ठोसों में अपूर्णताएं (बिंदु और रेखा दोष)

ठोस अवस्था रसायन विज्ञान के अध्ययन में, अपूर्णताएँ या दोष मूल रूप से बहुत महत्वपूर्ण होते हैं क्योंकि वे पदार्थों के गुणों पर महत्वपूर्ण प्रभाव डाल सकते हैं। अपूर्णताएँ एक क्रिस्टल में परमाणुओं या अणुओं के आदर्श विन्यास से विचलन होती हैं। ये विभिन्न रूपों में उत्पन्न हो सकती हैं और भौतिक गुणों को प्रभावित कर सकती हैं जैसे कि विद्युत और ऊष्मीय चालकता, यांत्रिक ताकत और रासायनिक अभिक्रियाशीलता।

बिंदु दोष

बिंदु दोष अपूर्णताओं का सबसे सरल रूप होते हैं और वे एक ही जाली बिंदु पर होते हैं। ये दोष अपने आस-पास के तत्पर क्षेत्र से किसी भी आयाम में नहीं फैलते हैं, जिसका अर्थ है कि वे नियमित परमाणु विन्यास के स्थानीय विलय होते हैं। बिंदु दोष को कई श्रेणियों में और अधिक वर्गीकृत किया जा सकता है, जिनमें से सबसे सामान्य हैं:

रिक्ति दोष

रिक्ति दोष तब होता है जब क्रिस्टल संरचना में एक जाली बिंदु से कोई परमाणु गायब होता है।

क्रिस्टल जाली (2D अभ्यावेदन):
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OXOO <- रिक्ति 'X' द्वारा संकेतित
OOO
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ऊपर दिए गए चित्र में, 'O' परमाणुओं का प्रतिनिधित्व करता है और 'X' रिक्ति दोष का प्रतिनिधित्व करता है जहां परमाणु गायब है। रिक्तियाँ महत्त्वपूर्ण हैं क्योंकि वे ठोस के माध्यम से पदार्थ के प्रसार को बढ़ाती हैं। उन्हें थर्मली प्रेरित किया जा सकता है जिसमें उच्च तापमान पर रिक्तियों की संख्या बढ़ जाती है।

अंतरालीय दोष

इस प्रकार के दोष में, एक अतिरिक्त परमाणु क्रिस्टल संरचना में उस स्थान पर डाला जाता है जहां आमतौर पर कोई परमाणु नहीं होता है (एक अंतरालीय स्थान)। ये धातुओं में अधिक बार होते हैं जहां अतिरिक्त छोटे परमाणु जैसे कि हाइड्रोजन, कार्बन या नाइट्रोजन बड़े धातु परमाणुओं के बीच फिट हो सकते हैं।

क्रिस्टल जाली (2D अभ्यावेदन):
OOO
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OIOO <- अंतरालीय परमाणु 'I' द्वारा संकेतित
OOO
    

'I' नियमित जाली परमाणुओं 'O' के बीच स्थित अंतरालीय परमाणु को इंगित करता है। अंतरालीय दोष धातुओं के यांत्रिक गुणों को प्रभावित कर सकते हैं, अक्सर उन्हें कठोर और मजबूत बनाते हैं।

विस्थापन दोष

विस्थापन दोष तब होता है जब क्रिस्टल में एक परमाणु को दूसरी प्रकार के परमाणु से प्रतिस्थापित किया जाता है। यह अक्सर मिश्रधातु निर्माण में होता है।

क्रCrystal lattice (2D अभ्यावेदन):
OOO
OAOO <- प्रतिस्थापी परमाणु 'A' द्वारा प्रतिनिधित्वित
OOO
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यहां, 'A' उस परमाणु का प्रतिनिधित्व करता है जिसने एक जाली परमाणु 'O' को प्रतिस्थापित किया है। प्रतिअस्था दोषों की उपस्थिति भौतिक गुणों को परिवर्तित कर सकती है, जैसे कि घनत्व और विद्युत चालकता।

फ्रेनकेल दोष

फ्रेनकेल दोष, जिसे विस्थापन दोष के रूप में भी जाना जाता है, तब होता है जब एक परमाणु या आयन एक नियमित जाली स्थान से स्थानांतरित होकर एक अंतरालीय स्थान में पहुँच जाता है, जिससे एक खाली स्थान छोड़ जाता है।

क्रिस्टल जाली (2D अभ्यावेदन):
OOO
OOOV <- रिक्ति 'V' द्वारा संकेतित
OIOO <- अंतरालीय आयन 'I' द्वारा संकेतित
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यह दोष आयनिक ठोसों में आम है जहां कैटायन का आकार छोटा होता है। यह आमतौर पर आयनिक चालकता को प्रभावित करता है।

शॉटकी दोष

शॉटकी दोष एक प्रकार का बिंदु दोष है जो सामान्यतः आयनिक क्रिस्टलों में देखा जाता है। इस प्रकार के दोष में, एक युग्म रिक्तियाँ होती हैं, जिनमें से एक कैटायन गायब होता है और दूसरा एनायन गायब होता है ताकि विद्युतीय तटस्थता बनी रहे।

