Schottky- vs. Frenkel-Defekt: Unterschied und Vergleich

Key Take Away

1. Schottky-Defekte treten in Ionenkristallen mit einem großen Größenunterschied zwischen Kationen und Anionen auf. Sie beinhalten Paare von Kationen- und Anionen-Leerstellen, was zu einem stöchiometrischen Ungleichgewicht und einer Nichtstöchiometrie führt. Schottky-Defekte verringern die Dichte des Kristalls.
2. Frenkel-Defekte treten auch in Ionenkristallen mit einem großen Kation-Anion-Größenunterschied auf, die Kationen sind jedoch viel kleiner. Bei Frenkel-Defekten wird ein Kation von seinem Gitterplatz verdrängt und nimmt eine Zwischengitterposition ein, wodurch eine Anionen-Leerstelle entsteht. Frenkel-Defekte führen nicht zu einem stöchiometrischen Ungleichgewicht oder signifikanten Dichteänderungen.
3. Sowohl Schottky- als auch Frenkel-Defekte beinhalten das Vorhandensein von Leerstellen innerhalb von Kristallgittern, aber Schottky-Defekte erzeugen Leerstellenpaare, während Frenkel-Defekte Kationenverschiebungen und Zwischengitterpositionen beinhalten. Die Gesamtladung des Kristalls bleibt in beiden Fällen neutral.

Was ist ein Schottky-Defekt?

In Ionenkristallen kommt es zu einem Schottky-Defekt. Es tritt auf, wenn an ihren jeweiligen Gitterplätzen die gleiche Anzahl von Kationen und Anionen fehlt. Es kommt zu einem Leerstandsmangel. Dieser Defekt kann durch thermische Vibrationen verursacht werden.

Ein weiterer Grund für diesen Defekt können Verunreinigungen beim Kristallwachstum sein. Man sieht es vor allem in Ionenkristallen, die Ähnlichkeiten mit Kationen- und Anionengrößen wie NaCl oder KCl aufweisen. Dieser Defekt zielt auf die physikalischen Eigenschaften eines Kristalls ab. Die Dichte und der Schmelzpunkt des Kristalls werden beeinträchtigt.

Beim Schottky-Defekt wird die Masse des Gitters reduziert, und dabei verlassen die Ionen und Atome das Gitter. Der Wert der Dielektrizitätskonstante ändert sich jedoch nicht.

Was ist ein Frenkel-Defekt?

Ein Frenkel-Defekt tritt in Kristallstrukturen auf. Es kann sowohl in ionischen als auch in kovalenten Kristallen vorkommen. Die häufigste Kristallstruktur für diesen Defekt sind solche mit kleinen Ionen, beispielsweise Alkalimetallhalogeniden.

Yakov Frenkel hat diesen Defekt entdeckt und in seinem Namen wurde der Name dieses Defekts eingetragen. Dieser Defekt verändert die Eigenschaften von Ionenkristallen. Es erhöht die elektrische Leitfähigkeit des Kristalls.

Dinge, die aus mehreren Gründen zum Auftreten von Frenkel-Defekten führen können. Gründe hierfür sind unter anderem hohe Temperaturen und chemische Dotierung. Der Defekt beginnt, wenn sich ein Ion von seinem ursprünglichen Gitterplatz bewegt, um einen Zwischengitterplatz innerhalb des Kristallrahmens einzunehmen. Dies führt zu einem Leerstellendefekt am ursprünglichen Gitterplatz und zu einem Zwischengitterdefekt am neuen, vom Ion besetzten Platz.

Unterschied zwischen Schottky- und Frenkel-Defekt

1. Schottky-Defekte treten auf, wenn an ihren jeweiligen Gitterplätzen die gleiche Anzahl an Kationen und Anionen fehlt. Es entstehen Leerstandsmängel. Andererseits treten Frenkel-Defekte auf, wenn ein Ion von seinem Gitterplatz verdrängt wird und sich zu einem Zwischengitterplatz bewegt.
2. Die Dichte von Schottky-Defekten ist geringer als die von Frenkel-Defekten.
3. Schottky-Defekte wirken sich auf die Dichte und den Schmelzpunkt eines Kristalls aus. Andererseits beeinflussen Frenkel-Defekte die optischen und elektrischen Eigenschaften eines Kristalls.
4. Schottky-Defekte treten in ionischen Verbindungen wie NaCl und KCl auf, während Frenkel-Defekte Verbindungen wie ZnS und AgBr betreffen.
5. Frenkel-Defekte treten bei höheren Temperaturen auf, Schottky-Defekte hingegen treten bei niedrigeren Temperaturen auf.
6. Bei Schottky-Defekten verringert sich die Masse des Gitters, während bei Frenkel-Defekten die Masse des Gitters keine Änderungen erfährt.

Vergleich zwischen Schottky- und Frenkel-Defekt

Parameter des Vergleichs	Schottky-Defekt	Frenkel-Defekt
Signaldichte	Seine Dichte ist geringer.	Es hat eine höhere Dichte.
Temperaturen	Es kommt häufiger bei niedrigeren Temperaturen vor.	Es kommt häufiger bei niedrigeren Temperaturen vor.
Rundfunk	Es kann nicht zu einer Ionendiffusion kommen.	Es kann zu einer Ionendiffusion kommen.
Auftreten	Es kommt in Ionenkristallen vor.	Es kommt sowohl in ionischen als auch in kovalenten Kristallen vor.
Ausbildung	Schottky-Defekte entstehen durch die gegenseitige Anziehung von Kationen und Anionen.	Frenkel-Defekte entstehen aufgrund der relativ geringen Energie, die das Kation benötigt, um sich zur Zwischengitterstelle zu bewegen.
Masse des Gitters	Durch diesen Defekt verringert sich die Masse des Gitters.	Bei diesem Defekt bleibt die Masse des Gitters unverändert.
Atome und Ionen positionieren	Dabei verlassen die Atome und Ionen das Gitter.	Hier verlassen Atome und Ionen ihren Platz, bleiben aber im Gitter.

Bibliographie

1. https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2022/ta/d1ta10072f
2. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/2515-7655/acbb29/meta

Letzte Aktualisierung: 14. Oktober 2023