Imperfección en Sólidos

Los sólidos están formados por muchos cristales pequeños. Sin embargo, el defecto en los sólidos ocurre durante el proceso de cristalización debido a la velocidad rápida o moderada de formación de cristales. Los defectos se describen como irregularidades en la disposición de las partículas constituyentes en general. El defecto podría ser un punto o un defecto de línea basado en la disposición irregular. Un defecto de punto de desviación ocurre en un cristal ideal cuando hay anomalías en la disposición alrededor de cualquier punto o átomo en el cristal. De manera similar, se produce un defecto de línea cuando hay una variación en la disposición de toda la fila de puntos de la red en los cristales.

Imperfecciones o Defectos en un Sólido

Los sólidos cristalinos se forman por la replicación ordenada de un número volumétrico de celdas unitarias en todas las direcciones. Un cristal iónico que consta de una sola celda unitaria con puntos de red idénticos en todo el cristal se conoce como cristal ideal. Independientemente de si tales cristales ideales existen solo a la temperatura del cero absoluto (0K). A cualquier temperatura por encima de 0 K, los cristales están algo fuera de una disposición completamente ordenada. yo

Cualquier desviación del arreglo perfectamente ordenado de las partículas constituyentes en un cristal se llama desorden o defecto . Por eso,

La imperfección en los sólidos se refiere a cualquier anomalía en el patrón de disposición de los cristales en los sólidos. Cuando se forman cristales, se desarrollan fallas. Puede suceder muy rápido o a un ritmo más lento. Debido a que las partículas no tienen tiempo suficiente para organizarse de manera regular, esto sucede.

Pueden ocurrir defectos adicionales en el cristal debido a la presencia de ciertas impurezas. El término desorden o imperfección es ampliamente utilizado para referirse a una forma íntima de pasar del estado perfectamente ordenado de los constituyentes de un cristal. Estas imperfecciones no solo alterarán las propiedades del cristal sino que también darán lugar a nuevas propiedades.

Causas de imperfecciones o defectos en un sólido:

1. Los diferentes tipos de Impurezas se encuentran en la red cristalina o en un sólido.
2. Vacantes en el enrejado
3. Proporciones no estequiométricas de los iones
4. Dislocación de una partícula en la red

Tipos de defectos

Los defectos son de dos tipos como:

• Defectos puntuales: Los defectos que surgen debido a irregularidades o desviaciones de la disposición ideal de los átomos alrededor de un punto o un átomo en un material cristalino se denominan defectos puntuales o defectos atómicos.
• Defectos de línea: Los defectos que surgen debido a irregularidades o desviaciones de la disposición ideal en una fila completa de puntos de red se denominan defectos de línea.

Estas irregularidades se denominan defectos cristalinos o imperfecciones cristalinas.

Defecto puntual en sólido

Cuando la cristalización ocurre rápidamente, surgen defectos puntuales que impiden que se forme una estructura cristalina perfecta. Debe notarse, sin embargo, que incluso durante una cristalización lenta, existen defectos. Los defectos puntuales se pueden dividir en tres categorías.

Probablemente se observe que las vacantes y los defectos intersticiales son mostrados por sólidos no iónicos. Por otro lado, los sólidos iónicos siempre deben mantener la neutralidad eléctrica.

Los defectos puntuales en los cristales iónicos presumiblemente detrás de escena como:

• Defectos estequiométricos: Los compuestos estequiométricos son aquellos en los que el número de iones positivos y negativos se encuentran en la proporción indicada por sus fórmulas químicas. En aras de la simplicidad, podemos considerar compuestos de tipo AB que tienen el mismo número de iones A ⁺ y B ^{– .} Los defectos en este tipo de compuestos se denominan defectos estequiométricos. En general, se observan dos tipos de defectos en estos compuestos. 

Los siguientes son los tipos de defectos estequiométricos

Defecto de Schottky: el defecto de Schottky surge si faltan algunos de los átomos o iones de sus sitios de red normales. Los sitios de celosía que son abortivos se denominan huecos o huecos de celosía. En la medida en que el cristal tiene que ser eléctricamente neutro, falta un número igual de cationes y aniones. El cristal AB ideal se muestra arriba. Presencia de dos agujeros uno por falta de catión y otro por falta. Es por excelencia un defecto de vacancia en los sólidos iónicos.

Hay tres tipos diferentes de defectos de Schottky como-

• Defecto de vacante : cuando la enésima parte de los sitios de la red está vacante, se dice que el cristal tiene defectos de vacante. Este defecto tiene como consecuencia una deficiencia en la densidad de la sustancia. Este tipo de defecto también puede desarrollarse en el material de calentamiento y, por lo tanto, también se denomina defecto termodinámico.

• Defecto intersticial: cuando algunas partículas constituyentes (átomos o moléculas) rodean posiciones intersticiales vacantes, se dice que el cristal tiene defectos intersticiales. Este defecto aumenta ligeramente la densidad.

Condiciones que causan defectos de Schottky: este tipo de defecto se observa generalmente en compuestos iónicos fuertes que tienen

• alto número de coordinación
• Iones de aproximadamente el mismo tamaño.

Por ejemplo, los sólidos iónicos de NaCl, KCl, KBr, CsCl y AgBr tienen defectos de Schottky. Se ha comprobado que en NaCl hay alrededor de 10 ⁶ pares de Schottky por cm³ a ​​temperatura ambiente. En 1cm³ hay alrededor de 10 ²² iones y esto significa que habrá un defecto de Schottky por cada 10 ¹⁶ iones en NaCl. Debido a la inminente existencia de un amplio número de vacantes en los cristales, su densidad se reduce notablemente.

