E3 Defectos Puntuales Iónicos

Tópico

El cristal iónico de este cerámico presenta, de manera intrínseca, dos tipos de defecto puntual: el defecto Schottky y el defecto Frenkel. Que ambos defectos aparezcan de manera intrínseca —es decir, como parte de la propia estructura del cristal en equilibrio térmico, y no por impurezas o defectos introducidos desde afuera— hace que su concentración conjunta determine, más adelante, la conductividad iónica del cerámico. Desarrollamos primero el defecto Schottky.

El defecto Schottky consiste en la ausencia simultánea de un catión y un anión, cada uno faltante en su propio sitio de la red cristalina: los dos iones abandonan el cristal —típicamente hacia la superficie— dejando dos vacancias, una catiónica y otra aniónica. Que ambas vacancias aparezcan siempre juntas hace que el defecto Schottky mantenga, en todo momento, la neutralidad eléctrica del cristal.

El defecto Frenkel, en cambio, no hace que ningún ion abandone el cristal: consiste en que un ion —normalmente el catión, por ser el de menor tamaño— se desplaza desde su sitio regular de la red hacia un sitio intersticial cercano, dejando tras de sí una vacancia y creando, al mismo tiempo, un intersticial ocupado. Que el ion se desplace dentro del mismo cristal, sin abandonarlo, hace que el defecto Frenkel también mantenga la neutralidad eléctrica, pero por un mecanismo distinto al del defecto Schottky.

Que el defecto Schottky y el defecto Frenkel ocurran de manera simultánea e independiente en el mismo cristal iónico hace que sus concentraciones se sumen en una única concentración total de defectos intrínsecos: cuantos más defectos Schottky y más defectos Frenkel coexisten en el cristal, mayor es esa concentración total.

Que la concentración total de defectos intrínsecos sea mayor hace que la conductividad iónica del cerámico sea, a su vez, mayor: cada vacancia —catiónica, aniónica, o la dejada por un ion que migró a un sitio intersticial— es un sitio vacío hacia el cual un ion vecino puede saltar, y cuantos más de esos sitios vacíos existen en el cristal, más fácil resulta que los iones se desplacen a través de la red. Que la concentración total de defectos sea menor, hace que esa conductividad iónica sea menor. Esta conductividad iónica es, precisamente, la que describe en detalle otro modelo de este conjunto.

Por eso este modelo, con los defectos puntuales intrínsecos del cristal iónico con los que se abrió, se distingue del modelo equivalente para metales, donde los defectos puntuales no involucran cationes ni aniones porque el cristal metálico no está formado por iones de signo opuesto; y alimenta, en cambio, a ese otro modelo de este conjunto que describe la conductividad iónica: el transporte de iones a través del cristal que ese modelo describe depende, precisamente, de la concentración total de defectos Schottky y Frenkel establecida aquí.

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