Tải bản đầy đủ (.pdf) (41 trang)

PHƯƠNG TRÌNH PHẢN ỨNG TẠO KHUYẾT TẬT

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.72 MB, 41 trang )

ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HC
KHOA KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ VẬT LIỆU

PHƯƠNG TRÌNH PHẢN ỨNG TẠO KHUYẾT TẬT

GVHD: TRẦN CÔNG KHÁNH

Trương Minh Nhật

Phạm Phú Quân
Võ Quang Triểu
Huỳnh Quang Tuyến
Trương Hồng Sang

Phan Thị Kim Yến

1719134
1719157
1719219
1719233
1719163
1719257


PHƯƠNG TRÌNH PHẢN
ỨNG TẠO KHUYẾT TẬT


Quy tắc viết phản ứng khuyết tật
Stoichiometric compounds – internal disorder
(Sai hỏng nội tại trong hợp chất hợp thức )



Nonstoichiometry
(Hợp chất bất hợp thức)

Foreign Elements
(Hợp chất có tạp chất)

Ternary and higher compounds
(Hợp chất từ 3 thành phần)


Part1
Quy tắc viết phản ứng khuyết tật


Quy tắc viết phản ứng khuyết tật
Ký hiệu Kroger-Vink

Ký hiệu

Ý nghĩa
Ion kim loại / oxy nằm tại vị trí của nó ,
khơng tích điện

/

Nút
Nút khuyết
khuyết của
của Cu

Cu (( tích
tích điện
điện âm)
âm) // của
của
Cl
(
tích
điện
dương
)
Cl ( tích điện dương )
Một
Một ion
ion Canxi
Canxi xen
xen kẽ,
kẽ, tích
tích điện
điện dương
dương
2+
2+
Cu2+
thay thế Al3+
2+
Cu thay thế Al3+
Oxy ở vị trí xen kẽ, tích điện âm
Oxy
vị trí xen

tíchđiện
điệndương
âm
1 nútởkhuyết
Oxykẽ,
,tích



Electron trong vùng dẫn và lỗ trống
1trong
nút khuyết
Oxy
vùng hóa
trị,tích điện dương
Electron
trong
vùngpha
dẫntạp
vàtrong
lỗ trống
Nguyên tử
B được
Si bị ion
trong
vùngBhóa
trị
hóa thành
Nguyên tử B được pha tạp trong Si bị ion
hóa thành B-



Quy tắc viết phản ứng khuyết tật

Zn  v  v  Zn
x
Zn

x
i

//
Zn


i

Chú ý
 Phải có sự cân bằng khối lượng trước và sau
phản ứng (1 Zn trước và 1 Zn sau phản ứng)
 Điện tích trước và sau phản ứng phải bảo tồn
 Những vị trí cũng phải giống nhau trước và sau
phản ứng


Quy tắc
 Cân bằng khối lượng (Bảo toàn khối lượng): số lượng nguyên tử
cùng loại trước và sau phản ứng như nhau.
 Cân bằng điện tích (Bảo tồn điện tích): tổng điện tích hiệu dụng
trước và sau phản ứng như nhau. Điện tích hiệu dụng và điện tích

thực khác nhau do đó tránh dùng đồng thời hai loại điện tích.
 Cân bằng vị trí (Bảo tồn cấu trúc ngun tử nền): tỉ lệ của số vị trí
cation và anion trong hợp chất là hằng số.


Quy tắc
Ví dụ: trong oxit kim loại MO, tỉ lệ của vị trí M và O là 1:1 bất chấp
việc hợp chất đó là hợp thức hay khơng hợp thức.
Trong hợp chất M2O3, tỉ lệ của vị trí cation M và anion O là 2:3, nếu 3
vị trí oxy được tạo ra thơng qua phản ứng defect thì 2 vị trí của M
hoặc nút khuyết phải được tạo ra đồng thời.


