Chuyên đề cấu trúc tinh thể

HI CC TRNG THPT CHUYấN KHU VC DUYấN HI V NG BNG BC B . HI THO LN TH VIII CHUYấN CU TRC TINH TH MễN: HểA HC TC GI: NGUYN MINH CNG N V: TRNG THPT CHUYấN Lấ KHIT-QUNG NGI Hi Phũng, 11/2015 MC LC Trang MC LC PHN M U Lí DO CHN TI MC CH CA TI .3 I TNG NGHIấN CU GI THUYT KHOA HC NHIM V CA TI .4 PHNG PHP NGHIấN CU PHM VI NGHIấN CU .4 NI DUNG CHNG 1: TNG QUAN Lí THUYT V CU TRC TINH TH .5 1.1 MNG LI TINH TH 1.1.1 Khỏi nim v mng li tinh th 1.1.2 ễ mng c s 1.2 NGUYấN L SP XP C KHT NHT 1.2.1 Nguyờn lớ sp xp c khớt nht 1.2.2 Trng hp tinh th gm nhng ht cựng dng 1.2.3 Trng hp tinh th gm hai loi ht khỏc 1.3 CC DNG CU TRC TINH TH 1.3.1 Khỏi nim chung 1.3.2 Cu trỳc mng tinh th kim loi 1.3.3 Tinh th hp cht ion 10 1.3.4 Tinh th nguyờn t 17 1.3.4 Mng tinh th phõn t 20 CHNG 2: PHN DNG V PHNG PHP GII BI TP V CU TRC TINH TH 25 2.1 BI TP V TINH TH KIM LOI .25 2.2 BI TP V HP CHT ION MX V MX2 31 2.3 BI TP V MNG TINH TH NGUYấN T .38 2.4 BI TP V MNG TINH TH PHN T 40 KT LUN 44 TI LIU THAM KHO .45 PHN M U Lí DO CHN TI Trong quỏ trỡnh ging dy ph thụng c bit l trng chuyờn, nhim v phỏt trin t cho hc sinh l nhim v rt quan trng, ũi hi tin hnh ng b cỏc mụn Húa hc l mụn khoa hc thc nghim cp n nhiu ca khoa hc, s gúp phn rốn luyn t cho hc sinh mi gúc c bit l qua phn bi húa hc Bi húa hc khụng nhng cú tỏc dng rốn luyn k nng dng, o sõu v m rng kin thc ó hc mt cỏch sinh ng, phong phỳ m cũn thụng qua ú ụn tp, rốn luyn mt s k nng cn thit v húa hc, rốn luyn tớnh tớch cc, t lc, trớ thụng minh sỏng to cho hc sinh, giỳp hc sinh hng thỳ hc Kin thc v cu trỳc tinh th l mt nhng kin thc mi, nhng nm gn õy liờn tc xut hin cỏc thi hc sinh gii Quc gia Do ú, vic xõy dng h thng bi v cu trỳc tinh th l ht sc cn thit, phc v cho nhu cu bi dng hc sinh d thi hc sinh gii cp tnh v cp Quc gia T nhng lý trờn, tụi ó chn ti: Cu trỳc tinh th Vi hy vng ti ny s l mt ti liu tham kho phc v cho vic hc ca cỏc em hc sinh d thi hc sinh gii cỏc cp MC CH CA TI Vic thc hin ti nhm tuyn chn, xõy dng h thng cõu hi, bi v phng phỏp gii phn Cu trỳc tinh th cú tớnh chn lc ỏp dng cho hc sinh gii nhm nõng cao hiu qu hc ca hc sinh I TNG NGHIấN CU H thng kin thc, bi nhm bi dng, nõng cao cht lng hc cho hc sinh gii Hoỏ hc, c th l phn Cu trỳc tinh th GI THUYT KHOA HC Nu xõy dng thnh cụng mt h thng cõu hi v bi t c bn n nõng cao, t dng n sỏng to, cú s kt ni cht ch cỏc c bn, chn lc phn Cu trỳc tinh th s gúp phn xỏc nh ỳng phm cht v nng lc quan trng nht ca hc sinh tuyn chn, bi