क्रिस्टल जाली (2D अभ्यावेदन):
OOO
OXYO <- 'X' तथा 'Y' गायब कैटायन और एनायन का प्रतिनिधित्व करते हैं
OOO
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'X' और 'Y' रिक्तियों के एक युग्म का प्रतिनिधित्व करते हैं। ऐसे दोष आमतौर पर उच्च आयनिक यौगिकों जैसे कि NaCl में पाए जाते हैं, जहां रासायनिक संघटन को संतुलन बनाए रखने के लिए प्रभावित किया जाता है।

रेखा दोष

रेखा दोष क्रिस्टल संरचना में अधिक विस्तारित अपूर्णताएँ होते हैं और इनमें विक्षेपण शामिल होते हैं, जो मूल रूप से रेखाएँ होती हैं जहां क्रिस्टलीय क्रम बाधित हो जाता है। विक्षेपण सभी ठोसों में सामान्य नहीं होते हैं और विशेष रूप से धातुओं के यांत्रिक गुणों को प्रभावित करने में महत्वपूर्ण होते हैं।

किनारे का विक्षेपण

किनारे का विक्षेपण एक प्रकार का रेखा दोष है जिसमें क्रिस्टल जाली में एक अतिरिक्त अर्ध-समतल परमाणु जोड़ दिया जाता है।

लाल रेखा किनारे के स्थानांतरण को दिखाती है। विक्षेपणों की उपस्थिति यांत्रिक गुणों जैसे कि कठोरता और तन्यता ताकत को प्रभावित करती है। विक्षेपणों के तनाव के तहत स्थानांतरित होने की क्षमता सामग्री विज्ञान में एक महत्वपूर्ण पहलू है।

स्क्रू विक्षेपण

एक स्क्रू विक्षेपण में, क्रिस्टल स्तर विक्षेपण रेखा के चारों ओर एक कुंडलीदार मार्ग बनाते हैं, जो कि एक पेंच जैसा दिखता है।

ऊपर के चित्र में, कुंडलीदार मार्ग स्क्रू विक्षेपण की प्रकृति दिखाता है और लाल रेखा विक्षेपण रेखा का प्रतिनिधित्व करती है। स्क्रू विक्षेपण विमेलिक लैटिस के बीच इनस्लाइपिंग की अनुमति देता है और सामग्री के क्रिस्टलीय गुणों को प्रभावित करने में महत्त्वपूर्ण हो सकता है।

अपूर्णताओं के प्रभाव

ठोसों में बिंदु और रेखा दोषों की उपस्थिति के विभिन्न प्रभाव होते हैं:

विद्युत गुण

दोष एक पदार्थ के विद्युत गुणों को प्रभावित कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, अर्धचालकों में, बिंदु दोष बैंड अंतराल के भीतर इलेक्ट्रॉनिक अवस्थाएँ प्रस्तुत कर सकते हैं, जिससे विद्युत चालकता बदल सकती है।

एक सिलिकॉन क्रिस्टल का उदाहरण लें:

c c c c
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यदि एक फॉस्फोरस परमाणु (जिसमें सिलिकॉन से अधिक संयोजक इलेक्ट्रॉन होते हैं) सिलिकॉन परमाणु की जगह में प्रतिस्थापित होता है, तो यह अतिरिक्त ऋणात्मक चार्ज (अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन) के कारण n-प्रकार अर्धचालक व्यवहार उत्पन्न कर सकता है।

यांत्रिक गुण

तन्यता ताकत, कठोरता और लचीलापन जैसी यांत्रिक गुणों को दोष प्रभावित करते हैं। उदाहरण के लिए, विक्षेपण परमाणुओं की गतिविधि को बाधित कर सकते हैं, धातुओं की ताकत बढ़ाते हैं, जिसे कार्य कड़ा किया जाना कहते हैं।

प्रसार

रिक्तियाँ और अंतरालीय दोष ठोस में परमाणुओं के प्रसार की सुविधा प्रदान करते हैं। यह प्रक्रियाओं में विशेष रूप से महत्वपूर्ण है जैसे कि मिश्रधातु निर्माण और क्रिस्टल विकास।

उच्च तापमान रिक्ति सांद्रता को बढ़ा सकता है, जिससे प्रसार की दर बढ़ जाती है।

निष्कर्ष

ठोसों में अपूर्णताएँ, विशेष रूप से बिंदु और रेखा दोष, पदार्थों के कई भौतिक गुणों को निर्धारित करने वाले महत्वपूर्ण कारक हैं। इन दोषों को समझना उन सामग्री को डिजाइन करने में महत्वपूर्ण है जिनमें वांछित यांत्रिक, विद्युत या रासायनिक गुण होते हैं। दोषों में जानबूझकर फेरबदल करके, सामग्री वैज्ञानिक विशिष्ट अनुप्रयोगों को फिट करने और तकनोलॉजी को सुधारने के लिए सामग्री के गुणों को बहुत हद तक बदल सकते हैं।

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