عيب فرينكل

في علم البلورات ، يُعد عيب فرنكل نوعًا من العيوب النقطية في المواد الصلبة البلورية ، وقد سُمي نسبةً إلى مكتشفه ياكوف فرنكل . ^{[ 1 ]} يتشكل هذا العيب عندما تغادر ذرة أو أيون أصغر (عادةً كاتيون ) موقعه في البنية، مُحدثةً فراغًا ، ثم يصبح ذرةً بينيةً باستقراره في موقع قريب. ^{[ 2 ]} في الأنظمة العنصرية، تتولد هذه العيوب بشكل أساسي أثناء تشعيع الجسيمات ، نظرًا لأن إنثالبي تكوينها عادةً ما يكون أعلى بكثير من إنثالبي تكوين العيوب النقطية الأخرى، مثل الفراغات، وبالتالي يكون تركيزها عند التوازن، وفقًا لتوزيع بولتزمان، أقل من حد الكشف. في البلورات الأيونية، التي عادةً ما تمتلك عددًا تنسيقيًا منخفضًا أو تباينًا كبيرًا في أحجام الأيونات، يمكن أن يتولد هذا العيب تلقائيًا أيضًا، حيث ينزاح الأيون الأصغر (عادةً الكاتيون ). على غرار عيب شوتكي، يُعد عيب فرينكل عيبًا ستويكيومتريًا (لا يُغير التركيب الستويكيومتري الكلي للمركب). في المركبات الأيونية، يكون كل من الفراغ والعيب البيني المتضمنين مشحونين بشحنات متعاكسة، وقد يتوقع المرء أن يكونا متجاورين بسبب التجاذب الكهروستاتيكي. مع ذلك، من غير المرجح أن يكون هذا هو الحال في المواد الحقيقية نظرًا لانخفاض إنتروبيا هذا العيب المزدوج، أو لاحتمالية اندماج العيبين معًا. ^{[ 3 ]} كذلك، ولأن هذه العيوب المعقدة المزدوجة ستويكيومترية، فإن تركيزها سيكون مستقلًا عن الظروف الكيميائية. ^{[ 4 ]}

على الرغم من أن عيوب فرينكل لا تتضمن سوى هجرة الأيونات داخل البلورة، إلا أن الحجم الكلي وبالتالي الكثافة لا يتغير بالضرورة: على وجه الخصوص بالنسبة للأنظمة المكتظة ، فإن التمدد الهيكلي الناتج عن الإجهادات التي تسببها الذرة البينية عادة ما يهيمن على الانكماش الهيكلي الناتج عن الفراغ، مما يؤدي إلى انخفاض الكثافة.

تظهر عيوب فرينكل في المواد الصلبة الأيونية مع وجود فرق كبير في الحجم بين الأنيون والكاتيون (حيث يكون الكاتيون عادةً أصغر بسبب زيادة الشحنة النووية الفعالة ).

بعض الأمثلة على المواد الصلبة التي تظهر عيوب فرنكل:

• كبريتيد الزنك ،
• كلوريد الفضة (I)
• بروميد الفضة (I) (يُظهر أيضًا عيوب شوتكي )،
• يوديد الفضة (I) .

ويرجع ذلك إلى الحجم الأصغر نسبياً لـ${\displaystyle {\ce {Zn^2+}}}$و${\displaystyle {\ce {Ag+}}}$أيونات.

على سبيل المثال، لنفترض بنية تتكون من أيونات X ^{ⁿ −} و M ^{ⁿ +} . إذا غادر أيون M الشبكة الفرعية M، تاركًا الشبكة الفرعية X دون تغيير، فإن عدد الذرات البينية المتكونة سيساوي عدد الفراغات المتكونة.

أحد أشكال تفاعل عيب فرينكل في أكسيد المغنيسيوم مع مغادرة أنيون الأكسيد للبنية ودخوله إلى الموقع البيني مكتوبًا بصيغة كروجر-فينك :

Mg ^× _Mg + O ^× _O → ^{O${\displaystyle \prime \prime }$i} + v_••^O₊Mg_×^Mg

يمكن توضيح ذلك بمثال التركيب البلوري لكلوريد الصوديوم. الرسوم البيانية أدناه هي تمثيلات تخطيطية ثنائية الأبعاد.

• التحليل الطيفي العابر للمستويات العميقة (DLTS)
• عيب شوتكي
• تأثير ويغنر
• عيب بلوري

• كيتل، تشارلز (2005). مقدمة في فيزياء الحالة الصلبة (  الطبعة الثامنة). وايلي. الصفحات 585-588 . ISBN  0-471-41526-X.