ठोस अवस्था- Stoichiometric दोष, Non-stoichiometric Defects

ठोस अवस्था

ठोस या क्रिस्टल दोषों में असर (Imperfections in Solids or Crystal defects)

ठोस पदार्थों में घटक कणों की व्यवस्था में अनियमितता को ठोस पदार्थों में क्रिस्टल दोष या अपूर्णता कहा जाता है। दो प्रकार के क्रिस्टल दोष होते हैं - प्वाइंट दोष और रेखा दोष।

प्वाइंट दोष: क्रिस्टलीय ठोस में बिंदु या परमाणु के आस-पास घटक कणों की आदर्श व्यवस्था से अनियमितताओं या विचलन को बिंदु दोष के रूप में जाना जाता है।

प्वाइंट दोष: प्वाइंट दोष तीन प्रकारों में विभाजित होते हैं:

रेखा दोष: जाली की पूरी पंक्ति में घटक कणों की आदर्श व्यवस्था से अनियमितताओं या विचलन को लाइन दोष के रूप में जाना जाता है।

(i) Stoichiometric दोष: - यह बिंदु दोषों का एक प्रकार है जो ठोस की stoichiometry परेशान नहीं करता है। इसे आंतरिक या थर्मोडायनामिक दोष के रूप में भी जाना जाता है।

स्टेचिओमेट्रिक दोषों के प्रकार: रिक्ति दोष, इंटरस्टिशियल दोष, फ्रेनकल दोष, स्कॉटकी दोष।

रिक्ति दोष और इंटरस्टिशियल दोष गैर-आयनिक यौगिकों में पाए जाते हैं जबकि आयनिक यौगिकों में पाए जाने वाले समान दोष फ्रेनकल दोष और स्कॉटकी दोष के रूप में जाने जाते हैं।

(ए) रिक्ति दोष: जब कुछ जाली साइटें क्रिस्टल के गठन के दौरान खाली रहती हैं, तो दोष को रिक्ति दोष कहा जाता है।

रिक्ति दोषों में, एक नियमित परमाणु साइट से परमाणु गायब है। परमाणु की कमी के कारण पदार्थ की घनत्व कम हो जाती है, यानी रिक्ति दोषों के कारण।

रिक्ति दोष पदार्थ के हीटिंग पर विकसित होता है।

(बी) अंतरालीय दोष: - कभी-कभी जाली संरचना के गठन में कुछ परमाणु अंतरालीय स्थल पर कब्जा करते हैं, इसके कारण उत्पन्न होने वाले दोष को अंतरालीय दोष कहा जाता है।

अंतरालीय दोष में, कुछ परमाणु उन साइटों पर कब्जा करते हैं जिन पर; आमतौर पर क्रिस्टल संरचना में कोई परमाणु नहीं होता है। अंतरालीय दोषों के कारण, परमाणुओं की संख्या जाली साइटों की संख्या से बड़ी हो जाती है।

परमाणुओं की संख्या में वृद्धि पदार्थ की घनत्व को बढ़ाती है, यानी अंतरालीय दोष पदार्थ की घनत्व में वृद्धि करते हैं।

रिक्ति दोष और अंतरालीय दोष केवल गैर-आयनिक यौगिकों में पाए जाते हैं। आयनिक यौगिकों में पाए गए इस तरह के दोष फ्रेनकल दोष और स्कॉटकी दोष के रूप में जाना जाता है।

(सी) फ्रेंकेल दोष: यह एक प्रकार का रिक्ति दोष है। आयनिक यौगिकों में, आयनों में से कुछ (आमतौर पर आकार में छोटे) को उनकी मूल साइट से हटा दिया जाता है और दोष पैदा होता है। इस दोष को फ्रैंकेल दोष के रूप में जाना जाता है। चूंकि आयनों के विघटन के कारण यह दोष उत्पन्न होता है, इस प्रकार इसे विस्थापन दोष के रूप में भी जाना जाता है। चूंकि कई केशन और आयन हैं (जो दोष के कारण भी बराबर रहते हैं); पदार्थ की घनत्व में वृद्धि या कमी नहीं होती है।

आयनिक यौगिक; उनके केशन और आयनों के बीच आकार में बड़ा अंतर है; जेएनएस, एजीसीएल, एजीबीआर, एजीआई इत्यादि जैसे फ्रैंकेल दोष दिखाएं। इन यौगिकों में आयनों की तुलना में केशन के छोटे आकार होते हैं।

(डी) स्कॉटकी दोष: स्कॉटकी दोष सरल रिक्ति दोष का प्रकार है और सीशन और आयनों वाले आयनिक ठोस द्वारा दिखाया गया है; लगभग आकार में समान, जैसे NaCl, KCl, CsCl, आदि। एजीबीआर दोनों प्रकार के दोष दिखाता है, यानी स्कॉटकी और फ्रेंकल दोष।

जब नियमित साइटों से दोनों केशन और आयनें गायब होती हैं, तो दोष को स्कॉटकी दोष कहा जाता है। स्कॉटकी दोषों में, आयनिक यौगिक की विद्युत तटस्थता को बनाए रखने के लिए गायब cations की संख्या लापता आयनों की संख्या के बराबर है।

चूंकि, स्कॉटकी दोष घटक कणों के मिशन के कारण उत्पन्न होते हैं, इस प्रकार यह आयनिक यौगिक की घनत्व को कम करता है

