Дефекты структуры в ионных кристаллах

Точечные дефекты. Точечными, или атомными, дефектами в структуре ионного кристалла (какими и является основная часть кристаллов силикатов) являются дефекты по Шоттки и по Френкелю (вакансии) и дефекты, связанные с примесными атомами (твердые растворы). К точечным дефектам относятся также электронные. [c.167]

Рис. 102. Точечные дефекты в структуре ионного кристалла.

Э. и. Адирович [107] рассмотрел поведение электронов в области дефектов структуры ионного кристалла, представляющих собой вакантные анионные узлы (модель Р-центра). В этой модели дефекта Э. И. Адирович заменяет ближайшие к пустому узлу положительные и отрицательные ионы сферическим электрическим двойным слоем, способным осциллировать вблизи некоторого равновесного радиуса. На основе такой модели были рассмотрены энергетические состояния электрона в области дефекта, влияние движения соседних с дефектом структуры ионов на эти состояния, безызлучательные переходы электрона в области дефекта. Модель позволяет качественно выяснить ряд важных вопросов взаимодействия электрона с решеткой. [c.46]

Локальные напряжения в твердом теле, так же как и грани, обладающие наибольшими значениями а, чаще всего являются центрами адсорбции. Наряду с гранями большое значение для адсорбции имеют дефекты структуры реальных кристаллов. Они изучаются физикой твердого тела, и здесь следует отметить лишь основные положения, непосредственно связанные с адсорбцией. Наиболее простыми- типами являются точечные дефекты по Френкелю, образованные избыточными (в междоузлиях) или внедренными атомами (или ионами), и дефекты по Шоттки, образованные недостающими в решетке атомами — вакансиями. Организованные совокупности точечных дефектов представляют собой дислокации, краевые (линейные) или винтовые. Дислокации выходят на поверхность в виде ступенек и обусловливают в основном несовершенство поверхностей. [c.138]

Точечные дефекты в ионных кристаллах. Аналогичные дефекты (см. раздел 1 настоящего ) существуют и в кристаллах с ионной связью. В отличие от дефектов металлического кристалла дефекты в ионных кристаллах несут на себе определенный заряд. На рис. 259, а показаны дефекты (обозначенные пунктирными кружками), связанные с появлением вакансий (дефекты Шотки), а на рпс. 259, б — дефекты, возникшие от попадания отдельных ионов в междоузлие (дефекты Френкеля). Из-за наличия в структуре положительных и отрицательных ионов на вакансию, обозначенную на рис. 259, а стрелкой 1, может попасть только анион, а стрелкой 2 — катион. Энергия образования дефектов Шотки в щелочногалоидных кристаллах порядка 2 эв, дефектов Френкеля — 1,5 эв. [c.257]

Рис. 259. Типы точечных дефектов в структуре ионного кристалла а — появление вакансии (дефект Шотки) б — внедрение дополнительных ионов между ионами, занимающими нормальные положения в структуре (дефекты Френкеля)

Наличие эффективных электрических зарядов у точечных дефектов в ионных кристаллах накладывает жесткое условие связи между их концентрациями, благодаря которому обеспечивается электронейтральность кристалла в целом. Поэтому наличие заряженных примесных центров в ионных кристаллах может приводить к радикальному изменению их дефектной структуры в зависимости от значений эффективных зарядов этих центров. [c.136]

Простейшие виды дефектов структуры кристалла представлены иа рис. 49 и 50. Первые из них, называемые дефектами Френкеля, заключаются в том, что некоторые ионы из узлов кристаллической решетки смещены в другие положения. Нормальные места их в данный момент Остаются свободными и затем замещаются другими ионами. Вторые, называемые дефектами Шотки, заключаются в существовании свободных мест в различных узлах решетки. [c.143]

Уравнение (262) в общем можно применять для качественной оценки некоторых факторов, оказывающих влияние на процесс зародышеобразования, однако для сложных процессов уравнение непригодно. Это объясняется тем, что рост кристаллов определяется не только диффузионными процессами, происходящими в жидкой фазе, но также свойствами структуры растущих кристаллов, как, например, дефектами кристаллической решетки, внедрением в нее ионов из добавляемых растворов и т. д. [c.202]

