Descreva sobre os tipos de defeitos em sólidos. Consulte qual o tipo de defeito intrínseco se poderia esperar que fosse encontrado no (a) MgO e no (b) CdTe ?
Passo 1
O enunciado pede para descrever os principais tipos de defeitos em sólidos e, em seguida, identificar qual defeito intrínseco é mais provável em (a) MgO e (b) CdTe. Vamos primeiro apresentar os defeitos pontuais em sólidos e as classificações de defeitos intrínsecos (Schottky e Frenkel), depois aplicar ao MgO e ao CdTe.
Passo 2
Defeitos pontuais em sólidos são desvios da perfeita periodicidade do retículo cristalino num ponto e incluem:
– Vacância: falta de um átomo ou íon num sítio de rede.
– Intersticial: presença de um átomo ou íon num sítio que normalmente está vazio.
– Antissítio: em compostos, quando um átomo de tipo A ocupa o sítio de B (e vice-versa).
– Vacância: falta de um átomo ou íon num sítio de rede.
– Intersticial: presença de um átomo ou íon num sítio que normalmente está vazio.
– Antissítio: em compostos, quando um átomo de tipo A ocupa o sítio de B (e vice-versa).
Passo 3
Os defeitos intrínsecos são aqueles que aparecem mesmo num cristal puro, em equilíbrio termodinâmico, e mantêm a neutralidade de carga. Os dois principais são:
– Schottky: formação concomitante de vacâncias de cátions e ânions, mantendo a estequiometria e a neutralidade.
– Frenkel: um íon (geralmente o menor) deixa seu sítio de rede e vai para um sítio intersticial, gerando um par vacância+intersticial.
– Schottky: formação concomitante de vacâncias de cátions e ânions, mantendo a estequiometria e a neutralidade.
– Frenkel: um íon (geralmente o menor) deixa seu sítio de rede e vai para um sítio intersticial, gerando um par vacância+intersticial.
Passo 4
Para decidir qual defeito intrínseco domina, comparamos a facilidade de se criar vacâncias versus intersticiais. A geometria da rede e o raio dos íons determinam o tamanho dos vazios intersticiais disponíveis.
Passo 5
No MgO (estrutura halita), os raios iônicos são aproximadamente
Å e
Å. Os vazios tetraédricos e octaédricos são muito pequenos para acomodar qualquer íon sem distorção muito grande. Logo, a criação de intersticiais é energeticamente muito desfavorável. A forma mais simples de manter a neutralidade é gerar vacâncias pareadas de Mg²⁺ e O²⁻, ou seja, defeito de Schottky.
Passo 6
No CdTe (estrutura zincblenda), temos
Å e
Å. Os vazios octaédricos no retículo são da ordem de
Å, valor próximo ao raio de Cd²⁺, tornando possível (embora ainda custoso) a migração de Cd²⁺ para um sítio intersticial. Assim, pares vacância de Cd²⁺ + Cd²⁺ intersticial (defeito de Frenkel de cátions) são o defeito intrínseco mais esperado em CdTe.
Resposta
(a) MgO: defeito de Schottky.
(b) CdTe: defeito de Frenkel (de cátions).
(b) CdTe: defeito de Frenkel (de cátions).