Defecte în Solidele Cristaline

Un solid, fie cristalin, fie amorf, nu este niciodată perfect, la nivelul de ocupare al nodurilor de reţea, al modului în care este format cristalul, a stării sale de puritate, etc.

Sunt astfel prezentate în continuare diferitele tipuri de defecte caracteristice reţelelor ristaline, care reprezintă abateri de la un aranjament perfect al particulelor în nodurile reţelei (figura 1).

Figura 1

I. DEFECTE PUNCTUALE (figura 2)

- Vacanţe : nodurile reţelei nu sunt ocupate în totalitate. (a)

Exemplu :

o vacanţe de oxigen în oxidul de uraniu U3O8.

Figura 2a Figura 2b

- Autointerstiţiale : prezenţa, în poziţie interstiţială în raport cu nodurile reţelei, a unui anion sau cation al solidului respectiv. (b)

Este un defect foarte des întâlnit în solidele ionice, pentru că multe dintre acestea au disponibile poziţii interstiţiale relativ mari. De cele mai multe ori, poziţiile interstiţiale au aceeaşi imagine de vecinătate ca şi nodurile reţelei.

Exemplu :

o Atomul de zinc în Zn1+xO.

o În BeO atomii ocupă numai juumătate din nodurile tetraedrice disponibile. În consecinţă, într-o celulă elementară se găsesc 4 poziţii interstiţiale libere. De asemenea, un atom de Be poate să se deplaseze dintr-un nod într-o poziţie interstiţială, fară a distorsiona reţeaua cristalină.

- Atomi străini în interstiţii : prezenţa, în poziţie interstiţială, a unui atom sau ion străin (cu rază atomică sau ionică mai mică decât razele atomilor din reţeaua gazdă) (c)

Figura 2c Figura 2d

- Atomi străini în substituţie : un atom sau un ion străin ocupă un nod de reţea în locul unui atom sau al unui ion care constituie reţeaua respectivă (particulă străină cu rază atomică sau ionică mai mică sau mai mare (d) decât cea a atomului sau ionului înlocuit). Dacă particula străină are o valenţă diferită de cea a atomului sau ionului inlocuit, se pot creea vacanţe sau electroni liberi.

Exemplu :

o În NaCl un cation monovalent cum ar fi Li poate înlocui Na. Dacă un cation bivalent, cum ar fi Ca, înlocuieşte Na, acest proces trebuie să fie insoţit de o vacanţi cationică, sau de un interstiţial anionic, pentru a păstra electroneutralitatea.

- Defect Frenkel : o pereche vacanţă – interstiţial (un anion sau un cation părăseşte nodul reţelei, care devine astfel o vacanţă, şi se plasează într-un interstiţiu). (e)

Figura 2e Figura 2f

- Defect Schottky : o pereche de vacanţe cationice si anionice formată prin migrarea unui cation şi a unui anion la suprafaţa reţelei. (f)

Vacanţele şi interstiţialii sunt deseori denumiţi « defecte termice ». De fapt, creşterea temperaturii, poate provoca :

- Fie plecarea unui atom sau a unui ion din poziţia sa normală pentru a se poziţiona într-un interstiţiu : « defect Frenkel ».

- Fie migrarea unui atom sau a unui ion din poziţia sa normală către suprafaţa cristalului, lăsând în spatele său o poziţie vacantă : « defect Schottky ».

- Centre « colorate » (centre F, centre V, etc., ) sunt formate prin reţinerea electronilor sau vacanţelor în defectele de reţea. Prezenţa lor provoacă colorarea cristalelor, transparente în mod normal, şi modificări în spectrul de adsorbţie optic.