dng hc sinh gii Hoỏ hc NHIM V CA TI H thng kin thc, bi bi dng cho hc sinh lp chuyờn, i tuyn hc sinh gii mụn Hoỏ hc phn Cu trỳc tinh th xut phng phỏp gii bi phn Cu trỳc tinh th nhm t chc, bi dng cho lp chuyờn Hoỏ, hc sinh gii Hoỏ hc PHNG PHP NGHIấN CU Nghiờn cu ni dung kin thc Hoỏ hc phn Cu trỳc tinh th PHM VI NGHIấN CU ti ch nhim v phỏt trin t sỏng to, nng lc t hc, t nghiờn cu ca hc sinh thụng qua vic tuyn chn, xõy dng h thng cõu hi v bi v phng phỏp gii phn Cu trỳc tinh th cú cht lng, ng thi s dng chỳng mt cỏch thớch hp, hiu qu nht NI DUNG CHNG TNG QUAN Lí THUYT V CU TRC TINH TH 1.1 MNG LI TINH TH 1.1.1 Khỏi nim v mng li tinh th Nu hỡnh dung cỏc tiu phõn tinh th nh nhng im vt cht thỡ h thng im t cỏc tiu phõn s to thnh mt mng li khụng gian ca tinh th hay mng li tinh th Cỏc im t gi l nỳt mng Nhng nỳt trờn cựng mt ng thng gi l hng Mt phng c xỏc nh bi nỳt mng khụng thng hng gi l mt mng Hỡnh bỡnh hnh cú cnh l nhng hng song song gi l mt mng Hỡnh hp cú nh l cỏc nỳt mng gi l ụ mng ễ mng ch cú nỳt nh gi l ụ mng n gin ễ mng cú cỏc nỳt mt hoc tõm gi l ụ mng phc 1.1.2 ễ mng c s Trong mt mng li tinh th cú th chn mt mng cú th tớch cc tiu, cũn gi li c nhng c tớnh i xng ca ton b mng li ễ mng c chn cho cú s gúc vuụng l cc i ễ mng tha nhng tớnh cht ú c gi l ụ mng c s Mt mng li tinh th bt kỡ u c cu to t nhng ụ mng c s c trng cho nú bng cỏch tnh tin ụ mng ú theo phng khụng gian cho cỏc cnh ca nú luụn song song vi 1.2 NGUYấN L SP XP C KHT NHT 1.2.1 Nguyờn lớ sp xp c khớt nht Trong trng hp cú th coi cỏc ht nỳt mng li l nhng qu cu khụng b bin dng v liờn kt gia nhng qu cu ny khụng cú tớnh nh hng, bóo hũa (vớ d liờn kt ion, liờn kt kim loi) thỡ cỏch sp xp cỏc ht tuõn theo nguyờn lớ sp xp c khớt nht Ni dung nguyờn lớ: Trong tinh th cỏc ht cú khuynh hng sp xp c khớt nht cho th tớch khong khụng gian t cũn li gia chỳng l nh nht 1.2.2 Trng hp tinh th gm nhng ht cựng dng Thớ d nh cỏc tinh th kim loi: phn ln cỏc mng li tinh th kim loi cú cu trỳc c khớt nht Cú th coi cỏc nguyờn t kim loi nh nhng qu cu, nu ch cú mt lp thỡ cỏc qu cu ny s sp xp vi c khớt nht theo cỏch nht nh trờn hỡnh 2.1 Khi ú mi qu cu tip xỳc vi qu cu khỏc Nu ta sp xp thờm mt qu cu mi vo trờn lp ó cho thỡ nhng qu cu mi ny phi nm trờn ch lừm ca cỏc qu cu trc ú Khi xp lp th lờn trờn lp th thỡ cú cỏch Mt cỏch dn n cu trỳc lc phng c khớt nht, cũn cỏch th hai dn n cu trỳc lp phng c khớt c gi l cu trỳc lp phng tõm din Hỡnh 2.1 Cỏch sp xp sỏu phng A B A C B C A A B Hỡnh 2.2 Cu