弗蘭克爾缺陷

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引言

弗蘭克爾缺陷是晶體晶格生成過程中的一種缺陷，其中一個離子或原子佔據了通常未被佔據的位置。它以俄羅斯物理學家雅科夫·弗蘭克爾的名字命名。晶體中的空位是由單個原子自發移位產生的。這種缺陷有時被稱為位錯缺陷，因為它同時表現出空位和自間隙缺陷的特性。晶格中的小型陽離子從其原始位置移位，導致晶格中出現空位。

弗蘭克爾缺陷的形成

弗蘭克爾缺陷在晶格中的形成過程如下：

• 一個陽離子離開晶格併成為間隙原子。

• 在晶格中產生一個空位。

• 移位的陽離子在附近的其他陽離子和陰離子之間找到一個位置。

固體晶體中缺陷的出現

離子的精確排列是晶體的最重要的特性之一，它將晶體與非晶態物質區分開來。然而，沒有材料是完全完美的，因此這種被稱為晶格缺陷的缺陷是存在的。

缺陷的定義是瑕疵或不完美。固體晶體存在缺陷，這在固態化學中得到了研究。一些晶胞可能比其他完美的晶胞多一個或多個原子。這些晶體缺陷被稱為晶體缺陷。因此，晶體缺陷是晶體物質中規則圖案的破壞。晶體缺陷有幾種型別，包括面缺陷、線缺陷和點缺陷等等。弗蘭克爾缺陷是點缺陷。

弗蘭克爾缺陷的定義

這種缺陷是晶體形成過程中的一個缺陷。許多固體晶體中的晶胞比理想晶胞的原子少。這被稱為缺陷。晶體缺陷是晶體材料中規則圖案的破壞。缺陷有多種型別，每種型別都表示晶體內在生長中的重大中斷。

以下幾種型別的缺陷：

• 雜質缺陷

• 化學計量缺陷

• 弗蘭克爾缺陷

• 肖特基缺陷

弗蘭克爾缺陷的例子

弗蘭克爾缺陷的一些例子如下：

• ZnS（硫化鋅）

• NaCl（氯化鈉）

• AgCl（氯化銀）

• AgBr（溴化銀）

• AgI（碘化銀）

弗蘭克爾缺陷的原因

缺陷在固態結構中很常見，因為晶體中分子或原子的位置由晶胞的特性在重複的固定距離內決定。這些缺陷主要是由粒子輻照產生的。晶體結構通常是不完美的和可變的。在形成過程中的焓大於粒子輻照過程中的任何其他點，因此平衡達不到檢測限。這些缺陷也可能在陽離子位移的材料中自然形成。

弗蘭克爾缺陷數量的計算

計算晶體中弗蘭克爾缺陷數量的主要引數：

• 缺陷的焓變

• 通常佔據的位置

• 位置的溫度

• 可用位置的數量

可以使用以下公式計算弗蘭克爾缺陷：

$$\mathrm{\sqrt{NN^\prime} e^{-\Delta H/2RT}}$$

其中：

N 表示通常佔據的位置

N_' 表示可用位置的數量

ΔH 表示單個弗蘭克爾缺陷的形成焓

R 表示氣體常數

T 表示溫度

肖特基缺陷和弗蘭克爾缺陷的區別

固體晶體中的缺陷過程在其生長和限制中被發現。肖特基缺陷描述了晶體固體中的缺陷，而弗蘭克爾缺陷描述了晶體離子配合物的形成。

肖特基缺陷	弗蘭克爾缺陷
它通常被稱為價缺陷。	它有時被稱為位錯缺陷。
晶格密度降低。	它不影響晶格或原子密度。
晶格質量減少。	晶格的原子或質量不變。
離子以化學計量單位從晶格中逸出。	離子離開其晶格位置，但保留在間隙位置。
缺陷離子完全離開晶格。	缺陷離子離開其晶格位置。
離子大小相同。	離子大小不同且不規則。
它存在於 CsCl、KBr 和 KCl 配合物中。	它存在於 AgCl、ZnS 和 NaCl 配合物中。

結論

當離子或原子佔據晶格中的空位時，就會產生弗蘭克爾缺陷。當陽離子離開其位置時，就會產生空位，並且陽離子會移動到附近的位置。這種缺陷是由粒子輻照引起的。弗蘭克爾缺陷不會改變化學性質。它不會賦予晶體密度或電中性。弗蘭克爾缺陷的數量由佔據和空位數量以及溫度決定。弗蘭克爾缺陷也稱為位錯缺陷，因為離子發生了位移。

常見問題

1. 為什麼鹼金屬鹵化物缺乏弗蘭克爾缺陷？

原子中的這種缺陷需要低配位數，並且晶格對分子是開放的。因為陽離子和陰離子的大小几乎相同，並且陽離子不能容納在間隙位置，所以鹼金屬鹵化物中不存在這種缺陷。

2. 為什麼 AgBr 會同時表現出肖特基缺陷和弗蘭克爾缺陷？

由於 AgBr 具有中等半徑比，因此它同時表現出弗蘭克爾缺陷和肖特基缺陷。當陰離子和陽離子都從晶格中缺失時，AgBr 會表現出肖特基缺陷。Ag+ 離子非常活潑，並且傾向於在晶格內遷移。因此，它們也表現出弗蘭克爾缺陷。

3. 弗蘭克爾缺陷的特徵是什麼？

弗蘭克爾缺陷具有以下特徵：

• 它產生相對開放的晶格。

• 當陽離子尺寸小於陰離子尺寸時，會產生這種缺陷。

• 在這種缺陷中，固體的配位數較低。

• 它不影響物質的化學性質。

• 由於這種缺陷不影響結構的密度，因此固體的質量和體積保持不變。

• 在弗蘭克爾缺陷實驗中，物質保持其電中性。

4. 弗蘭克爾缺陷對密度有什麼影響？

弗蘭克爾缺陷不會影響晶體的密度或穩定性。儘管該缺陷直接影響離子遷移，但固態結構的體積和密度不會改變。緊密堆積結構中的間隙原子會產生張力，導致晶格膨脹。這種膨脹超過了由於空位導致的晶格收縮。

5. 弗蘭克爾缺陷的影響是什麼？

這種缺陷會導致離子位移。這種缺陷也稱為位錯缺陷，因為較小的離子（陽離子）從其原始位置移動並放置在間隙位置。即使密度保持不變，配合物也具有低配位數以及大小範圍廣泛的陰離子和陽離子。