Defecto de Frenkel: El defecto de Frenkel ocurre cuando un ion desaparece de su estado normal y ocupa un sitio intersticial entre los puntos de la red. Se muestra la existencia de hale debido a que falta un catión de su posición normal y ocupa la posición intersticial. En este caso, además, el cristal permanece eléctricamente neutro porque el número de aniones y cationes sigue siendo el mismo. Este defecto también se conoce como defecto intersticial. Crea defectos de vacancia. Tiene su posición original y un defecto intersticial en su nueva ubicación.

Condiciones que causan defectos de Frenkel: este defecto generalmente ocurre en compuestos en los que el número de coordinación es bajo, los aniones son mucho más grandes que los cationes.

En los haluros de metales alcalinos perfectos, estos defectos no son muy comunes porque los iones no pueden pasar al estado intersticial debido a su gran tamaño. Se pueden encontrar defectos en los haluros de plata como AgCl, AgBr, AgI, ZnS, etc. En cuanto al pequeño tamaño de los iones Ag y los iones, estos iones pueden moverse hacia los sitios intersticiales.

Existen vacantes o agujeros en los cristales que tienen un defecto de Schottky y Frenkel, pero el primero disminuye la densidad general de la sustancia, pero el segundo no. , otro tipo híbrido de defecto también puede surgir de una combinación de ambos.

Causas de los defectos de Schottky y Frenkel

 Los defectos en los cristales de Schottky y Frank dan algunos resultados interesantes. Estos son-

1. La presencia de estos defectos aumenta la conductividad eléctrica de los cristales. Cuando un campo eléctrico está cerca del experimento, un ion contiguo se mueve desde su sitio de red para ocupar un agujero. Como resultado, se crea un nuevo agujero y otro ion cercano se mueve hacia él, y así sucesivamente. Este proceso continúa y, por lo tanto, h se mueve de un extremo al otro. Por lo tanto, conduce la electricidad por todo el cristal.
2. Debido a la impedancia de los poros en el cristal, su densidad disminuye. Es de suponer que notó que la densidad disminuye solo para cristales con defectos de Schottky.
3. La presencia de poros también reduce la energía de red o estabilización del cristal. La presencia de demasiados poros puede provocar el colapso parcial de la red.
4. En los defectos de Frenkel, la constante dieléctrica del cristal aumenta al colocarlo en un patrón de cargas iguales.

• Defectos de impurezas: estos defectos surgen cuando algunos átomos o iones extraños están presentes en el espacio de la red o en el sitio intersticial, por ejemplo, NaCl fundido con un poco de SrCl ₂ y una solución sólida de CdCl ₂ y AgCl.
• Defectos en cristales no estequiométricos: Los defectos no estequiométricos alteran la estequiometría de los sólidos. Los sitios iónicos ocupados por electrones desapareados se denominan centros F (Farbenzenter o centro de color). Imparten color a los cristales de haluros de metales alcalinos. Los colores son producidos por la excitación de estos electrones cuando absorben energía de la luz visible que cae sobre el cristal. El exceso de Na hace que los cristales de NaCl se vuelvan amarillos, el exceso de Li hace que LICI se vuelva rosa, el exceso de potasio hace que los cristales de KCl se vuelvan púrpuras.
• El defecto de exceso de metal debido a las vacantes aniónicas se muestra en haluros alcalinos como NaCl y KCl. En tales defectos, falta un ion negativo en su sitio de red dejando un hueco que es ocupado por un electrón para mantener la neutralidad eléctrica.
• El exceso de metal debido a la presencia de cationes adicionales en los sitios intersticiales se muestra por el rust de zinc al calentar. Al calentarse, el rust de zinc (blanco) pierde su oxígeno y se vuelve amarillo.

ZnO + Calefacción → Zn² ⁺ + O₂ +2e ^– 

Ejemplos de preguntas

Pregunta 1. El Fe ₃ O ₄ es ferromagnético a temperatura ambiente y se vuelve paramagnético a 850 K. Explique.

Responder:

Debido a la aleatorización de giros a altas temperaturas.

Pregunta 2. Nombre cualquier sólido que tenga defectos de Frenkel y Schottky.

Responder:

El bromuro de plata, AgBr, tiene defectos de Frenkel y Schottky.

Pregunta 3. ¿Cuál es el efecto de la temperatura sobre la conductividad de los metales y semimetales?

Respuesta En general, con un aumento de la temperatura, la conductividad de los metales disminuye y la de los semimetales aumenta.

Pregunta 4. ¿Qué es una célula fotovoltaica?

Responder:

El proceso en el cual la electricidad es generada por el brillo de la luz solar en ciertas sustancias. El silicio amorfo actúa como una célula fotovoltaica ejemplar.

Pregunta 5. ¿Por qué no se encuentra el defecto de Frenkel en los haluros de metales alcalinos puros?

Responder:

El defecto de Frenkel no se encuentra en los haluros de metales alcalinos porque los iones no pueden entrar en el intersticial.

Pregunta 6. ¿Cuál es el efecto de la presencia de defectos de Schottky en la densidad del cristal? 

Responder:

La densidad total de un material cristalino disminuye debido al defecto de Schottky.

Pregunta 7. ¿Cuál es la diferencia en los semiconductores obtenidos al dopar el silicio con As o con Ga?

Responder:

El semiconductor producido por silicio dopado con As es un semiconductor de tipo n en el que el flujo de corriente se debe a los electrones, mientras que el silicio dopado con Ga es un semiconductor de tipo p en el que el flujo de corriente se debe a huecos positivos.