trỳc lp phng tõm din A A B A B B A A Hỡnh 2.3 Cu trỳc lc phng 1.2.3 Trng hp tinh th gm hai loi ht khỏc Trong trng hp ny vic chn cỏch sp xp c khớt ph thuc vo t s bỏn kớnh gia ht 1.3 CC DNG CU TRC TINH TH 1.3.1 Khỏi nim chung Khi kt tinh, mi cht tinh th kt tinh theo mt dng cu trỳc no ú tựy thuc vo cỏc yu t sau õy: Trc ht l thnh phn cỏc loi ht tham gia xõy dng mng li, ngha l ph thuc vo cụng thc húa hc ca cht tinh th Gross ó khỏm phỏ mt qui lut thc nghim l: Mt cht cú thnh phn húa hc cang n gin thỡ mng li tinh th cú tớnh cht i xng cao T l gia bỏn kớnh cỏc loi ht mng li Lc tng tỏc gia cỏc ht ( mnh v tớnh nh hng ca cỏc mi liờn kt gia cỏc ht) Cui cựng, cỏc iu kin bờn ngoi (nhit , ỏp sut, ) ụi cng cú nh hng n cu trỳc tinh th biu din dng cu trỳc ca cỏc cht tinh th, ngi ta thng dựng khỏi nim s phi trớ *nh ngha s phi trớ Mi nguyờn t, ion phõn t hay tinh th luụn luụn c bao quanh bi cỏc nguyờn t, ion hay phõn t khỏc S ht (ion, nguyờn t hay phõn t) trc tip bao quanh nguyờn t hay ion kho sỏt c gi l s phi trớ ca nguyờn t hoc ion ú Nguyờn t, ion kho sỏt c gi l nguyờn t hoc ion trung tõm Nguyờn t, phõn t hay ion bao quanh c gi l phi t Di õy l mt s dng cu trỳc in hỡnh ca cỏc n cht v hp cht vụ c 1.3.2 Cu trỳc mng tinh th kim loi Trong bng tun hon cú khong 76% s nguyờn t l kim loi Nguyờn t kim loi cú ớt electron húa tr (thng t ữ 3) Khi hỡnh thnh cỏc phõn t kiu nh Li 2, Be2, cũn cú obitan trng gn vi v trớ cỏc obitan phõn t (cỏc MO) b chim nờn cú xu hng xy tng tỏc to thnh mng li tinh th Vy tinh th kim loi c hỡnh thnh nh ch yu l tinh th kim loi Yu t hay n v cu trỳc mng tinh th ú l cỏc nguyờn t Nguyờn t kim loi c coi nh nhng qu cu cng, cú kớch thc nh nhau, c xp cht khớt vo thnh tng lp Cú 90% s cỏc nguyờn t kim loi cu to mng tinh th theo mt dng: lp phng tõm khi, lp phng tõm din, lc phng 1.3.2.1 Liờn kt tinh th kim loi a Thuyt khớ electron Tinh th kim loi gm: + Cỏc cation kim loi nm cỏc nỳt mng + Cỏc electron hoỏ tr chuyn ng t ton tinh th + Lc liờn kt kim loi cng mnh s electron hoỏ tr chuyn thnh electron t cng ln Thuyt khớ electron gii thớch cỏc rớnh cht vt lý ca kim loi: Do cỏc electron liờn kt kim loi chuyn ng t nờn: + Khi cỏc lp trt lờn thỡ khụng xut hin lc y b sung Tinh th kim loi ch bin dng m khụng b phỏ v + Cỏc electron ny cú th chuyn ng thnh dũng t mt hiu in th vo hai u kim loi + Cỏc electron ny cú kh nng truyn dao ng nhit t ni ny n ni khỏc mng tinh th + Cỏc electron ny phn x tt ỏnh sỏng chiu n nờn kim loi cú ỏnh kim b Thuyt