結晶構造の不完全性:非化学量論的欠陥

結晶構造における非化学量論的欠陥は、化合物の理想的な化学組成からの逸脱を指します。

金属過剰欠陥は、化合物に化学量論比以上の金属イオンが含まれている場合に発生します。

例えば、塩化ナトリウム結晶がナトリウム蒸気で加熱されると、いくつかのナトリウム原子が結晶に入り、ナトリウムイオンや電子にイオン化するため黄色に変わります。

これらの電子は塩化物イオンが入るための部位を埋め、過剰なNa⁺ イオンを作り出します。

光が吸収されると、これらの非局在化電子は励起状態に遷移し、結晶の色を得ます。これらのサイトはカラーセンターまたはFセンターと呼ばれます。

金属欠損欠陥では、欠損する正イオンが余分な負電荷を生み出し、その代わりに近くの金属イオンが追加の正電荷を得ることで補われます。

これらは酸化状態が異なる金属酸化物や硫化物などの遷移金属化合物でよく見られます。

例えば、隕石や海洋玄武岩に見られる酸化鉄はFe²⁺が不足しており、Fe²⁺空虚の間の間隙にFe³⁺イオンが存在することでFe₃O₄型のクラスターを形成することでバランスが取れます。