En cristalografía , un defecto de Frenkel es un tipo de defecto puntual en sólidos cristalinos , llamado así en honor a su descubridor Yakov Frenkel . [1] El defecto se forma cuando un átomo o un ion más pequeño (generalmente un catión ) abandona su lugar en la estructura, creando una vacante y se convierte en un intersticial al alojarse en un lugar cercano. [2] En los sistemas elementales, se generan principalmente durante la irradiación de partículas , ya que su entalpía de formación suele ser mucho mayor que la de otros defectos puntuales, como las vacantes, y por lo tanto su concentración de equilibrio según la distribución de Boltzmann está por debajo del límite de detección. [ cita necesaria ] En los cristales iónicos, que generalmente poseen un número de coordinación bajo o una disparidad considerable en los tamaños de los iones, este defecto también puede generarse espontáneamente, donde el ion más pequeño (generalmente el catión ) se disloca. [ cita necesaria ] Similar a un defecto de Schottky, el defecto de Frenkel es un defecto estequiométrico (no cambia la estequiometría general del compuesto). En los compuestos iónicos, la vacancia y el defecto intersticial involucrados tienen cargas opuestas y se podría esperar que estén ubicados cerca uno del otro debido a la atracción electrostática. Sin embargo, es poco probable que este sea el caso en el material real debido a la menor entropía de dicho defecto acoplado, o porque los dos defectos podrían colapsar entre sí. [3] Además, debido a que dichos defectos complejos acoplados son estequiométricos, su concentración será independiente de las condiciones químicas. [4]
Aunque los defectos de Frenkel implican sólo la migración de los iones dentro del cristal, el volumen total y, por tanto, la densidad no necesariamente cambian: en particular para sistemas muy compactos , la expansión estructural debida a las tensiones inducidas por el átomo intersticial normalmente domina sobre la contracción estructural por la desocupación, lo que lleva a una disminución de la densidad. [ cita necesaria ]
Los defectos de Frenkel se presentan en sólidos iónicos con una gran diferencia de tamaño entre el anión y el catión (el catión suele ser más pequeño debido a una mayor carga nuclear efectiva ).
Algunos ejemplos de sólidos que presentan defectos de Frenkel:
Esto se debe al tamaño comparativamente más pequeño de los iones y .
Por ejemplo, consideremos una estructura formada por iones X n − y M n + . Supongamos que un ion M abandona la subred M y deja la subred X sin cambios. El número de anuncios intersticiales formados será igual al número de vacantes formadas.
Una forma de reacción de defecto de Frenkel en MgO en la que el anión óxido abandona la estructura y entra en el sitio intersticial escrita en notación de Kröger-Vink :
Esto se puede ilustrar con el ejemplo de la estructura cristalina del cloruro de sodio. Los diagramas siguientes son representaciones esquemáticas bidimensionales.
