Нотация Крёгера — Винка: описание дефектов в кристаллах.
Kröger–Vink notation
Нотация Крёгера-Винка: описание дефектов в кристаллах, зарядов и позиций ионов. Применяется для ионных кристаллов, удобна для описания реакций дефектов.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Нотация Крёгера-Винка — это набор условных обозначений, используемых для описания электрических зарядов и позиций узлов решетки точечных дефектов в кристаллах. Она преимущественно применяется к ионным кристаллам и особенно полезна для описания различных реакций, связанных с дефектами. Она была предложена Фердинандом Анной Крёгером и Хендриком Яном Винком.
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.
Примеры
Al — ион алюминия, расположенный на узле алюминиевой решетки, с нейтральным зарядом. Ni — ион никеля, расположенный на узле медной решетки, с нейтральным зарядом. v — вакансия хлора с одинарным положительным зарядом. Ca — интерстициальный ион кальция с двойным положительным зарядом. Cl — анион хлора в интерстициальном положении с одинарным отрицательным зарядом. O — анион кислорода в интерстициальном положении с двойным отрицательным зарядом. e — электрон. Обычно местоположение не указывается.
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
При использовании нотации Крёгера–Винка как для внутренних, так и для внешних дефектов, необходимо обеспечивать баланс масс, позиций и зарядов в каждой реакции. Если какой-либо из этих параметров не сбалансирован, реагенты и продукты не представляют собой одну и ту же сущность, и, следовательно, все количества не сохраняются должным образом. Первым шагом в этом процессе является определение правильного типа дефекта и соответствующей ему реакции; дефекты Шоттки и Френкеля начинаются с нулевого реагента (∅) и приводят к образованию вакансий катионов и анионов (для дефектов Шоттки) или вакансий катионов/анионов и интерстициалов (для дефектов Френкеля). В противном случае, соединение расщепляется на составляющие его катионы и анионы, чтобы процесс начался в каждой кристаллической решетке. Далее, в зависимости от необходимых шагов для достижения желаемого результата, возможны различные варианты. Например, дефект может привести к появлению иона на его собственной позиции или вакансии на позиции катиона. Для завершения реакций необходимо присутствие правильного количества каждого иона (баланс масс), равного числа позиций (баланс позиций) и равенство сумм зарядов реагентов и продуктов (баланс зарядов).
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).
Окисление/редукция
Следующее дерево окисления-восстановления для простого ионного соединения AX, где A — катион, а X — анион, суммирует различные способы образования собственных дефектов. В зависимости от соотношения катионов к анионам, вещество может восстанавливаться и, следовательно, классифицироваться как n-тип, или, если это не так, ионное вещество классифицируется как p-тип. Ниже представлено дерево для более подробного объяснения путей и результатов каждого разложения вещества.
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.
Отношение химических реакций к константе равновесия
Используя закон действующих масс, концентрацию дефекта можно связать со свободной энергией Гиббса его образования, а энергетические характеристики (энтальпия образования) можно рассчитать, зная концентрацию дефекта, или наоборот.
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.