Defektchemie: Zusammensetzung, Transport und Reaktionen im festen Zustand‐Teil II: Kinetik

Immer noch fast unbemerkt von den klassischen chemischen Disziplinen hat sich‐zurückgehend auf die Anfänge vor nun schon über 60 Jahren ‐ im Laufe der letzten Jahrzehnte eine Forschungsrichtung herausgebildet, die es ermöglicht, eine Chemie im Festkörper zu beschreiben, wie sie dem Chemiker in flüssigen Medien wohlvertraut ist. Sie gründet auf den thermo‐dynamisch notwendigen Abweichungen von der Idealstruktur, den Punktfehlern, und wird Fehler‐ oder Defektchemie genannt. Sie schließt die Beschreibung von ionischen und elektronischen Effekten ebenso ein, wie sie die Diffusion in die Reaktionskinetik einfügt. Vordergründig so verschiedene Phänomene wie Ionenleitung in Kristallen, Dotiereffekte und p‐n‐Übergänge in Halbleitern, Farbzentren in Alkalimetallhalogeniden, Entwicklung des latenten Bildes bei der Photographie, Passivierung und Korrosion von Metallen, Synthesekinetik und Sinterkinetik von Festkörpern, Probleme der Gesteinsbildung und Morphogenese, Wirkungsweise von Abgassensoren und von Hochtemperaturbrennstoffzellen, Funktion von Photoelektroden, Variation des Elektronenhaushaltes in Hochtemperatursupraleitern, heterogen‐katalytische Effekte, Nichtgleichgewichtsübergänge und Oszillation in Halbleitern unter Einwirkung elektrischer Felder und viele mehr lassen sich phänomenologisch vereinheitlichend beschreiben. Die Gleichgewichtskonzentration an Fehlern spielt hierbei eine wichtige Doppelrolle: Sie bestimmt die Chemie und die Abweichung von der stöchiometrischen Zusammensetzung im Gleichgewicht, aber auch näherungsweise zusammen mit der Beweglichkeit als kinetischer Größe die Geschwindigkeit physikalisch‐chemischer Prozesse, von denen hier vornehmlich die Rede sein soll. Nachdem im ersten Teil die thermodynamischen Grundlagen gelegt wurden, soll in diesem Teil das Nichtgleichgewichtsverhalten besprochen werden. Darunter versteht man im wesentlichen die Ausgleichsvorgänge unter Wirkung chemischer und elektrischer Triebkräfte (Diffusion, Elektrizitätsleitung, chemische Diffusion und Reaktion). Der schon im ersten Teil betonte allgemeine Charakter der Defektchemie, die im Festkörper eine gleichzeitige Existenz ionischer und elektronischer Ladungsträger einschließt wie auch die Wichtigkeit der Ortskoordinate (heterogene Phase) betont, wird auch in diesem Teil deutlich. In einem letzten Abschnitt werden Besonderheiten nichtlinearer Prozesse angesprochen, die bei Festkörperprozessen viel zu selten beachtet werden.