Cacat Frenkel

Cacat Frenkel atau cacat dislokasi adalah jenis cacat titik pada padatan kristal yang dinamai menurut penemunya Yakov Frenkel.^[1] Cacat terbentuk ketika atom atau ion yang lebih kecil (biasanya kation) meninggalkan tempatnya di kisi atom, menciptakan kekosongan, dan menjadi interstisi dengan menempati lokasi terdekat.^[2] Mekanisme eksitasi utamanya adalah dengan iradiasi partikel, karena konsentrasi kesetimbangannya menurut distribusi Boltzmann jauh lebih kecil daripada atom interstisi murni.

Dalam kristal ionik, cacat titik ini terbentuk ketika ion dipindahkan dari posisi kisi ke situs interstisi, menciptakan kekosongan di situs asli dan cacat interstisi di lokasi baru tanpa perubahan sifat kimia.^[3] Cacat ini muncul dalam padatan ionik yang biasanya memiliki bilangan koordinasi rendah atau perbedaan ukuran ion yang cukup besar. Ion yang lebih kecil (biasanya kation) mengalami dislokasi; misalnya dalam ZnS, AgCl, AgBr, dan AgI karena ukuran kecil dari ion seng dengan muatan +2 dan ion perak dengan muatan +1, kation-kation dalam masing-masing kasus mengalami dislokasi.

AgBr menunjukkan cacat Frenkel dan cacat Schottky meskipun berbeda ukuran ion konstituennya.

Efek pada kepadatan

Cacat Frenkel tidak berdampak pada kepadatan benda padat karena hanya melibatkan migrasi ion dalam kristal, sehingga volume dan massa tetap terjaga.

Contoh

Cacat Frenkel diperlihatkan dalam padatan ionik dengan perbedaan ukuran yang besar antara anion dan kation (dengan kation biasanya lebih kecil karena peningkatan muatan nuklir efektif)

Beberapa contoh padatan yang menunjukkan cacat Frenkel:

seng sulfida,
perak(I) klorida
perak(I) bromida (juga menunjukkan cacat Schottky),
perak(I) iodida

Ini karena ukuran ion Zn²⁺ dan Ag⁺ yang relatif lebih kecil.

Sebagai contoh, perhatikan kisi yang dibentuk oleh ion Xⁿ⁻ dan Mⁿ⁺. Misalkan ion M meninggalkan subkisi M, subkisi X yang ditinggalkan tidak berubah. Jumlah interstisi yang terbentuk akan sama dengan jumlah kekosongan yang terbentuk.

Salah satu bentuk reaksi cacat Frenkel dalam MgO dengan anion oksida meninggalkan kisi dan masuk ke situs interstitial yang ditulis dalam notasi Kröger–Vink:

Mg×Mg + O×O → O⁠ ′ ′ {\displaystyle \prime \prime } $\prime \prime$ ⁠i + v••O + Mg×Mg

Ini dapat diilustrasikan dengan contoh struktur kristal natrium klorida. Diagram di bawah ini adalah representasi dua dimensi skematisnya.

Lihat juga

Spektroskopi transien tingkat dalam [en] (DLTS)
Cacat Schottky
Efek Wigner
Cacat kristalografi

Referensi

↑ Frenkel, Yakov (1926). "Über die Wärmebewegung in festen und flüssigen Körpern (About the thermal motion in solids and liquids)". Zeitschrift für Physik. 35 (8). Springer: 652–669. Bibcode:1926ZPhy...35..652F. doi:10.1007/BF01379812.
↑ Ashcroft and Mermin (1976). Solid State chemistry. Cengage Learning. hlm. 620. ISBN 0030839939.
↑ Chiang, Yet-Ming; Birnie III, Dunbar; Kingery, W. David (1997). Physical Ceramics: Principles for Ceramic Science and Engineering (Edisi 1st). John Wiley & Sons. hlm. 102–107. ISBN 0-471-59873-9.