3. Иерархическая дефектная структура минералов и г.П. (ч. 1, 89 – 99)

Дефекты кристалл.решетки – различные нарушения правильности расположения атомов в пространстве.

• Химические дефекты – связаны с влиянием примесей отклонения от правильной структуры идеального кристалла.

• Структурные дефекты – геометрические отклонения элементов решетки от регулярного расположения в идеальной решетке.

• Электронные дефекты – отклонение в распределении эл.зарядов.

Хим.дефект – в кристалле компонент примеси внедряется в структуру, атомы постороннего вещества размещаются по узлам решетки. Наличие хим.дефектов м.изменит определенные свойства кристаллов (оптическое поглощение, эл.проводимость).

О тсутствие иона в узле кристаллической решетки м.вызывать появление центра окраски бесцветных кристаллов щелочных галогенидов (галит, сильвин). Объемное окрашивание происходит при отжиге кристаллов в парах соотв. щелочного металла при Т, близких к точке плавления.

В зависимости от способа обработки кристаллов щелочных галогенидов м.образовываться центры окраски различной структуры. Н-р, F- центр. На рис. Ион галогена вытесняется из решетки и для компенсации «-» зарядов заменяется е,F-центры м.появляться в минералах при их быстром охлаждении.

Электронная проводимость в полупроводниковых соединениях. Кристаллы нестехиометрического состава можно получить за счет избытка или недостатка катионов или анионов.

В кристаллах ZnO и СdO имеется избыток катионов, к-рый образуется при повышенных Т вследствие выделения кислорода. Часть атомов цинка расщепляется на Zn²⁺ и квазисвободные е. Ионы цинка и е находятся в междоузлиях решетки. Избыток катионов компенсируется е. Т.К. е при наложении внешнего поля явл. носителями «-» зарядов, этот тип кристаллов наз. полупроводниками н-типа.

Недостаток катионов у оксидов NiO, Cu₂O. Заряд недостающих катионов компенсируется тем, что ионы металла переходят в состояние с более высоким зарядом: Ni²⁺ -e – Ni³⁺, Cu⁺ - e – Cu²⁺.

Места катионов с более высоким зарядом, к-рые отдали по 1му е, наз. элекронными дефектами или дырками. Причиной м.б. перемещение е при наложении внешнего поля.

Классификация возможных структурных дефектов в решетке кристалла возможна на основе их геометрических признаков.

Точечные дефекты имеют в 3х кристаллографических направлениях размеры, соизмеримые с межатомными расстояниями. Дефект по Шоттки находится в тепловом равновесии, т.е. их концентрация зависит от Т. (рис)

а 1 – катион, 2 – анион, 3 - вакансия

Практически невозможно получить кристаллы идеального строения при норм.Т. Расчет равновесной концентрации дефектов по шоттки м.выполнить с помощью термодинамических функций состояния. При возникновении дефектов в решетке повышается внутренняя энергия U и энтропия системы S. Равновесная концентрация дефектов получается из усл. минимума свободной энергии F=U-T*S. Число точечных эффектов экспоненциально увеличивается с Т.

Линейные дефекты – краевые дислокации и винтовые дислокации. Под ними будем понимать протяженный эффект кристалл.решетки, к-рый образуется в рез-те её разреза полуплоскостью и сдвига образующихся 2х частей относительно друг друга на вектор b. Вектор Бюргерса b дает величину и направление сдвига атомов в кристалл.решетке.

В случае краевой дислокации обход по контуру Бюргерса приводит к возвращению в исходную точку, лежащую в той же плоскости. Вектор направлен перпендикулярно к направлению дислокации и соединяет крайние точки контура, делая его замкнутым.

Поверхностные дефекты – границы зерен, дефекты упаковки, двойники. Граница между зернами малоугловая, если ориентационное различие между примыкающими участками кристалла мало. В простейшем случае граница зерна строится из одного вида дислокаций, н-р, из краевых дислокаций. Обе области кристалла по обе стороны границы херен взаимно наклонены друг к другу, причем ребро двугранного угла расположено вдоль границы зерен.