Defecto de Frenkel

En cristalografía, a Defecto de Frenkel es un tipo de defecto de punto en sólidos cristalinos, nombrado por su descubridor Yakov Frenkel. El defecto se forma cuando un átomo o ion más pequeño (generalmente cation) deja su lugar en la estructura, creando una vacante y se convierte en un intersticial por alojamiento en un lugar cercano. En sistemas elementales, se generan principalmente durante la irradiación de partículas, ya que su enthalpy de formación suele ser mucho mayor que en otros defectos de puntos, como las vacantes, y por lo tanto su concentración de equilibrio según la distribución Boltzmann está por debajo del límite de detección. En cristales iónicos, que por lo general poseen un número bajo de coordinación o una disparidad considerable en los tamaños de los iones, este defecto se puede generar también espontáneamente, donde el ión más pequeño (normalmente la cación) se disloca. Similar a un defecto de Schottky el defecto de Frenkel es un defecto estoquiométrico (no cambia el sobre toda la estoichiometría del compuesto). En compuestos iónicos, la vacante y el defecto intersticial implicados están cargados opuestamente y uno podría esperar que se encuentren cerca uno del otro debido a la atracción electrostática. Sin embargo, esto no es probable que el caso en material real debido a la entropía más pequeña de tal defecto acoplado, o porque los dos defectos podrían colapsarse entre sí. Además, debido a que tales defectos complejos acoplados son estequiométricos, su concentración será independiente de las condiciones químicas.

Efecto sobre la densidad

Aunque los defectos de Frenkel implican únicamente la migración de iones dentro del cristal, el volumen total y, por lo tanto, la densidad no necesariamente se modifican: en particular, en sistemas compactos, la expansión estructural debida a las tensiones inducidas por el átomo intersticial domina típicamente sobre la contracción estructural debida a la vacante, lo que conduce a una disminución de la densidad.

Ejemplos

defectos frenkel se exhiben en sólidos iónicos con una gran diferencia de tamaño entre el anión y el catión (con el catión generalmente más pequeño debido a una carga nuclear efectiva))

Algunos ejemplos de sólidos que exhiben defectos frenkel:

• Sulfuro de zinc,
• cloruro de plata(I)
• bromuro de plata (también muestra defectos de Schotky),
• iodida plateada.

Estos se deben al tamaño comparativamente menor de ${\fnMicrosoft {\fnMicrosoft {\fnMicrosoft {\fnMicrosoft {\fnMicrosoft {\fnMicrosoft {\fnMicrosoft {\fnMicrosoft {\fnMicrosoft {\fnMicrosoft {\\fnMicrosoft {\\\fnMicrosoft}\\\fnMicrosoft {\\fnMicrosoft}\fnMicrosoft}\\\\\\\\fnMicrosoft\\\\fnMicrosoft {\\\\\\\\\\\fnMicrosoft\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\fnMicrosoft\\fnMicrosoft\\\\\\\\\\\\\fnMicrosoft\\\\\\\\fnMicrosoft\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\ {Zn^2+}}$ y ${\displaystyle {\ce {\fnK}}$ iones.

Por ejemplo, considere una estructura formada por iones Xⁿ⁻ y Mⁿ⁺. Suponga que un ion M abandona la subred M, dejando la subred X sin cambios. La cantidad de intersticios formados será igual a la cantidad de vacantes formadas.

Una forma de reacción de defecto de Frenkel en MgO con el anión óxido abandonando la estructura y entrando en el sitio intersticial escrito en notación Kröger-Vink:

Mg^×
_Mg + O^×
_O → O^{⁠${\displaystyle \prime \prime }$⁠}
_i + v^••
_O + Mg^×
_Mg

Esto se puede ilustrar con el ejemplo de la estructura cristalina del cloruro de sodio. Los diagramas que aparecen a continuación son representaciones esquemáticas bidimensionales.