CHƯƠNG 3: KHUYẾT TẬT TINH THỂ THỂ ppt

LOGO
1
CHCHƯƠƯƠNG 3: KHUYNG 3: KHUYẾẾT TT TẬẬT TINH THT TINH THỂỂCHCHƯƠƯƠNG 3: KHUYNG 3: KHUYẾẾT TT TẬẬT TINH THT TINH THỂỂ
2
3
Tinh thể hoàn thiện:
 được phân bố vào đúng
vào nút mạng một cách
có trật tự
 là trường hợp lý tưởng
và ở 0 K
Tinh thể thực
 do tác dụng nhiệt độ,
các nguyên tử di chuyển
tạo khuyết tật
 phần lớn các tinh thể có
nồng độ khuyết tật trên
1%
4
Theo thành phần hóa học:
Khuyết tật hợp thức
Khuyết tật không hợp thức
Ví dụ: NaCl và Na
1+x
Cl, FeO và Fe
1-x
O với x 1
Theo thành phần tạp chất:
Khuyết tật nội tại
Khuyết tật ngoại lai
Ví dụ: chất bán dẫn n của Si có lẫn AS

5
Theo mạng lưới tinh thể:
Khuyết tật điểm
Khuyết tật đường
Khuyết tật mặt
Khuyết tật vùng (khuyết tật khối)
6
Sai sót không tỷ lượng (không
hợp thức): phụ thuộc nhiệt độ và môi
trường
+ Khuyết tật ngoại lai (tạp chất) (3,
4, 5)
+ Khuyết tật không hợp thức (2)
Sai sót có tỷ lượng (hợp thức):
phụ thuộc nhiệt độ
+ Khuyết tật kiểu Frenkel
+ Khuyết tật kiểu Schhottky
7
Khuyết tật Frenkel:
Nguyên tố cation hay
anion chuyển vào vị trí
xen kẻ để lại nút trống
Khuyết tật Schhottky:
Khi xuất hiện vị trí trống
cation thì có xuất hiện vị
trí trống anion
8
 M là nguyên tử M (cation) nằm đúng vị trí M
 M
i

là nguyên tử M nằm ở vị trí xen kẽ
 M là nguyên tử M (cation) nằm đúng vị trí M
 M
i
là nguyên tử M nằm ở vị trí xen kẽ
 Khuyết vị trí M (lỗ trống)
 Khuyết vị trí M (lỗ trống)
 M nằm ở vị trí X
 X nằm ở vị trí M
 Y hóa trị +2 nằm ở vị trí M
 L hóa trị -2 nằm ở vị trí X
M
M
M
i
·
X
X
X
i
'
V
M
'
V
X
.
M
X

X
M
' '
Y
M
.
L
X
'
M
X
9
- Phải đảm bảo kiểu mạng: kiểu mạng chính không đổi khi
khuyết tật
- Phải đảm bảo tỉ lệ nút cation-anion trong tinh thể:
Ví dụ: tỉ lệ Ca/F trong mạng CaF
2
là 1/2
- Phải trung hòa về điện: tổng điện tích dương bằng tổng
điện tích âm
- Phải bảo tồn vật chất: bảo toàn nguyên tố, điện tích trong
phản ứng
Ví dụ: khi cho CaCl
2
vào trong mạng NaCl
CaCl
2
 Ca
.
Na

+ 2Cl
Cl
+ V’
Na
10
Yakov Frenkel (1894–1952), nhà vật
lý người Nga
Cho cation: M
i
.
+ V
M
’
= 0
Cho anion: X
i
’
+ V
X
.
= 0
Ví dụ: MgO, khuyết tật cho O
2-
O
i
’’
+ V
O

= 0

Mg
Mg
+ O
O
= Mg
Mg
+ O
i
’’
+ V
O

11
Walter Hermann Schottky
(1886-1976) là nhà vật lý người Đức
V
M
’
+ V
X
.
= 0
Ví dụ: khuyết tật trong tinh thể
TiO
2
: V
Ti
’’’’
+ 2V
O

= 0
BaTiO
3
:
V
Ba
’’
+ V
Ti
’’’’
+ 3V
O

= 0
12
13
Cation Y thay cho cation M hay anion L thay cho anion X
Ví dụ: 1/ cho LiCl vào trong mạng tinh thể NaCl  Li
Na
2/ cho NaBr vào trong mạng tinh thể NaCl  Br
Cl
14
Cation hay ainon có hóa trị khác thay thế vào mạng tinh thể
Ví dụ: cho SrCl
2
vào trong mạng tinh thể NaCl
Tạo lỗ trống: SrCl
2
= Sr