Спектры ЭПР позволяют решить многие важные вопросы физики, химии и биологии. В частности, можно определить строение парамагнитных центров, их концентрацию, характер взаимодействия друг с другом и другими определяющими частИцами ЭПР можно применять для изучения вещества в любом агрегатном состоянии. Эти качества делают ЭПР уникальным методом исследования кинетики и механизма химических реакций, протекающих с участием парамагнитных частиц. В ионных кристаллах можно определить структуру энергетических уровней магнитных центров, тонкие детали строения кристаллической решетки и параметры, характеризующие кинетику намагничивания исследовать дефекты кристаллических решеток получить данные о свойствах электронов проводимости в металлах и полупроводниках и пр. [8, 9]. [c.377]

Кристаллы с идеально правильной структурой редко встречаются на практике. Большинство твердых кристаллических веществ обладает дефектами структуры как в микроскопических, так и макроскопических масштабах. К числу таких дефектов относятся отсутствие катионов или анионов в их обычных положениях, замещение ионов примесями, а в более крупных масштабах— нарушения правильной геометрии кристаллической решетки. [c.183]

Рост кристаллов происходит за счет диффузии ионов к поверхности растущего кристалла и осаждения этих ионов на его поверхности и определяется не только диффузионными процессами, но и Структурой растущих кристаллов, дефектами кристаллической решетки, внедрением в нее различных ионов и т. д. [c.141]

Дефекты структуры реальных кристаллов разнообразны. Прежде всего, различают точечные, линейные и поверхностные дефекты. Простейшие и в то же время важнейшие точечные дефекты это незанятые узлы решетки или вакансии и атомы, находящиеся в междуузлиях. Существование таких дефектов связано с тем, что отдельные атомы или ионы решетки имеют энергию, превышающую ее среднее значение при данной температуре. Такие атомы колеб- [c.162]

С наличием в структуре ионных кристаллов точечных дефектов существенно связана их электропроводность. Под действием электрического тока ближайший к вакансии ион переходит на ее место, а в точке его прежнего местоположения создается новая вакансия, занимаемая, в свою очередь, соседним ионом. Подобные перескоки ионов реализуются с большой частотой, обеспечивая ионную проводимость кристалла. Благодаря точечным дефектам удается объяснить и существование в природе большого числа так называемых несте-хиометрических соединений (соединений переменного состава), т. е. веществ, состав которых в твердом состоянии отклоняется от их молекулярного состава. Например, кристаллы оксида титана в зависимости от давления кислорода в окружающей среде могут иметь переменный состав от Т10о,б до Т101,з5. При избытке атомов титана в кристалле имеется соответствующая концентрация вакансий кислорода, а при избытке атомов кислорода появляются вакансии титана. В кристаллах оксида цинка 2пО избыточное содержание атомов цинка объясняют нахождением последних в междоузлиях пространственной решетки. [c.88]

Дефекты структуры реальных кристаллов разнообразны. Прежде всего различают точечные, линейные и поверхностные дефекты. Простейшие и в то же время важнейшие точечные дефекты — это незанятые узлы решетки, или вакансии, и атомы, находящиеся в междуузлиях. Существование таких дефектов связано с тем, что отдельные атомы или ионы решетки имеют энергию, превышающую ее среднее значение при данной температуре. Такие атомы колеблются интенсивнее других и могут пере.меститься с одного места на другое, например, из узла решетки в междуузлие. Вышедший из узла атом называется дислоцированным, а незаполненное место, где он ранее находился,вакансией. В любой момент соседний с вакансией атом может перейти на ее место, освободив новую вакансию. Таким образом, вайаисии переходят с одного места на другое. Точечные дефекты оказывают очень большое влияние на свойства полупроводниковых материалов. [c.155]

