क्रिस्टल दोष

पूर्ण क्रिस्टल केवल 0K तापमान पर प्राप्त होते हैं, और अन्य क्रिस्टल पूर्ण नहीं होते हैं। क्रिस्टल दोष को क्रिस्टल जालक में कण आपस में जटिल रूप से जुड़े रहते हैं।

क्रिस्टल दोष का कारण

क्रिस्टल दोष के निम्नलिखित कारण है:

• जालक रिक्तियाँ
• एक जालक में, कणों की अव्यवस्था
• आयनों की एक गैर-स्टोइकोमेट्रिक मात्रा।
• जालक अशुद्धियाँ

ठोसों में दोषों के प्रकार

 ठोस के दोषों को मुख्यतः दो भागों में वर्गीकृत किया गया है:

1. बिंदु दोष
2. लाइन दोष

बिंदु दोष

बिंदु दोष, ठोस पदार्थों की अपूर्णताओं के बारे में बताते हैं। क्रिस्टलीय ठोस अनेक छोटे-छोटे क्रिस्टलों के आपस में मिलने से बनते हैं। क्रिस्टलीकरण की प्रक्रिया के बाद क्रिस्टल में विभिन्न प्रकार के दोष उत्पन्न हो जाते हैं। जब क्रिस्टलीकरण प्रक्रिया बहुत तेज गति से होती है तो बिंदु दोष उत्पन्न हो जाते है। ये दोष मुख्यतः निर्माणकारी कणों की व्यवस्था में विचलन के कारण उत्पन्न होते हैं। किसी क्रिस्टलीय ठोस में, जब किसी बिंदु/परमाणु के चारों ओर ठोसों की आदर्श व्यवस्था विकृत हो जाती है तो इसमें एक दोष उत्पन्न हो जाता है जिसे बिंदु दोष कहा जाता है।

बिंदु दोष के प्रकार

बिंदु दोष 3 प्रकार के होते हैं:

• स्टोइकोमेट्रिक दोष
• फ्रेंकेल दोष
• शोट्की दोष

स्टोइकोमेट्रिक दोष

इस प्रकार के बिंदु दोष में किसी ठोस के धनात्मक और ऋणात्मक आयनों (स्टोइकोमेट्रिक) का अनुपात और विद्युत उदासीनता बराबर होती है।

ये दो प्रकार के होते हैं:

रिक्तिका दोष

जब कोई परमाणु अपने जालक स्थलों पर उपस्थित नहीं होता है, तो वह जालक स्थल रिक्त होता है और यह रिक्तिका दोष उत्पन्न करता है। इससे किसी पदार्थ का घनत्व कम हो जाता है।

अंतरालीय दोष

यह एक ऐसा दोष है जिसमें एक परमाणु या अणु क्रिस्टल में अंतराआण्विक स्थान घेर लेता है। इस दोष में पदार्थ का घनत्व बढ़ जाता है। एक अनआयनिक यौगिक मुख्य रूप से रिक्तता और अंतरालीय दोष दर्शाता है। एक आयनिक यौगिक फ्रेनकेल और शोट्की दोष में समान दिखाता है।

फ्रेंकल दोष

फ्रेंकल दोष क्रिस्टल जालक संरचना में एक प्रकार का बिंदु दोष है। क्रिस्टल जालक में, प्रत्येक परमाणु अंतर-परमाणु बलों द्वारा एक निश्चित स्थान पर उपस्थित होता है। हालाँकि, तापमान और विकिरण जैसे विभिन्न कारणों से क्रिस्टल संरचना में दोष उत्पन्न हो जाते हैं। फ्रेंकल दोष एक प्रकार का बिंदु दोष है।

फ्रेंकेल दोष में, एक परमाणु या आयन क्रिस्टल जालक में अपनी सामान्य स्थिति से विस्थापित हो जाता है। इस दोष में एक परमाणु या आयन का उसके नियमित जालक स्थल से एक अंतरालीय स्थल पर स्थानांतरण होता है, जिससे मूल स्थल पर एक रिक्तिका का निर्माण होता है और क्रिस्टल के भीतर एक अलग स्थल पर एक अंतराकोशीय स्थान पर परमाणु चला जाता है। याकोव फ्रेंकल, एक रूसी भौतिक विज्ञानिक ने संघनित अवस्था के आणविक सिद्धांत पर शोध करते समय फ्रेंकल दोष की खोज की थी। हालाँकि, यह खोज महत्वपूर्ण थी क्योंकि उनके मॉडल ने क्रिस्टलीय ठोस पदार्थों के अणु में एक दोष की व्याख्या की थी जहां एक परमाणु या आयन अपने स्वयं के जालक स्थल से बाहर निकलकर उसी क्रिस्टल पर एक अन्य अन्तरकोशीय रिक्त स्थान पर कब्जा कर लिया। इस दोष को अव्यवस्था दोष के रूप में भी जाना जाता है।

उदाहरण

उदाहरण के लिए, एक आयनिक क्रिस्टल में, जैसे कि सोडियम क्लोराइड (NaCl), एक फ्रेंकल दोष में एक धनायन (Na⁺) उसके सामान्य जालक स्थल से अंतरालीय स्थिति में स्थानांतरित हो जाता है, जिससे मूल स्थल पर एक रिक्ति स्थान रह जाता  है। इससे क्रिस्टल उदासीन भी बना रहता है, लेकिन परमाणुओं की व्यवस्था में गड़बड़ी होती है।

AgBr, ZnS, AgCl में फ्रेंकेल दोष पाया जाता है।

शॉटकी दोष

शॉटकी दोष का नाम लोकप्रिय जर्मन भौतिक विज्ञानी वाल्टर एच. शॉटकी के नाम पर रखा गया है, जिन्हें इस दोष की खोज के लिए 1936 में रॉयल सोसाइटी के ह्यूजेस पदक से भी सम्मानित किया गया था। अपने मॉडल में उन्होंने बताया कि आयनिक क्रिस्टल में दोष तब बनता है जब क्रिस्टल विपरीत रूप से आवेशित किए गए आयन अपनी जालक को छोड़ देते हैं जिससे रिक्तियों का निर्माण होता है। अपने मॉडल में उन्होंने बताया कि आयनिक क्रिस्टल में दोष तब बनता है जब क्रिस्टल विपरीत रूप से आवेशित किए गए आयन अपनी जालक को छोड़ देते हैं जिससे रिक्तियों का निर्माण होता है। ये रिक्तियां क्रिस्टल में उदासीन रखने के लिए बनाई गई हैं। शॉटकी दोष ठोस पदार्थों में पाया जाता है यह एक प्रकार का बिंदु दोष या अपूर्णता दोष है जो क्रिस्टल जालक में रिक्त स्थान के कारण होता है जो परमाणुओं या आयनों के आंतरिक भाग से क्रिस्टल की सतह तक जाने के कारण उत्पन्न होता है। क्रिस्टल में शॉटकी दोष तब देखा जाता है जब जालक से समान संख्या में धनायन और ऋणायन अनुपस्थित होते हैं। यदि समान संख्या में धनायन और ऋणायन बाहर होते हैं, अन्यथा क्रिस्टल की उदासीनता प्रभावित होगी।

शॉटकी दोष के लक्षण

• धनायन और ऋणायन के आकार में अंतर बहुत कम होता है।
• धनायन और ऋणायन दोनों ठोस क्रिस्टल जालक को छोड़ देते हैं।
• परमाणु भी क्रिस्टल से स्थायी रूप से बाहर निकल जाते हैं।
• इसमें सामान्यतः दो रिक्तियां बनती हैं।
• ठोस से जब दो आयन बाहर निकल जाते हैं तो घनत्व कम हो जाता है।

नॉन-स्टोइकोमेट्रिक दोष के प्रकार

धातु आधिक्य दोष

धातु आधिक्य दोष क्रिस्टल में पाया जाने वाला एक प्रकार का दोष है जिसमें धातु की अधिकता हो जाती है। ऋणआयनिक रिक्तिका के कारण उत्पन्न दोष को रिक्तिका दोष कहते हैं। विभिन्न क्षारीय हैलाइड, जैसे NaCl और KCl इस प्रकार का दोष प्रदर्शित करते हैं। जब क्रिस्टल को सोडियम वाष्प के साथ गर्म किया जाता है तो सोडियम परमाणु Na क्रिस्टल की सतह पर जम जाते हैं और Cl^- क्रिस्टल की सतह से विसरित हो जाते हैं।