Na
· + Cl
Cl
+ V
Na
'
Chèn vào vị trí xen kẻ: SrCl
2
= Sr
Na
· + Cl
i
'
+ Cl
Cl
15
Trường hợp mạng NaCl tồn tại sẳn khuyết tật Schottky:
V’
M
+ V˙
X
= 0
Có hai trường hợp:
làm tăng số khuyết tật
2V’
Na
= Sr˙
Na
+ V˙
Cl

làm giảm số khuyết tật
V’
Na
= Sr˙
Na
16
Trường hợp mạng NaCl tồn tại sẳn khuyết tật Frenkel:
V’
Na
+ Na·
i
= 0
Có hai trường hợp:
làm tăng số khuyết tật
Sr·
Na
+ Na·
i
= 2V'
Na
làm giảm số khuyết tật
Sr·
Na
+ V’
Na
= 0
Na·
i
+ V’
Na

= 0
17
Ví dụ: mạng CaF
2
có phụ gia YF
3
CaF
2
 Ca
Ca
+ 2F
F
YF
3
 Y˙
Ca
+ 2F
F
+ F’
i
→ Y˙
Ca
+ F’
i
↔ 0
Nếu CaF
2
tồn tại mất trật tự Frenkel cho anion F
-
:

CaF
2
= Ca
Ca
+ F
F
+ F
i
’
+ V'
F
→ F thừa trong YF
3
sẽ làm mất nút trống V'
F
18
Ví dụ: mạng CaF
2
có phụ gia NaF
Thay thế: NaF → Na'
Ca
+ F
F
+ V˙
F
Xen kẽ: NaF → Na'
i
+ F'
i
→ Na'

Ca
+ V˙
F
↔ 0 → Na'
i
+ F'
i
↔ 0
Nếu CaF
2
tồn tại mất trật tự Frenkel cho anion F
-
:
CaF
2
= Ca
Ca
+ F
F
+ F
i
’
+ V'
F
F
i
’
+ Na'
Ca
↔ 2V˙

F
2F
i
’
↔ V˙
F
+ Na'
i
19
Cation hay ainon có hóa trị khác thay thế vào mạng tinh thể
Ví dụ: cho SrCl
2
vào trong mạng tinh thể NaCl
Tạo lỗ trống: SrCl
2
= Sr
Na
· + Cl
Cl
+ V
Na
'
Chèn vào vị trí xen kẻ: SrCl
2
= Sr
Na
· + Cl
i
'
+ Cl

Cl
20
Li Na
Khi LiCl được đốt nóng trong hơi Li,
các nguyên tố Li lấy các anion Cl và
để lại electron tại vị trí Cl.
21
Trung tâm F Trung tâm H Trung tâm V
e thay nút trống anion
Cl
-
Cl
2
thay một nút trống
Cl
-
Cl
2
thay hai nút trống
của Cl
-
Các trung tâm khuyết tật của LiCl
22
Chứa lỗ trống anion (electron)
Ví dụ: Na
1+x
Cl, Zn
1+x
O với x « 1
Khi đun nóng ZnO:

Khi khuyết tật Schottky Khi khuyết tật Frenkel
23
+ Do kim loại có nhiều hóa trị
Ví dụ: Fe
1-x
O, Ni
1-x
O với x « 1
do Fe
2+
có lẫn 1 ít Fe
3+
→Fe
1-x
O = Fe
1-3x
2+
Fe
2x
3+
V
x
O
+ Do thêm phụ gia
Ví dụ: thêm SrCl
2
vào NaCl
→ Na
1-2x
Sr

2x
V
Na x
O
24
Gồm chất chính (dung môi) và phụ gia (chất tan)
Kiểu mạng của dung môi được bảo toàn
Tuy nhiên dung dịch rắn khác dung dịch và hợp chất hóa
học
Gồm:
Dung dịch rắn thay thế: nguyên tử hay ion chất tan thế chỗ
dung môi
Yêu cầu: cấu trúc chất tan gần giống dung môi
Dung dịch rắn xen kẽ: nguyên tử hay ion chất tan xen kẽ
các nút mạng của tinh thể
Yêu cầu: bán kính chất tan nhỏ như H, C, B, N
25
Dung dịch rắn thay thế Dung dịch rắn xen kẽ