Проведенное рассмотрение показывает, что для точечных дефектов в ионных кристаллах модели молекулярного кластера я КРЭЯ приводят к практически одинаковым результатам, которые согласуются также с полученными по методу ФГ. Учитывая это обстоятельство, модель молекулярного кластера можно применять и для более сложных по своей структуре точечных дефектов в ионных кристаллах, для которых расчеты на основе модели КРЭЯ и тем более по методу ФГ сопряжены с большими вычислительными трудностями. В частности, модель молекулярного кластера с успехом применялась для исследования парных активаторных центров (см. рис. 5.3), примесного атома магния (см. рис. 5.4), F-агрегатных центров (рис. 5.1, 5.2) в щело 1Но-галоидных кристаллах с высокой степенью ионности химической связи. [c.277]

В принципе все физические свойства кристаллов зависят от их структуры и, следовательно, от дефектности решетки. Однако не все свойства в равной мере чувствительны к наличию дефектов. Обычно число равновесных дефектов относительно невелико, поэтому к мало чувствительным свойствам относятся все те, которые зависят только от средних значений молекулярных параметров частиц в решетке. Сюда относятся такие термодинамические свойства, как теплоемкость и энергия кристаллов. Более чувствительны к наличию дефектов оптические свойства кристаллов в области основной полосы поглощения. Высокочувствительны те физические свойства, которые практически полностью определяются наличием отдельных дефектов в кристаллической решетйе — диффузия в кристаллах, электропроводность примесных полупроводников, поглощение света вне основной полосы поглощения, люминесценция, некоторые магнитные свойства, скорость химических реакций в кристаллах. Для химии большое значение имеет равновесная нестехиометричность ионных кристаллов, возникающая в связи с появлением в решетке структурных дефектов. [c.271]

Наличием дефектов в структуре решетки обусловлена ионная проводимость кристаллов. Если дефекты являются дефектами по Френкелю, перенос элетричества осуществляется при движении вакансий и междоузельных ионов в объеме кристалла, причем в этом процессе обычно участвует практически ион лишь одного знака (как мы заметили ранее, обычно только катионы или только анионы в значительной степени переходят в междоузлия). Так, в случае кристалла AgBr переносчик электричества — катион Ag+ измеряемое на опыте число переноса аниона Вг равно нулю. При наличии дефектов по Шоттки (кристалл Na l) перенос заряда осуществляется как катионами, так и анионами в процессе движения катионных и анионных вакансий. [c.334]

Точечные дефекты вакансии-не занятые частицами узлы кристаллич. решетки междоузлия - примесные атомы в узлах решетки или между узлами, а также собственные атомы или ионы кристалла, сместившиеся из своих нормальных положеш1Й в узлах решетки. В простейшем бинарном кристалле АВ возможно образование двух видов вакансий Кд и V , двух видов междоузельш>1х атомов А, и В,- атомы Л и В в кристаллографич. позициях, свойствешсых друг другу, а также примесные атомы в той или иной кристаллографич. позиции (Хд, Х , X,). Обычно в структуре любого немолекулярного кристалла все виды точечных Д. присутствуют одновременно, но вследствие различий в энергии образования концентрация одних Д. больше других. В стехиометрич. кристаллах всегда доминируют по меньшей мере два вида точечных Д. пара вакансий V a и Vg, образующихся при переходе разнородных атомов или ионов из объема кристалла на его пов-сть (дефект Шоттки), или пара вакансия-междоузельный атом, образующаяся при переходе атома (иона) из узла решетки в междоузельное положение, т.е. А, и Кд или В, и Kj, (дефект Френкеля). [c.30]

Принцип непостоянства состава твердофазных соединений. Представления о переменном составе кристаллических соединений получили прочную основу после того, как в результате применения методов статистической термодинамики была установлена взаимосвязь между дефектами кристаллической решетки и несте-хиометрией н была доказана неизбежность появления нестехиометрии в любых ионных кристаллах. Современные представления о когерентном срастании фаз, термодинамически и кристаллохимически мало отличающихся друг от друга, например, позволили понять особенности ряда твердофазных материалов со специальными электрическими (суперионные проводники) и магнитными свойствами (высококоэрцитивные ферриты), объяснить природу нестехиометрии твердых электролитов со структурой р-глинозема н открыть новые возможности для синтеза подобных соединений. [c.167]