vựng (thuyt MO ỏp dng cho h nhiu nguyờn t) N AO cú mc nng lng gn t hp thnh N MO cú mc nng lng khỏc nhau, N cng ln thỡ cỏc mc nng lng cng gn v to thnh vựng nng lng Cỏc AO hoỏ tr s, p, d ca kim loi cú nng lng khỏc s to nhng vựng nng lng khỏc Cỏc vựng ny cú th xen ph hoc cỏch mt vựng khụng cú MO gi l vựng cm Cỏc electron chim cỏc MO cú nng lng t thp n cao, mi MO cú ti a hai electron Vựng gm cỏc MO ó bóo ho electron gi l vựng hoỏ tr Vựng MO khụng b chim hon ton ú electron cú kh nng chuyn ng t l vựng dn Cỏc electron vựng hoỏ tr khụng cú kh nng dn in Cỏc electron vựng dn cú th dn in cú nng lng ln thng c lc hỳt ca cỏc cation kim loi Vùng dẫn 2s 3p Vùng dẫn 3s Vùng xen phủ Vùng hoá trị Vùng cấm Vùng cấm 2p Vùng hoá 1s trị 2s 1s E Li Li2 Li3 Li8 E Li N Mg Vùng dẫn nhiều electron có mặt (không có vùng cấm) Mg N Vùng dẫn Vùng cấm rộng Vùng hoá trị Vùng hoá trị E E Kim loại có vùng dẫn vùng hoá trị xen phủ Chất cách điện có vùng cấm rộng ( E > eV) Vùng dẫn điền đầy nửa Vùng dẫn Vùng cấm hẹp Vùng hoá trị Vùng cấm E Vùng hoá trị E Chất bán dẫn có vùng cấm hẹp ( E < eV) Kim loại có vùng dẫn điền đầy nửa Hỡnh 3.1 S hỡnh thnh cỏc vựng nng lng tinh th kim loi Li v Mg 1.3.2.2 Mt s cu trỳc tinh th kim loi a Cu trỳc lp phng tõm nh v tõm hp lp phng l nguyờn t hay ion dng kim loi S phi trớ = Hỡnh 3.2 Minh cu trỳc mng tinh th lp phng tõm Cỏc kim loi kim, Ba, V, Cr, Fe, , , cú cu trỳc ny Trong s cỏc nguyờn t kim loi cú cu trỳc mng tinh th loi ny, ngi ta thng núi n vonfram (W) nờn thng gi cu trỳc mng tinh th lp phng tõm l mng cu trỳc tinh th vonfram b Cu trỳc lp phng tõm din nh v tõm cỏc mt ca hp lp phng l cỏc nguyờn t hoc ion dng kim loi S phi trớ = 12 A C B A Hỡnh 3.3 Minh cu trỳc mng tinh th lp phng tõm din Cỏc kim loi Ni, Cu, Ag, Au, Al, cú cu trỳc tinh th lp phng tõm din Trong s cỏc kim loi cú cu trỳc tinh th ny, ngi ta thng cp n Cu Vỡ vy ngi ta gi cu trỳc tinh th ny l cu trỳc tinh th ng c Cu trỳc lc phng Khi lng tr lc giỏc gm ụ mng c s Mi ụ mng c s l mt hp hỡnh thoi Cỏc nh v tõm hp hỡnh thoi l nguyờn t hay ion kim loi S phi trớ = 12 10 Th tớch t bo s ng: V= a3 = (3,511.108)3 = 4,327.1023 cm3 Vi cu trỳc lp phng tõm mt mi t bo cú nguyờn t Fe, ú lng riờng: m 4.55,87 D' = = 23 23 = 8,572 g/cm V ' 4,327.10 6,022.10 c Trong 100 gam martensite cú: 4,3 (g) C (0,36 mol) v 95,7 (g) Fe (1,71 mol) Ngha l ng vi nguyờn t Fe cú 0,36/1,71 = 0,21 nguyờn t C Mi t bo s ng Fe cú nguyờn t Fe tc l cú trung bỡnh 0,21.2 = 0,42 nguyờn t C Vỡ nguyờn t khụng chia s c nờn mt cỏch hp lý hn ta núi c 12 t bo s ng cú: (0,42.12) = nguyờn t C Khi lng mi t bo s ng = tng lng ca nguyờn t Fe v 0,42 nguyờn t C 55, 487.2 12,022.0, 42 + Vy, m = = 1,938.1022 g 23 23 6,022.10 6,022.10 m 1,938.1022 = T ca martensite: D = = 8,228 g/cm3 V 2,356.1023 2.2 BI TP V HP CHT ION MX V MX2 Bi 9: Mng li tinh th ca KCl ging nh mng li tinh th ca NaCl 18 oC, lng riờng ca KCl bng 1,9893 g/cm 3, di cnh ụ mng c s (xỏc nh bng thc nghim) l 6,29082 Dựng cỏc giỏ tr ca nguyờn t xỏc nh s Avogadro Cho bit K = 39,098; Cl = 35,453 Gii Xột mt ụ mng c s: Trong mt ụ mng c s cú s ion K+ (hoc Cl) l: 8ì 1 + 6ì = Nh vy, mt ụ mng c s cú phõn t KCl Xột mol tinh th KCl, ú: Khi lng KCl l: 39,098 + 35,453 = 74,551 (g) 74,551 Th tớch tinh th KCl l: = 37,476 (cm3) 1,9893 Th tớch mt ụ mng c s l: (6,29082.108)3 = 2,4896.1022 (cm3) 37, 476 S ụ mng c s l: = 1,5053.1023 2, 4896.1022 S phõn t KCl cú mol tinh th KCl l: 1,5053.1023 ì = 6,0212.1023 Do ú, s Avogadro theo kt qu thc nghim trờn l 6,0212.1023 Bi 10: Mui LiCl kt tinh theo mng lp phng tõm din ễ mng c s cú di mi cnh l 5,14.1010 m Gi thit ion Li+ nh ti mc cú th xy tip xỳc anion anion v ion Li+ c xp khớt vo khe gia cỏc ion Cl Hóy tớnh di bỏn kớnh ca mi ion Li+, Cl mng tinh th theo picomet (pm) Gii Mi loi ion to mt mng lp phng tõm din Hai mng ú lng vo nhau, a khong cỏch hai mng l Hỡnh bờn mụ t mt mt ca c mng LiCl 32 Tam giỏc to bi hai cnh gúc vuụng a, a; cnh huyn l ng chộo d, ú: d2 = 2a2 d = a v d = 4rCl rCl a 5,14.1010 = = = 1,82.1010 m = 182 pm 4 Xột mt cnh a: a = 2rCl + 2rLi rLi = + a 2rCl + = 514 2.182 = 75 pm Bi 11: St monoxit FeO cú cu trỳc mng tinh th lp phng tõm din kiu NaCl vi thụng s mng a = 0,430 nm Hóy tớnh lng riờng ca tinh th st monoxit ú Cho bit Fe = 55,8 Gii i vi tinh th lp phng tõm din, mi ụ mng c s cú s n v cu trỳc l: 1 8ì + 6ì = Vy lng riờng ca tinh th ú l: ( 55,8 + 16 ) D= = 5,91 (g / cm3 ) 23 ( 0, 432.10 ) 6,02.10 Bi 12: Tinh th CsI cú cu trỳc kiu CsCl vi cnh a = 0,445nm Bỏn kớnh ca ion Cs+ l 0,169 nm Khi lng mol ca CsI l 259,8 g/mol Hóy tớnh: a Bỏn kớnh ca ion I? b.Tớnh dc khớt ca mng tinh th CsI? c Tớnh lng riờng ca CsI? Gii a Ta cú: a a 0, 445 rI = rCs+ + rI = rCs+ = 0,169 = 0,126 nm 2 b c khớt: 4 VCs+ + VI rCs+ + rI3 ì 100% = P= ì 100% = 70,81% a3 a c Trong mt ụ n v cú mt phõn t CsI Khi lng riờng ca CsI l: M CsI D= = 4,9 (g/cm3) N A a Bi 13: Thc nghim cho bit bỏn kớnh ca Tl+ l 1,36; Cl l 1,81 a Ti kt lun c: mng tinh th TlCl tng t