Frenkel-Paar

Frenkel-Defekte (auch: Frenkel-Fehlordnung oder Frenkel-Paare) sind bestimmte, in Kristallgittern vorkommende Punktfehler. Sie sind nach dem russischen Physiker Jakow Iljitsch Frenkel benannt, der sie erstmals beschrieb.

Ein Frenkel-Defekt entsteht dadurch, dass ein Ion oder Atom seinen regulären Gitterplatz verlässt und auf eine normalerweise nicht besetzte Position im Kristallgitter wandert. Dadurch entsteht jeweils eine Leerstelle und ein Zwischengitteratom (bzw. ein Zwischengitterion). Zwischen dem Zwischengitteratom und der Leerstelle besteht eine anziehende Wechselwirkung. Gelegentlich wird der Begriff Frenkel-Defekt auch nur auf ein Zwischengitter-Kation und die dazugehörige Leerstelle in Ionenkristallen bezogen, wo dieser Defekt-Typ auch häufig anzutreffen ist. In diesem Zusammenhang ist auch der Begriff Anti-Frenkel-Defekt zu verstehen, womit dann ein Anion auf einem Zwischengitterplatz gemeint ist. Die Tatsache, dass solche Defekte fast ausschließlich bei Kationen auftreten (daher auch der spezielle Name für anionische Fehlstellen) ist darauf zurückzuführen, dass Anionen in einem Kristall aufgrund des zusätzlichen Elektrons meistens die wesentlich größeren, raumfüllenderen Ionen sind. Damit sind Anionen auf Zwischengitterplätzen energetisch ungünstiger und seltener als Kationen.

Frenkel-Defekte sind eine natürliche Eigenschaft vieler Ionenkristalle, das heißt, dass sie schon im chemischen Gleichgewicht vorliegen. Beispiele für solche Kristalle sind die Silberhalogenide wie Silberchlorid und Silberbromid, in denen Frenkelpaare die häufigsten Punktfehler sind. Die Konzentration der Leerstellen kann formal über eine Art Massenwirkungsgesetz beschrieben werden. Die Anzahl der Frenkel-Defekte nimmt mit steigender Temperatur zu.

Siehe auch: Schottky-Defekt