दोष और गैर-स्टोइकियोमेट्री
वास्तविक क्रिस्टलों में दोष होते हैं—लुप्त, अतिरिक्त, या प्रतिस्थापित परमाणु—जो ऊष्मागतिकी से अनिवार्य रूप से उत्पन्न होते हैं और गैर-स्टोइकियोमेट्री, आयनिक चालन और रंग को जन्म देते हैं।
Definition
दोष एक क्रिस्टल की आदर्श आवधिक व्यवस्था से विचलन हैं, जो पृथक बिंदु दोषों से लेकर विस्तारित दोषों तक होते हैं, और गैर-स्टोइकियोमेट्री एक यौगिक की संरचना का सरल पूर्ण-संख्या अनुपात से दूर परिणामी भिन्नता है।
Scope
यह विषय क्रिस्टलीय अकार्बनिक ठोसों में अपूर्णताओं को शामिल करता है: आंतरिक बिंदु दोष (शॉट्की और फ्रेंकेल), डोपिंग से उत्पन्न बाह्य दोष, वह ऊष्मागतिकी जो कुछ दोष सांद्रता को अपरिहार्य बनाती है, उन्हें वर्णित करने के लिए क्रॉगर-विंक संकेतन, और गैर-स्टोइकियोमेट्रिक यौगिक जिनमें युग्मित दोष निर्माण और ऑक्सीकरण-अवस्था परिवर्तन के माध्यम से संरचना लगातार बदलती रहती है। यह आयनिक चालकता और रंग में दोषों की भूमिका पर भी प्रकाश डालता है। यह आदर्श संरचनाओं के बजाय अपूर्णताओं का उपचार करता है जो सघन-पैकिंग विषय में शामिल हैं।
Core questions
- संतुलन में भी वास्तविक क्रिस्टलों में दोष क्यों होने चाहिए?
- शॉट्की और फ्रेंकेल दोष क्या हैं?
- युग्मित दोष निर्माण गैर-स्टोइकियोमेट्री को कैसे जन्म देता है?
- दोष आयनिक चालन और रंग को कैसे जन्म देते हैं?
Key concepts
- बिंदु और विस्तारित दोष
- शॉट्की और फ्रेंकेल दोष
- क्रॉगर-विंक संकेतन
- डोपिंग और बाह्य दोष
- गैर-स्टोइकियोमेट्री और मिश्रित संयोजकता
- दोष और आयनिक चालन
Key theories
- आंतरिक बिंदु दोष
- तापीय विकार शॉट्की दोष (युग्मित धनायन-ऋणायन रिक्तियां) और फ्रेंकेल दोष (एक आयन का अंतरालीय स्थल पर विस्थापन) उत्पन्न करता है; उनकी संतुलन सांद्रता विन्यास एन्ट्रापी के विरुद्ध निर्माण एन्थैल्पी के संतुलन द्वारा निर्धारित होती है।
- दोष संतुलन का क्रॉगर-विंक विवरण
- क्रॉगर-विंक संकेतन दोषों को प्रभावी आवेशों वाली प्रजातियों के रूप में मानता है, इसलिए उनके निर्माण और अंतःक्रिया को संतुलित संतुलन के रूप में लिखा जा सकता है और सामान्य रासायनिक अभिक्रियाओं की तरह विश्लेषण किया जा सकता है।
- गैर-स्टोइकियोमेट्री और मिश्रित संयोजकता
- जब किसी यौगिक में एक से अधिक सुलभ ऑक्सीकरण अवस्था वाला तत्व होता है, तो रिक्तियां या अंतरालीय बन सकते हैं जबकि उस तत्व की ऑक्सीकरण अवस्था को बदलकर आवेश संतुलन बनाए रखा जाता है, जिससे संरचनाएं लगातार बदलती रहती हैं।
Clinical relevance
दोष रसायन विज्ञान बैटरी और ईंधन कोशिकाओं में ठोस इलेक्ट्रोलाइट्स और इलेक्ट्रोड के प्रदर्शन, अर्धचालकों और सेंसर के व्यवहार, और खनिजों और पिगमेंट के रंग को नियंत्रित करता है, जिससे यह कार्यात्मक सामग्रियों के लिए केंद्रीय बन जाता है।
History
बिंदु दोषों का ऊष्मागतिकीय सिद्धांत 1920 और 1930 के दशक में फ्रेंकेल, शॉट्की और वैगनर द्वारा विकसित किया गया था, जिन्होंने दिखाया कि सीमित तापमान पर दोष अपरिहार्य हैं। क्रॉगर और विंक के 1956 के संकेतन ने दोष संतुलन को व्यवस्थित किया, जिससे अपूर्णताओं का अध्ययन ठोस-अवस्था रसायन विज्ञान की एक मात्रात्मक शाखा बन गया।
Key figures
- Walter Schottky
- Yakov Frenkel
- Carl Wagner
- Ferdinand Kröger
Related topics
Seminal works
- kroger1956
- west2014
- weller2018
Frequently asked questions
- कमरे के तापमान पर एक क्रिस्टल पूरी तरह से व्यवस्थित क्यों नहीं हो सकता?
- एक दोष बनाने में ऊर्जा लगती है लेकिन परमाणुओं को व्यवस्थित करने के तरीकों की संख्या में बहुत वृद्धि होती है, जिससे एन्ट्रापी बढ़ती है; पूर्ण शून्य से ऊपर यह एन्ट्रापी लाभ दोषों की कुछ संतुलन सांद्रता को ऊष्मागतिकीय रूप से अनुकूल बनाता है, इसलिए एक पूरी तरह से व्यवस्थित क्रिस्टल असंभव है।
- एक यौगिक में परिवर्तनीय संरचना कैसे हो सकती है?
- यदि यौगिक में एक से अधिक स्थिर ऑक्सीकरण अवस्था वाला तत्व होता है, तो यह उस तत्व की ऑक्सीकरण अवस्था को समायोजित करके समग्र आवेश को बनाए रखते हुए रिक्तियों या अतिरिक्त परमाणुओं को समायोजित कर सकता है, इसलिए धातु-से-अधातु अनुपात एक साधारण पूर्ण संख्या से दूर जा सकता है।