mng tinh th CsCl? 33 nVc v cho bit ý ngha ca tr s Vtb ny (Vtb: th tớch ca t bo s ng; V c: th tớch ion; n l s ion cú th tớch V c t bo s ng) Gii a Ta cú: o rTl+ = 1,36 A r + 1,36 Tl = = 0,751 S phi trớ o r 1,81 Cl rCl = 1,81A b Gi thit mi ion u cú dng cu, tớnh giỏ tr P = Vỡ 0,732 < rTl+ rCl < nờn TlCl cú kiu mng ging vi tinh th CsCl Trong cu trỳc TlCl: Cỏc ion Cl to mt mng lp phng n gin tng ng vi s cú mt ion Cl mi ụ mng Cỏc ion Tl+ chim mi hc lp phng cựng s lng bng tha iu kin trung hũa in Nh vy mi ion Tl+ c bao quanh bi ion Cl v ngc li tng t nh mng tinh th CsCl 2 rTl + rCl ) = ( 1,36 + 1,81) = 3,36 ( b ( rTl + rCl ) = a a = 3 3 4 Vtb = a3 = 49,028 (3); nVc = ( rTl ) + ( rCl ) = ( 1,363 + 1,813 ) = 35,367 (3) 3 nV 35,367 P= c = = 0,7214 Vtb 49,028 + + + Bi 14: Phõn t CuCl kt tinh di dng lp phng tõm din a Hóy biu din ụ mng c s ca tinh th ny b Tớnh s ion Cu+ v Cl ri suy s phõn t CuCl cha ụ mng c s c Xỏc nh bỏn kớnh ion ca Cu+ Cho DCuCl = 4,136 g/cm3; rCl = 1,84; MCu = 63,5 g/mol, MCl = 35,5 g/mol, NA = 6,02.1023 Gii a ễ mng lp phng tõm din ca CuCl: Cu Cl Vỡ lp phng tõm din nờn: 34 Cl nh: ì = ion Cl mt: ì = ion Cl ion Cl Cu+ gia 12 cnh: 12 ì = ion Cu+ tõm : 1.1=1 ion Cu+ ion Cu+ Vy s phõn t mng c s l 4Cu+ + 4Cl 4CuCl N M CuCl d= vi V = a3 (N: s phõn t, a l cnh hỡnh lp phng) NA V N.M CuCl 4.(63,5 + 35,5) a3 = = = 159, 044.10 24 cm 23 D.N A 4,136.6, 02.10 a = 5,418.108 cm = 5,418 Mt khỏc theo hỡnh v ta cú a = 2r+ + 2r a 2r 5, 418 2.1,84 + r = = = 0,869 2 Bi 15: Xột tinh th MgO: a Thc nghim cho bit khong cỏch gia hai nguyờn t O v Mg tinh th MgO l 2,05 Mt khỏc, ta li bit t s bỏn kớnh ion Mg 2+ v O2 l 0,49 Hóy xỏc nh bỏn kớnh ca hai ion ny? b Cho bit mng tinh th MgO thuc mng tinh th no? Tớnh lng riờng theo g.cm3 ca tinh th núi trờn? Cho Mg = 24,312; O = 15,999 Gii a) Theo ta cú h phng trỡnh: rMg2 + + rO2 = 2,05 rMg 2+ = 0,49 r O rMg 2+ = 0,647 ; rO2 = 1,376 b) Vỡ 0,414 < rMg2 + rO2 = 0,49 < 0,732 nờn MgO cú kiu mng ging vi tinh th NaCl, tc l ụ mng lp phng tõm din ca Mg 2+ v O2 lng vo cú phõn t MgO mt t bo c s Th tớch ca mt t bo c s l: V = a3 = (2r)3 = (4,1)3 = 68,912 (3) Khi lng ca phõn t MgO l: 24,312 + 15,999 m= = 6,694.1023 g 6,022.1023 Vy lng riờng ca tinh th MgO l: 35 D= 4m = 3,88 g / cm V Bi 16: Kim loi M tỏc dng vi hiro cho hirua MHx (x = 1, 2, ) 1,000 gam MHx phn ng vi nc nhit 25oC v ỏp sut 99,50 kPa cho 3,134 lớt hiro a Xỏc nh kim loi M b Vit phng trỡnh ca phn ng hỡnh thnh MH x v phn ng phõn hu MH x nc c