Электропроводность. Идеальный ионный кристалл является типичным изолятором, но вблизи температуры плавления электропроводность (ионная проводимость) увеличивается (у Na l она достигает величины порядка 10- Ом- -м-, у КС1 — порядка 10- Ом- -м- ) за счет возрастания подвижности ионов под действием тепловой энергии. Температурный коэффициент сопротивления отрицателен. При одинаковой структуре боль-щей подвижностью обладают ионы меньших размеров (например, Li l > Na l > КС1 >. ..), причем подвижность катионов больше, чем анионов. При смещении ионов в кристаллической решетке образуются дефекты, и необходимая для этого энергия составляет 12—25% Ul- Поскольку появление дефектов приводит к увеличению электропроводности, кристаллы с большой энергией решетки и с большим ионным радиусом при высокой температуре являются хорошими изоляторами (табл. 4.23). [c.201]

Сорбенты на основе гетерополярных солей Ва804, ЬаРз способны к обмену ионов металлов и удерживанию ионов в дефектах структуры кристаллов. Например, Ва804 после специальной обработки используют для селективного выделения микроколичеств стронция. [c.114]

К нульмерным, или точечным, дефектам относятся вакансии (незанятые места в структуре), любые примесные частицы (атомы, ионы, молекулы), находящиеся как в узлах структуры, так и в межузлиях, а также собственные межузельные частицы. К этим дефектам приводит тепловое движение атомов. Чем выше температура, тем больше таких дефектов существует в кристалле. При тепловом равновесии вблизи температуры плавления в кристаллах большинства веществ доля вакансий от общего числа атомных мест в идеальной решетке достигает примерно 10 , доля меж-узельных атомов — приблизительно 10" . Вакансии, кроме того, образуются при вхождении в кристалл примесей с валентностью, отличной от валентности основных строительных единиц кристалла. Так, наличие примеси Са + в кристаллах НаС1 обусловливает существование катионных вакансий в количестве, соответствующем атомной концентрации примеси. [c.5]

В результате теплового воздействия некоторые атомы или ноны могут покидать свои места в узлах решетки и образовывать дефекты, называемые вакансиями Атомы или ионы ( собственные и чужие ) также могут появиться между узлами кристаллической решетки В ионном кристалле (в отличие от атомного) вакансии должны быть обязательно скомпенсированы электрически Комбинация вакансии и иона в междуузлиях называется дефектом по Френкелк) а комбинация анионной и катионной вакансий — дефектом по Шоттки Дефекты по Френкелю и Шотткн относятся к так называемым точечным дефектам Эти дефекты могут мигрировать в кристалле, чем объясняется самоднффузия и ионная проводимость Наличие примесных атомов или ионов в структуре сильно влияет на физические и механические свойства кристаллов Так, например, при добавлении 20% КВг к КС1 теплопроводность снижается на 50% Добавление к железу 1% N1, Мп или Сг приводит к повышению его твердости соответственно на /го, /в и V Примесные атомы нли ионы поглощают свет в тех областях, где чистый кристалл прозрачен, что может влиять иа его цвет В некоторых случаях возбуждается люминесценция [c.239]

