Post vacant (fizică)

Vacant (din lat. vacans - gol, liber) - un defect de cristal , care este un nod în care nu există niciun atom ( ion ). Cu alte cuvinte, un loc vacant este un loc în care, în cazul unui cristal ideal, ar trebui să fie localizat un atom (ion), dar în realitate nu se află în această poziție [1] [2] .

Tipuri de locuri de muncă

În funcție de încărcătura ionului lipsă, se vorbește de vacante cationice și anionice . Dacă un ion pozitiv este situat în locul unui loc vacant într-un cristal ideal, atunci vacant se numește cationic, dacă este negativ - anionic.

În cristalele ionice care conțin locuri libere, neutralitatea electrică este asigurată de faptul că defectele se formează în perechi. Într-una dintre variantele posibile de formare a unor astfel de perechi, împreună cu o vacanță de sarcină de același semn, apare o vacanță de sarcină de semn opus. Astfel de posturi vacante sunt clasificate ca defecte Schottky . Fizicianul german Walter Schottky (1935) a fost primul care a introdus conceptul de defecte de acest tip în știință .

O altă opțiune este formarea unui ion interstițial împreună cu locul vacant. În acest caz, un loc vacant apare ca urmare a deplasării unui ion de la un site la un site interstițial, adică într-o poziție pe care ionii nu o ocupă într-o rețea ideală. Defectele de acest tip se numesc defecte Frenkel . Pentru prima dată, un mesaj despre ei a fost făcut în lucrările fizicianului sovietic Yakov Frenkel (1926).

Atunci când se formează defecte de vacanță conform Schottky, volumul cristalului crește, drept urmare densitatea acestuia scade, iar formarea de defecte conform lui Frenkel nu provoacă un astfel de efect.

Proprietăți

În cazul general, ambele tipuri de defecte sunt prezente în cristale, însă predomină cele care necesită mai puțină energie pentru a se forma. Studiile au arătat că defectele Schottky sunt caracteristice cristalelor de halogenură alcaline pure, iar defectele Frenkel sunt caracteristice cristalelor de halogenură de argint pure .

Locurile libere sunt întotdeauna prezente într-un cristal care se află într-o stare de echilibru termic. Numărul de defecte Schottky , corespunzător temperaturii cristalului , poate fi estimat folosind formula [3] $n$ $T$

n\aproximativ N\exp(-\Delta E_{S}/kT),

unde este numărul de ioni, este energia necesară pentru a elimina un ion dintr-un site de rețea, este constanta Boltzmann . La E~1 eV şi T~1000 K rezultă din formula n/N~10 -5 [2] . $N$ $\Delta E_{S}$ $k$

Pentru a estima numărul de perechi de defecte Frenkel, se folosește o altă formulă [3] :

n\aprox {\sqrt {NN^{\prime }}}\exp(-\Delta E_{F}/2kT),

unde și sunt concentrațiile de situsuri și, respectiv, pozițiile interstițiale și este energia necesară pentru a muta un atom dintr-un site de rețea într-un site interstițial. $N$ $N^{\prime )$ $\Delta E_{F}$

Numărul de locuri libere dintr-un cristal poate fi crescut artificial. De exemplu, încălzirea cristalelor alcaline - halogenură în vapori de metale alcaline duce la pătrunderea ionilor alcalini în cristale și la formarea excesului lor, adică la apariția unor goluri anionice.

Locurile libere au o influență semnificativă sau chiar decisivă asupra multor proprietăți ale cristalelor și asupra proceselor fizice din acestea (densitate, conductivitate ionică, proprietăți optice, frecare internă etc.). Astfel, locurile vacante de anioni care au capturat un electron sunt capabile să formeze centre de culoare care absorb radiația optică în regiunea vizibilă a spectrului și, prin urmare, colorează cristalul.

Vezi și

Note

↑ Meyerovich A. E. Post vacant // Enciclopedia fizică / Cap. ed. A. M. Prohorov . - M . : Enciclopedia Sovietică , 1988. - T. 1 Efectul Aharonov-Bohm - Rânduri lungi. - S. 235. - 704 p. — 100.000 de exemplare.
↑ 1 2 Kittel C. Introducere în fizica stării solide. - M. : Nauka, 1978. - 792 p.
↑ 1 2 Pavlov P.V., Khokhlov A.F. Fizica stării solide. - M . : Şcoala superioară, 2000. - 494 p. — ISBN 5-06-003770-3 .

Literatură

Glinka N. L. Chimie generală