主な相違点 – ショットキー欠陥とフレンケル欠陥
結晶格子とは、結晶中の原子の対称的な3次元配列のこと。
点欠陥は、格子から原子が失われることによって生じる空いた点のことです。
そのため、格子は不規則かつ非対称になる。
結晶格子に見られる点欠陥には、ショットキー欠陥とフレンケル欠陥の2種類があります。
ショットキー欠陥とフレンケル欠陥の主な違いは、ショットキー欠陥は結晶の密度を低下させるのに対し、フレンケル欠陥は結晶の密度に影響を及ぼさないことです。
ショットキー欠陥とは
ショットキー欠陥とは、結晶格子から原子が化学量論的に消失することによって発生する点欠陥の一種です。
この現象は、Walter H. Schottkyにちなんで命名された。
ショットキー欠陥は、イオン性結晶と非イオン性結晶で発生することがあります。
イオン結晶では、原子の化学量論的単位が格子から離れると欠陥が形成される。
つまり、1つの構成単位が格子から離れると欠陥が発生する。
この離脱により、格子の中に空孔ができる。
しかし、この脱落は化学量論的単位で起こるので、全体の電荷は中性に保たれる。
化学量論的単位は、等しい比率の反対荷電原子で構成されている。
例えば、NaCl格子では、Na+カチオンとCl-アニオンが抜け、ショットキー欠陥が形成されることがあります。
図1: NaCl格子のショットキー欠陥。
Na原子は赤色、Cl原子は黄色で表示されている。
ショットキー欠陥は、格子中の密度を低下させる。
この欠陥は、イオン性化合物に多く存在する。
非イオン性結晶に存在する場合は、空孔欠陥と呼ばれる。
ショットキー欠陥は、ほとんどの場合、ほぼ同じ大きさのイオンを持つ格子で見つかります。
このタイプの欠陥は、NaCl、KBr、KClなどの格子でよく見られます。
フレンケル欠陥とは？
フレンケル欠陥は点欠陥の一種で、1つの原子または小さなイオンが失われることによって発生する。
格子構造の中に空いた部位ができる。
フレンケルペア、フレンケル無秩序とも呼ばれる。
これらの名称は、この欠陥を最初に発見したYakov Frenkelに敬意を表して付けられたものです。
離脱する化学種がイオンの場合、通常はカチオンです。
この原子またはイオンは、間質性部位を占有する。
格子間サイトとは、空孔の近くにある場所のことである。
フレンケル欠陥は、格子の密度に影響を与えない。
これは、離脱した原子やイオンが、格子から完全に離脱するのではなく、近傍の位置を占めるからです。
そのため、格子の質量と体積は変化しない。
フレンケル欠陥は、主にイオン性化合物に見られる。
ショットキー欠陥とは異なり、フレンケル欠陥は、原子やイオンの大きさに大きな差がある格子で発見される。
また、1つまたは複数の原子またはイオンがフレンケル欠陥を起こす可能性がある。
したがって、格子間サイトの数は、格子内に存在する欠陥の数に等しくなる。
図2: AgCl格子中のフレンケル欠陥。
緑色の丸はAg+イオン、灰色丸はCl-イオンを示す。
上の例は、AgCl格子のフレンケル欠陥を示している。
ここで、同じ体積に存在する原子の数は、欠陥ができる前と同じです。
したがって、密度は同じです。
フレンケル欠陥の例としては、AgCl、AgI、CaF2、ZnSなどがあります。
ショットキー欠陥とフレンケル欠陥の相違点
定義
ショットキー欠陥。
ショットキー欠陥は、結晶格子から原子が化学量論単位で失われることによって発生する点欠陥の一種である。
フレンケル欠陥 フレンケル欠陥は、1つの原子または小さなイオンが失われることによって発生する点欠陥の一種である。
密度
ショットキー欠陥 ショットキー欠陥は、格子の密度を低下させる。
Frenkel 欠陥。
フランケル欠陥は、格子の密度に影響を与えません。
質量
ショットキー欠陥 ショットキー欠陥が発生すると、格子の質量が減少する。
フレンケル欠陥。
フレンケル欠陥が発生しても、質量は一定です。
種を残す
ショットキー欠陥。
原子やイオンが格子から離れ、ショットキー欠陥が発生する。
フレンケル欠陥。
原子やイオンがその位置から離れ、格子内に残るフレンケル欠陥。
イオンの大きさ
ショットキー欠陥。
ショットキー欠陥は、同じような大きさのイオンが集まった格子の中で発生する。
Frenkel欠陥。
フレンケル欠陥：イオンの大きさに大きな差がある格子で発生する。
結論
ショットキー欠陥とフレンケル欠陥は、どちらも格子の中に空孔を作る。
欠陥の種類は、主に格子中のカチオンとアニオンの大きさの違いに依存する。
さらに、ショットキー欠陥は格子密度を低下させるのに対し、フレンケル欠陥は格子密度に影響を与えません。
これが、ショットキー欠陥とフレンケル欠陥の主な違いです。