Д, в к. подразделяют на точечные, линейные, плоскостные (двумерные) и объемные. Элементарные типы точечных дефектов — вакансии, примесные атомы замещения или внедрения, В ионных кристаллах вакансии должны быть скомпенсированы так, чтЬбы кристалл в целом был элект-ронейтрален, поэтому точечные Д. в к. возникают парами и разноименно заряжены. Пара вакансий (отсутствукуг катион и анион) наз. дефектом Шоттки, вакансия в сочетании с внесенным катионом или анионом — дефектом Френкеля. Осн, линейные Д, в к,— краевая дислокация (обрыв плоскости, в к-рой расположены атомы, ионы или центры масс молекул) и винтовая дислокация (частичный разрыв такой плоскости с замыканием образовавшихся краев на параллельно расположенные плоскости). Двумерные Д. в к, связаны, в частности, с мозаичной (блочной) структурой реального кристалла в пределах отд. блоков существует структура, близкая к идеальной блоки повернуты друг относительно друга на неск. градусов, К двумерным Д, в к, относят плоскости, отграничивающие блоки, дефекты наложения слоев в плотной упаковке и др,, а также пов-сть кристалла. Объемные Д. в к. реализуются в виде скоплений точечных дефектов, каналов, включений. [c.152]

Ионные кристаллы в случае идеальной решетки являются изоляторами, обладают малой поверхностной энергией и поэтому их каталитическая активность мала. Если же решетка нарушена и имеет дефекты, то появляется электропроводность, зависящая от температуры. При повышении давления водорода возникает стехиометрический избыток катиона на поверхности окисла. Однако работа, необходимая для образования дефекта по Френкелю , зависит от объема в междоузлии, доступного для иона. Она будет гораздо меньше в том случае, если в кристалле имеются вакантные места для стехиометрического избытка катионов. Такие вакантные места всегда имеются в большом количестве в кристалле вещества формулы МХг (ThO , ZrO-). По условию сохранения заряда стехиометрический избыток ионов тория вызывает появление эквивалентного количества квазисвободных электронов в междоузлиях- Четырехвалентные катионы будут образовывать в два раза больше активных центров, чем двухвалентные. Поэтому ТЬОг и 2гОг должны обладать большей активностью, чем СаРг, несмотря на одинаковую структуру. От кристаллов формулы MX нельзя ожидать активности. [c.99]

Зонная схема — эта система термов для кристалла. Она несколько видоизменяется при появлении дефектов структуры, так как возникновение дефектов в ионной решетке всегда связано с сильным искажением электростатического поля в соответствующей области кристалла. Проще других описмваются изолированные точечные дефекты в идеальной ионной решетке. [c.137]

Мы будем исходить здесь из картины, в известной мере противоположной картине двухмерного газа. Будем рассматривать поверхностный слой ионного кристалла как двухмерный полупроводник, в котором адсорбированные молекулы играют роль примесей (дефектов), нарушающих строго периодическую структуру решетки. При этом автоматически обеспечивается уч )сгие адсорбированных атомов и молекул в электронном хозяйстве решетки. Заметим, что это отнюдь не означает жесткой локализации адсорбированных частиц за адсорбированными атомами и молекулами сохраняется способность перемещения по поверхности решетки. [c.70]

Механизм диффузионных процессов в твердых телах можно понять, если использовать наши сведения о кристаллической структуре твердых тел. В равновесии атомы твердого тела совершают тепловые колебания около узлов кристаллической решетки. В идеальной структуре твердого тела все узлы решетки совершенно равнозначны и процесс диффузии происходить не может. Однако в реальном кристалле нри заданной температуре сзш],ествует некоторое число термических дефектов — нарушений кристаллической решетки. Впервые гипотеза о термических дефектах, согласно которой в результате тепловых флуктуаций некоторые ионы могут покидать свои нормальные места в решетке и Ьереходить в положения между другими узлами (межузлия), была предложена Френкелем [13]. Впоследствии Шоттки [14] предположил также, что в ионных кристаллах равное число катионов и анионов может уходить со своих нормальных мест в решетке, создавая катионные и анионные вакансии. Примером систем с преобладанием дефектов по Френкелю могут служить некоторые галОгениды серебра (АдС1, AgBr). В "кристаллах галогенидов щелочных металлов термические дефекты принадлежат к типу дефектов по Шоттки [15]. [c.43]

