[ingegnerismo]

Compensazione ionica

Vi sono quattro possibilità per la sostituzione cationica, come per i composti non stechiometrici:

1. sostituzione con cationi a carica maggiore > creazione di vacanze cationiche: se il catione sostituente ha carica maggiore, per preservare l’elettroneutralità si possono creare vacanze cationiche. Per esempio NaCl può sciogliere una piccola quantità di CaCl2 sostituendo i due ioni Na+ con uno ione Ca2+ lasciando un sito di Na vacante.
2. sostituzione con cationi a carica maggiore > creazione di anioni interstiziali: l’altro meccanismo, se il catione sostituente ha carica maggiore, è di creare anioni interstiziali. Ciò non è molto comune perché in molte strutture non ci sono siti interstiziali sufficientemente grandi per ospitare anioni in più. Solo in certi casi strutture del tipo fluorite possono funzionare in questo modo.
3. sostituzione con cationi a carica minore > creazione di vacanze anioniche: se il catione da sostituire ha carica maggiore di quello che subentra, il bilancio di carica può essere mantenuto creando vacanze anioniche o cationi interstiziali. L’esempio più noto si ha ancora con la struttura della fluorite, in ossidi come la zirconia, ZrO2. Questi materiali sono molto importanti nella moderna tecnologia, sia come materiali ceramici che come elettroliti solidi (con ioni ossido come conduttori).
4. sostituzione con cationi a carica minore > creazione di cationi interstiziali: questo è un meccanismo comune di formazione di soluzioni solide, anche se gli esempi strutturali più importanti (alcuni alluminosilicati) sono piuttosto complessi.

Uno schema simile è possibile anche per la sostituzione anionica, che però è molto meno frequente nelle soluzioni solide.