आयनिक रिक्तियों के कारण धातु अतिरिक्त दोष

इस प्रकार के दोष में, ऋणात्मक आयन अपने जालक स्थान से गायब हो जाता है जिससे एक रिक्त स्थान बन जाता है जो विद्युत उदासीनता बनाए रखने के लिए एक इलेक्ट्रॉन द्वारा कब्जा कर लिया जाता है। जब सोडियम क्लोराइड क्रिस्टल को सोडियम के वाष्प के साथ गर्म किया जाता है, सोडियम आयन क्रिस्टल की सतह पर जमा हो जाते हैं। अब, क्लोराइड आयन सोडियम आयनों के साथ संयुक्त होने के लिए सतह पर पर जाते हैं वह जालक जहां से क्लोराइड आयन विस्थापित होते हैं, अब वह स्थान खाली हो जाता है, जिस पर सोडियम परमाणु सोडियम (Na⁺) आयनों में परिवर्तित हो जाते हैं। परिणाम स्वरुप क्रिस्टल में सोडियम का आधिक्य हो जाता है। अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों द्वारा भरी हुई ऋणायनिक रिक्तिकाओं को F केंद्र कहते हैं। ये क्रिस्टलों को पीला रंग प्रदान करते हैं। यह रंग, इन इलेक्ट्रॉनों द्वारा क्रिस्टल पर पड़ने वाले प्रकाश से ऊर्जा को अवशोषित करता है। ठीक इसी प्रकार लीथियम का आधिक्य LiCl क्रिस्टल को गुलाबी बनाता है और पोटेशियम का आधिक्य KCl को बैंगनी बनाता है।

अंतरालीय स्थलों पर अतिरिक्त धनायनों की उपस्थिति के कारण धातु आधिक्य दोष

इस दोष में यौगिक को गर्म करने पर अतिरिक्त धनायन निकलते हैं। ये धनायन अंतरालीय स्थलों पर कब्जा कर लेते हैं।

उदाहरण के लिए:

जब सफेद जिंक ऑक्साइड को गर्म किया जाता है तो इसको गर्म करने पर ऑक्सीजन गैस निकलती है और यह पीला हो जाता है।

${\ce {2ZnO ->[heat] 2Zn++ + O2 + 4e}}$

इस प्रकार क्रिस्टल में ज़िंक का आधिक्य होता है और इसका सूत्र Zn_1+x बन जाता है आधिक्य में उपस्थित Zn⁺² आयन अंतराकशी स्थलों में, और इलेक्ट्रान निकटवर्ती अंतराकशी स्थलों में चले जाते हैं।

धातु न्यूनता दोष

इसमें वर्णित स्टोइकियोमेट्रिक अनुपात के सापेक्ष ठोसों में धातुओं की संख्या कम होती है। यह एक प्रकार का दोष है जो जालक स्थल से धनायनों की अनुपस्थिति के कारण उत्पन्न होता है। यह दोष तब उत्पन्न होता है जब धातु की संयोजकता परिवर्तनशील होती है।

धातु न्यूनता दोष के प्रकार

ये दो प्रकार के होते हैं

धनायन रिक्तियों के कारण

• जब एक धनात्मक आयन अपने जालक स्थल से गायब होता है, तो अतिरिक्त ऋणात्मक आवेश एक के अतिरिक्त दो धनात्मक आवेश प्राप्त करके संतुलित हो जाता है। इस प्रकार का दोष परिवर्तनशील ऑक्सीकरण अवस्था वाले यौगिकों में सामान्य है। उदाहरणों में फेरस ऑक्साइड और निकल ऑक्साइड शामिल हैं।
• अतिरिक्त आयन अंतरालीय स्थलों पर उपस्थित होते हैं, और दूसरे अंतरालीय स्थलों पर आसन्न आयन विद्युत उदासीनता बनाए रखते हैं। इस प्रकार का दोष केवल कुछ ही जगह पाया जाता है।

अभ्यास प्रश्न

• बिंदु दोष से आप क्या समझते हैं ?
• इस दोष के क्या कारण हैं ?
• फ्रेंकल दोष को प्रभावित करने कारक बताइये।
• रिक्तिका दोष से आप क्या समझते हैं ?
• शॉटकी दोष के उदाहरण बताइए।
• शॉटकी दोष के लक्षण क्या हैं ?