Part2
Sai hỏng nội tại trong hợp chất hợp thức
(Stoichiometric compounds – internal disorder)


Sai hỏng nội tại trong hợp chất hợp thức
(Stoichiometric compounds – internal disorder)

• Xét trong 1 Oxit kim loại : MxOy
 Sai hỏng Schottky
 Sai hỏng Frenkel
 Sự ion hóa electron nội tại


Sai hỏng schottky
𝐱 𝐱 } + {𝐯} rsub {𝐎} rsupb{••}+ {𝐌} rsub {𝐌} rsup {𝐱} + {𝐎} rsuba {𝐎}rsup {𝐱¿
𝐌 𝐎 𝐌


𝐌0+𝐎 
=𝐯 av
 

M

 bv O
′′
𝐌

⇔ 𝟎=𝐯 +𝐯

 

MgO

BaTiO3

 








0  v Ba  v Ti  3v O


••
𝐎


Sai hỏng Frenkel

Sai hỏng Anion Frenkel
(anti-Frenkel) trong MO

Sai hỏng Frenkel trong MO

O

2-

M

O2-

2+

 

 

=+

Phản ứng của sai hỏng Frenkel đối với AgBr
 


Frenkel :

Anti – Frenkel:

M2+


Sai hỏng electron (Intrinsic electronic ionisation)

• 
=>


Sai hỏng electron (Intrinsic electronic ionisation)
Ví dụ:

Sự ion hóa nội tại của
Fe2+
Đối với Ilmenit FeTiO3

 

=+
= +


Part3
Nonstoichiometry



Nonstoichiometry
 Tỷ lệ cation trên các vị trí mạng tinh thể là như nhau cho
dù 1 hợp chất là cân bằng hóa học hoặc khơng hóa học.
 Nhưng nonstoichiometry có nghĩa là có thừa hoặc thiếu
của cation hoặc anion, nonstoichiometry cũng có nghĩa là
có sự dư thừa của một loại hoặc loại khiếm khuyết nhất
định so với điều kiện hợp thức.
Ví dụ: như sự hình thành thiếu oxy trong oxit MO2
MO2(s) = MO2-x(s) + x/2O2 (g)


Oxit thiếu oxy
 Một

chỗ trống oxy được hình thành bằng cách chuyển một ngun tử oxy trên một
vị trí bình thường đến trạng thái khí. Khơng thay đổi số của các vị trí mạng diễn ra.
=v+½
Chỗ trống oxy hoạt động như một bộ phận cho đi (donor)
v
v
O


Oxit dư kim loại
 

M1+xO2
M + 2O = M + O2
M = M + e/
M = M + 2e/

Các kim loại xen kẽ, như chỗ trống oxy là một donor.


 

Oxit thiếu kim loại
M1-xO
½ O2 = v + O

Phản ứng này được cho là lỗ trống được hình thành là trung hòa, nghĩa là 2 electron
được lấy từ vùng lân cận của lỗ trống để hình thành ion O2-.
v = v + 2h•
v + 2M = v + 2M


Oxit dư oxy
 

Trong các oxit kim loại có lượng oxy dư, khuyết tật điểm
chiếm ưu thế là các nguyên tử oxy hoặc ion.
½ O2 = O
½ O2 = O + 2h•


Part4
Sai hỏng do tạp chất
(foreign elements)


Sai hỏng do tạp chất

(foreign elements)

Sự có mặt của tạp chất ảnh hưởng lớn đến nồng độ sai hỏng nội tại trong
hợp chất.
Hóa trị của tạp chất pha tạp vào hợp chất:
 Hóa trị của tạp chất tương đương với hóa trị của ion nguyên tử nền ta
gọi là homovalent
 Hóa trị của tạp chất khác với hóa trị của ion nguyên tử nền ta gọi là
heterovalent (aliovalent)
 Kim loại hóa trị lớn hơn ký hiệu Mh
 Kim loại hóa trị nhỏ hơn ký hiệu Ml


Sai hỏng do tạp chất
(foreign elements)

Ví dụ về pha tạp P (Mh) và pha tạp B (MI) vào Si
ACCEPTOR

DONOR


Si

P  P  P e
x
Si

/


B  B Six  B Si/  h 


Sai hỏng do tạp chất
(foreign elements)

Pha tạp Mh
Hợp chất thiếu kim
loại
M(1-x)O

Pha tạp MI

Sự pha tạp của
aliovalent
Hợp chất thiếu Oxy
MO(2-y)

Pha tạp Mh

Pha tạp MI


Thay thế trong hợp chất thiếu kim loại
(foreign elements)

Hợp chất thiếu kim loại M(1-x)O
 

Sai hỏng nội tại trong chất nền là thiếu hụt kim loại tương ứng với sự hình

thành nút khuyết kim loại (vM) và được bù trừ bằng lỗ trống (h)
Þ Dẫn điện loại p.
 
Sự thay thế tạp chất aliovalent oxit Mh2O3 vào hợp chất thiếu hụt kim
loại M1-xO.
Ký hiệu


×