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Kristallbaufehler

Gitterfehler, Kristall-Defekte


Allgemeine Definition

Kristallbaufehler sind Stellen in einem Kristall, an denen das periodische Muster gestört ist. In Quasikristallen sind dies Stellen, an welchen der dreidimensionale Unterraum gebogen, gefaltet oder gebrochen ist, wenn er den höherdimensionalen Raum durchdringt.


Definition von Gitterfehlern

Ein realer Kristall enthält Gitterfehler, d.h., die dreidimensional-periodische Anordnung der Atome ist gestört. Man unterscheidet anhand der räumlichen Ausdehnung eines Fehlergebietes (d.h. die Zahl der räumlichen Dimension, in denen der Gitterfehler mehr als etwa atomare Ausdehnung besitzt) zwischen Punktfehler, Linienfehler, Flächenfehler und Volumenfehler.

0-Dimensionale Gitterfehler (Punktfehler, Punktdefekte)

Leerstellen, Zwischengitteratome, Einlagerungsatom, Sustitutionsatom. Punktfehler sind die einzigen Gitterfehler, die auch im thermodynamischen Gleichgewicht vorkommen. Im Regelfall liegt ein kristalliner Festkörper als Polykristall und nicht als Monokristall vor, d.h., der Körper besteht aus vielen winzigen Kristalliten, die durch Korngrenzen voneinander getrennt sind. Liegen verschiedene Kristallarten nebeneinander vor, so spricht man von Phasengrenzen.

Eine Leerstelle ist ein Platz in der regelmäßigen Anordnung von Atomen, Ionen oder Molekülen im Kristallgitter, der unbesetzt ist. Sie entstehen bei der Kristallbildung, werden aber auch durch nachträgliche Beeinflussung des Kristalls durch Temperaturänderung, radioaktive Strahlung oder andere Strahlungsarten verursacht. Durch die Leerstelle wird die perfekte Translationssymmetrie im Kristall gebrochen. Man spricht deshalb von Punktfehlern oder Punktdefekten, weil nur punktuelle Veränderungen im Kristall auftreten (im Gegensatz zu 1- und 2-dimensionalen Gitterfehlern).

  • Schottky-Defekt - Leerstellen in Ionenkristallen (Paare von Leerstellen in einem Ionengitter werden als Schottky-Effekt oder Schottky-Fehlordnung bezeichnet).
  • Frenkel-Defekt - (Frenkel-Fehlordnung, Frenkel-Paare) sind Punktfehler in Kristallgittern, welche dadurch entstehen, daß ein Ion oder Atom seinen regulären Gitterplatz verlässt und auf eine normalerweise nicht besetzte Position im Kristallgitter wandert. Dadurch entsteht jeweils eine Leerstelle und ein Zwischengitteratom, zwischen welchen eine Wechselwirkung besteht. (s.a. > Farbzentrum)

BILD:1228582373

Die Anionenfehlstellen (V-Defekte, V von engl. vacancy = Leerstelle) bilden die sogenannten F-Zentren (Farbzentren). Die von Kationen umgebenen Gitterlücken wirken als
Elektronenfallen, wobei die eingefangenen Elektronen auf einem viel niedrigeren Energienievau als in der Elektronenhülle
gebunden sind.


Im nebenstehenden Bild wird dargestellt, wie in einem Fluoritkristall die Anionen-Frenkel-Gitterlücke durch ein Elektron
(rot) besetzt wird und ein F-Zentrum bildet.

F-Zentren können auch durch Schottky-Effekte entstehen. Im Fluorit müssen Schottky-Defekte wegen des Ionengleichgewichtes immer paarweise auftreten. Schottky-und Frenkel-Defekte sind eine natürliche Eigenschaft vieler Ionenkristalle, wo sie im chemischen Gleichgewicht vorliegen. (Bsp. Schottky-Defekt: Na- und K-Chlorid; Bsp. Frenkel-Defekt: Ag-Chlorid und -Bromid). Die Anzahl der Schottky- und auch der Frenkel-Defekte nimmt mit steigender Temperatur zu.

1-Dimensionale Gitterfehler (Linienfehler, Liniendefekte)

2-Dimensionale Gitterfehler (Flächenfehler, Flächendefekte)

  • Korngrenzen, Oberfläche, Zwillingsgrenzen, Stapelfehler, Antiphasengrenzen, Subkorngrenzen

3-Dimensionale Gitterfehler (Volumenfehler, Volumendefekte)

  • Poren, Einschlüsse, Ausscheidungen

Defekte durch Farbzentren

Farbzentren sind Defekte im Kristallgitter, welche Ursache der Farbe sein können. s.a. > Farbzentrum


Literatur

  • Ashcroft, N.W., 2001; Festkörperphysik
  • Borchard-Ott, W., 2002; Kristallographie
  • Hullin, M., 2000; Quasikristalle: Entdeckung, Materialien, Eigenschaften; Marburger Uni Journ. :6, 6
  • Kittel, C., 2002; Einführung in die Festkörperphysik
  • Kleber, W., Bautsch, H.J., Bohm, J., 1998; Einführung in die Kristallographie
  • Weber, B., 2005; Stinkspat-Antozonit; Ursachen von Geruch und Färbung; http://www.berthold-weber.de/stinkspat.htm

Links

Kristall, Kristallgitter, Gitterkonstanten, Farbzentrum, Quasikristall, Parkettierung, Künstliche Kristalle, Deformierte Kristalle


Quellangaben


Einordnung