiai reakciókat egyensúlyi állandó jellemzi , vannak hibákhoz kapcsolódó egyensúlyi állandók is.
Példa: NaCl esete ( Kröger-Vink jelölésekben ) Schottky és Frenkel hibákra:
- Schottky-hiba létrehozásakor a reakcióegyenlet: ∅ → V Na ′ + V Cl • . Ami az egyensúlyi állandót illeti, érdemes: = [V Na ′] [V Cl • ].
- Frenkel-hiba létrehozásakor a reakcióegyenlet ezúttal a következő: Na Na × → Na i • + V Na ′. Ami az egyensúlyi állandót illeti, most megéri: = [Na i • ] [V Na ′].