Описывая в предыдущем разделе возможную структуру точечных дефектов, мы ограничились рассмотрением кристаллов с металлической или ковалентной связью между атомами. Однако существует многочисленный класс кристаллических веществ, для которых характерна ионная межатомная связь. Типичными представителями ионных кристаллов являются щелочно-галлоидные кристаллы. Их структура такова, что эти кристаллы как бы построены из двух подрешеток подрешетки положительных ионов щелочного металла (катионов) и подрешетки отрицательных ионов галлоида (анионов). Большинство щелочно-галлоидных кристаллов имеет пространственную решетку типа НаС1 (см. рис. 3). В главных кристаллографических плоскостях (1, 1,0) этой решетки катионы и анионы расположены в шахматном порядке, образуя две вставленные друг в друга квадратные решетки (рис. 54). [c.179]

Ионы в реальном кристалле (мы говорим о ионах только в первом приближении для солей или силикатных систем), которые находятся в непосредственном соседстве со структурными недостатками или дефектами, имеют менее прочные связи, чем масса ионов внутри блока. Поэтому дефекты вблизи ионной поверхности служат в узком смысле слова промоторами электропроводности в твердом веществе вместе с тем они же служат точками, на которых возможны определенные топохимические реакции (изложение точки зрения Кольшюттера см. А. П1, 189 С. И, 13), т. е. главным образом реакции в твердом состоянии на них же локализовано каталитическое действие на гетерогенные газовые реакции. Этот чрезвычайно важный принцип химической кинетики был продемонстрирован Хедваллем на примере сильного окисления сернистого газа на дефектах кварца. Дефектные структуры кварца были специально получены путем полиморфного превращения ->-а-кварц это один из наиболее простых примеров каталитического действия дефектов кристалла. Ниже мы специально коснемся подобных явлений превращения в качестве эффектов Хедвалля (см. D. I, 76 и ниже). [c.699]

Все эти обстоятельства диктовали необходимость атомарных расчетов структуры ядра дислокации. Толчком к их проведению послужили классические исследования Виньярда и его сотрудников [ 113] радиационных дефектов, положившие начало Методу машинного моделирования дефектов решетки точечных, линейных, планарных (подробнее см. Обзор [114]). Первые работы по математическому моделированию ядра дислокации появились в 1964-1965 гг. [115, 116]. После того как парк ЭВМ в нашей стране пополнился машинами с достаточными быстродействием и памятью, в СССР были начаты работы по математическому моделированию ядра дислокации в металлах [117, 118], сплавах [119], ионных кристаллах [120]. За прошедший с начала исследований период появилось большое число работ, посвященных моделированию структуры ядра дислокации (см. обзоры [121,122]). [c.36]

Здесь речь пойдет об ионных жидкостях вблизи их температур плавления (расплавах), свойства которых весьма близки к свойствам кристаллов с дефектами структуры. Из-за сильных электростатических взаимодействий соли в значительной мере сохраняют при плавлении ближнюю упорядоченность. Ближайшими соседями катионов остаются анионы, а вторую координационную сферу образуют катионы [291]. При плавлении расстояние максимального сближения уменьшается примерно на 0,15 А, а число ближайших соседей уменьшается (например, для щелочных галогенидов от 6 до 3,5) [562]. Объемные изменения при плавлении положительны (примерно + 20% для щелочных галогенидов), что указывает на образование пустот в расплаве. Пустоты могут выступать в качестве вакантных центров, соответствующих по своим размерам ионам, примерно по одной дырке на каждые шесть ионных узлов (квазирешеточная модель расплава), или могут иметь более или менее непрерывное распределение по размерам и расположению (дырочная модель), или, наконец, дефектность структуры можно представить в виде переплетающих линий, образованных вакансиями и ионами в междоузлиях, как в неупорядоченном кристалле (теория значащих структур) [93]. Для органических солей обычно предлагаются и другие модели для описания строения расплава и сохранения в нем отдельных особенностей кристаллической структуры. Так, например, характерное для солей R NX в кристаллическом состоянии перекрывание элкильных цепей соседних ионов R4N+. как предполагается, сохраняется и в расплаве [172]. [c.240]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология