Кристалл ақауларын сипаттау үшін қолданылатын Крёгер-Винк нотациясы туралы мақала. Иондық кристалдардағы зарядтар мен торапшалардың орналасуын түсіндіреді.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Крьогер-Винк нотациясы – кристаллдардағы нүктелік ақаулардың электр зарядтары мен торлық орналасуын сипаттауға қолданылатын конвенциялар жиынтығы. Ол негізінен иондық кристаллдар үшін пайдаланылады және түрлі ақаулық реакцияларын сипаттауда ерекше тиімді. Бұл нотацияны Фердинанд Анн Крьогер және Хендрик Ян Винк ұсынған.
Kröger–Vink notation is a set of conventions that are used to describe electric charges and lattice positions of point defect species in crystals. It is primarily used for ionic crystals and is particularly useful for describing various defect reactions. It was proposed by Ferdinand Anne Kröger and Hendrik Jan Vink.
Мысалдар
Al — алюминий торындағы алюминий ионы, нейтральды зарядталған. Ni — мыс торындағы никель ионы, нейтральды зарядталған. v — хлордың бос орны, бір оң зарядталған. Ca — қос оң зарядталған кальций интерстициалдық ионы. Cl — интерстициалдық сайттағы хлор анионы, бір теріс зарядталған. O — интерстициалдық сайттағы оттегі анионы, екі теріс зарядталған. e — электрон. Әдетте, ешқандай сайт көрсетілмейді.
Al — an aluminum ion sitting on an aluminum lattice site, with a neutral charge. Ni — a nickel ion sitting on a copper lattice site, with neutral charge. v — a chlorine vacancy, with single positive charge. Ca — a calcium interstitial ion, with double positive charge. Cl — a chlorine anion on an interstitial site, with single negative charge. O — an oxygen anion on an interstitial site, with double negative charge. e — an electron. No site is normally specified.
Процедура
Кройгер-Винк белгісін ішкі және сыртқы ақаулар үшін қолданғанда, әрбір реакциядағы барлық массалардың, орындардың және зарядтардың теңгерімділігін сақтау өте маңызды. Егер кез келген элемент теңгерімсіз болса, реактивтер мен өнімдер бірдей бірлікке сай келмейді, демек, барлық шамалар қалыпты сақтаылмайды. Осы процестің бірінші қадамы – ақаудың дұрыс түрін және оған байланысты реакцияны анықтау. Шотки және Френкель ақаулары нөлдік реактивпен (∅) басталып, катиондық және аниондық бос орындарды (Шотки) немесе катиондық/аниондық бос орындар мен аралық кеңістіктерді (Френкель) тудырады. Әйтпесе, процесс әрбір кристалдық торда басталуы үшін қосылыс тиісті катиондық және аниондық құраушыларға бөлінеді. Содан кейін, қажетті нәтижеге жету үшін қажетті қадамдарға байланысты түрлі мүмкіндіктер туындайды. Мысалы, ақаулық ионды оның иондық орнында немесе катиондық орнында бос орынды пайда етуі мүмкін. Реакцияны аяқтау үшін әрбір ионның қажетті саны болуы керек (массалық тепе-теңдік), орындардың саны бірдей болуы керек (орындық тепе-теңдік), сондай-ақ реактивтер мен өнімдердің зарядтарының қосындысы да тең болуы керек (зарядтық тепе-теңдік).
When using Kröger–Vink notation for both intrinsic and extrinsic defects, it is imperative to keep all masses, sites, and charges balanced in each reaction. If any piece is unbalanced, the reactants and the products do not equal the same entity and therefore all quantities are not conserved as they should be. The first step in this process is determining the correct type of defect and reaction that comes along with it; Schottky and Frenkel defects begin with a null reactant (∅) and produce either cation and anion vacancies (Schottky) or cation/anion vacancies and interstitials (Frenkel). Otherwise, a compound is broken down into its respective cation and anion parts for the process to begin on each lattice. From here, depending on the required steps for the desired outcome, several possibilities occur. For example, the defect may result in an ion on its own ion site or a vacancy on the cation site. To complete the reactions, the proper number of each ion must be present (mass balance), an equal number of sites must exist (site balance), and the sums of the charges of the reactants and products must also be equal (charge balance).
Окистену-қайта қалпына келтіру ағашы
Келесі тотығу-тотықсыздану ағашы қарапайым иондық қосылыс AX үшін, онда A – катион, ал X – анион, ішкі кемшіліктердің қалыптасуының әртүрлі жолдарын көрсетеді. Катион мен анион арақатынасына байланысты, бұл түрлер тотықсызданып, n типі деп жіктелуі мүмкін, ал керісінше жағдайда иондық түрлер p типі деп жіктеледі. Төменде ағаш арқылы заттың әрбір ыдырауының жолдары мен нәтижелері түсіндіріледі.
The following oxidation–reduction tree for a simple ionic compound, AX, where A is a cation and X is an anion, summarizes the various ways in which intrinsic defects can form. Depending on the cation to anion ratio, the species can either be reduced and therefore classified as n type, or if the converse is true, the ionic species is classified as p type. Below, the tree is shown for a further explanation of the pathways and results of each breakdown of the substance.
Химиялық реакцияларды тепе-теңдік константасына байланыстыру
Массалық әсер ету заңы арқылы ақаудың концентрациясын оның Гиббс еркін энергиясымен байланыстыруға болады, сондай-ақ ақаудың концентрациясы белгілі болған жағдайда энергия шарттарын (құрылыс энтальпиясын) есептеуге немесе керісінше, энергия шарттарынан ақаудың концентрациясын анықтауға болады.
Using the law of mass action, a defect's concentration can be related to its Gibbs free energy of formation, and the energy terms (enthalpy of formation) can be calculated given the defect concentration or vice versa.