(ii) Impurities दोष: अन्य यौगिकों के आयनों द्वारा आयनों के प्रतिस्थापन के कारण आयनिक यौगिकों में दोष को अशुद्धता दोष कहा जाता है।

NaCl में; क्रिस्टलाइजेशन के दौरान; एसआरसीएल 2 की थोड़ी सी मात्रा भी क्रिस्टलाइज्ड है। इस प्रक्रिया में, सीन ++ आयनों को Na + आयनों की जगह मिलती है और NaCl के क्रिस्टल में अशुद्धता दोष पैदा होती है। इस दोष में, प्रत्येक सीन ++ आयन दो Na + आयनों को प्रतिस्थापित करता है। सीन ++ आयन Na + आयन की एक साइट पर कब्जा करता है; अन्य साइट खाली छोड़कर। इसलिए यह सीआर ++ आयनों की समान संख्या में cationic रिक्तियों बनाता है। CaCl2, AgCl, आदि भी अशुद्धता दोष दिखाता है। (iii) गैर-

(ii)Non-stoichiometric Defects: बड़ी संख्या में अकार्बनिक ठोस पाए जाते हैं जिनमें गैर-स्टॉइचियोमेट्रिक अनुपात में घटक कण होते हैं क्योंकि उनकी क्रिस्टल संरचना में दोष होते हैं। इस प्रकार, क्रिस्टल संरचना में गैर-स्टॉइचियोमेट्रिक अनुपात में घटक कणों की उपस्थिति के कारण दोषों को गैर-स्टॉइचियोमेट्रिक दोष कहा जाता है। गैर-स्टॉइचियोमेट्रिक दोष मुख्य रूप से दो प्रकार के होते हैं - धातु अतिरिक्त दोष और धातु की कमी दोष। धातु अतिरिक्त दोष: धातु अतिरिक्त दोष दो प्रकार के होते हैं: (ए) आयनिक रिक्तियों के कारण धातु अतिरिक्त दोष: यौगिक की तटस्थता को बनाए रखने के लिए इलेक्ट्रॉन द्वारा कब्जा कर लिया गया एक छेद छोड़कर नियमित साइट से आयनों की अनुपस्थिति के कारण इस प्रकार के दोष दिखाई देते हैं। इलेक्ट्रॉन द्वारा कब्जा कर लिया गया होल एफ-सेंटर कहा जाता है और परिसर द्वारा रंग दिखाने के लिए जिम्मेदार होता है। NaCl, KCl, LiCl, आदि में यह दोष सामान्य है। सोडियम परमाणु सोडियम वाष्प के वातावरण में गरम होने पर सोडियम परमाणु क्रिस्टल की सतह पर जमा हो जाते हैं। इस प्रक्रिया में, सोडियम क्लोराइड बनाने के लिए क्लोराइड आयन सोडियम आयन के साथ फैल जाते हैं। इस प्रक्रिया में, सोडियम परमाणु सोडियम आयन बनाने के लिए इलेक्ट्रॉन जारी करता है। यह जारी इलेक्ट्रॉन इलेक्ट्रॉन फैल गया है और सोडियम क्लोराइड के क्रिस्टल में एनीओनिक साइटों पर कब्जा कर लिया है; आयनिक रिक्तियों का निर्माण और जिसके परिणामस्वरूप सोडियम धातु से अधिक होता है। Unpaired इलेक्ट्रॉन द्वारा कब्जा आयनिक साइट एफ-सेंटर कहा जाता है। जब NaCl के क्रिस्टल पर दिखाई देने वाली रोशनी दिखाई देती है, तो ऊर्जा के अवशोषण और पीले रंग के रंग को प्रदान करने के कारण unpaired इलेक्ट्रॉन उपस्थित उत्साहित हो जाता है। यदि मौजूद है तो इसी तरह के दोष के कारण, लीकॉल का क्रिस्टल गुलाबी रंग प्रदान करता है और केसीएल बैंगनी प्रदान करता है। (बी) अंतरालीय साइटों पर अतिरिक्त cations की उपस्थिति के कारण धातु अतिरिक्त दोष: जस्ता ऑक्साइड हीटिंग पर ऑक्सीजन खो देता है जिसके परिणामस्वरूप जस्ता ऑक्साइड में मौजूद अनाज (जस्ता आयन) की संख्या अधिक होती है।

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अतिरिक्त केशन  (Zn++ions) इंटरस्टिशियल साइट पर जाते हैं और इलेक्ट्रॉन पड़ोसी अंतरालीय साइटों पर जाते हैं। गर्म होने पर इस जस्ता ऑक्साइड पीले रंग के रंग के कारण प्रदान करता है। इस तरह के दोष धातु अतिरिक्त दोष कहा जाता है। धातु की कमी दोष: कई ठोस धातु की कमी दोष दिखाते हैं क्योंकि उनके पास कम धातुएं आदर्श स्टॉइचियोमेट्रिक अनुपात की तुलना में होती हैं। धातु के कम अनुपात में उच्च धातु वाले समान धातुओं द्वारा मुआवजा दिया जाता है। ऐसे दोष आमतौर पर संक्रमण तत्वों द्वारा दिखाए जाते हैं। इस प्रकार, जब धातु ठोस स्टॉइचियोमेट्रिक अनुपात से कम ठोस में मौजूद होता है, तो इसे धातु की कमी दोष कहा जाता है।

Example – FeO is generally found in composion of Fe0.95O. In the crystal of FeO, missing Fe++ ions are compensated with Fe+++ ions in order to maintain neutrality.