MHx kt tinh theo mng lp phng tõm mt Tớnh lng riờng ca MH x Bỏn kớnh ca cỏc cation v anion ln lt bng 0,68 v 1,36 Cho: NA = 6,02.1023 mol1; R = 8,314 J.K1.mol1; H = 1,0079; Li = 6,94; Na = 22,99; Mg =24,30; Al = 26,98 Gii a MHx + xH2O M(OH)x + xH2 PV 99,5.103 N.m ì 3,134.103 m nH = = = 0,1258 (mol) RT 8,314N.m.K 1.mol1 ì 298,15K 0,1258 m x n MH = M MH = = x n 0,1258 M MH x MM M x x x 7,949 g.mol1 15,898 g.mol1 23,847 g.mol1 31,796 g.mol1 b Kim loi M l liti 2Li + H2 2LiH LiH + H2O LiOH + H2 c Khi lng riờng ca MHx D= 6,941 g.mol1 13,882 g.mol1 20,823 g.mol1 27,764 g.mol1 Liti 4M LiH 4M LiH 4.7,95 = = = 0, 78 (g / cm3 ) 3 a N A ( r + + r ) N ( 0, 68.108 + 1,36.108 ) 6, 02.10 23 A H Li Bi 17: Mui florua ca kim loi bari cú cu trỳc lp phng vi hng s mng a Trong mi ụ mng c s, ion Ba2+ chim nh v tõm cỏc mt ca hỡnh lp phng, cũn cỏc ion florua (F) chim tt c cỏc hc t din (tõm ca cỏc hỡnh lp phng a vi cnh l ụ mng) Khi lng riờng ca mui bari florua ny l 4,89 g/cm a V cu trỳc t bo n v (ụ mng c s) ca mng tinh th bari florua Trong mt t bo n v ny cú bao nhiờu phõn t BaF2? 36 b Tớnh s phi trớ ca ion Ba2+ v F tinh th ny Cho bit s phi trớ ca mt ion tinh th l s ion trỏi du, gn nht bao quanh ion ú c Xỏc nh giỏ tr ca a (nm)? Cho F = 19; Ba = 137,31 Gii a ễ mng c s: Ba2+ F Trong mt t bo n v BaF2 cú: F nm hc t din nờn cú ion F 1 Cú ì + ì = ion Ba2+ Do ú s cú phõn t BaF2 mt t bo n v b S phi trớ ca ion Ba2+ l S phi trớ ca F l c Khi lng riờng florua tớnh theo cụng thc: M M ì BaF ì BaF ì M BaF m NA NA D= = a = = V a3 d d ì NA ì M BaF ì (137,31 + 19 ì 2) a3 = = = 2,38.10 22 (cm ) 23 d ì NA 4,89 ì 6,02.10 2 2 a = 6, 2.10 (cm) = 0,62 (nm) Bi 18: ễ mng c s (t bo c bn) ca tinh th NiSO cú cnh vuụng gúc vi nhau, cnh a = 6,338 ; b = 7,842 ; c = 5,155 Khi lng riờng gn ỳng ca NiSO l 3,9 g/cm3 Tỡm s phõn t NiSO4 mt ụ mng c s v tớnh lng riờng chớnh xỏc ca NiSO4 Niken(II) oxit cú cu trỳc mng tinh th ging mng tinh th ca natri clorua Cỏc ion O2 to thnh mng lp phng tõm mt, cỏc hc bỏt din cú cỏc ion Ni 2+ Khi lng riờng ca niken(II) oxit l 6,67 g/cm3 Nu cho niken(II) oxit tỏc dng vi liti oxit v oxi thỡ c cỏc tinh th trng cú thnh phn LixNi1xO: x x Li2O + (1 x)NiO + O2 LixNi1xO Cu trỳc mng tinh th ca Li xNi1xO ging cu trỳc mng tinh th ca NiO, nhng mt s ion Ni2+ c th bng cỏc ion liti v mt s ion Ni 2+ b oxi húa bo m tớnh trung hũa in ca phõn t Khi lng riờng ca tinh th Li xNi1xO l 6,21 g/cm3 a V mt ụ mng c s ca niken(II) oxit b Tớnh x (chp nhn th tớch ca ụ mng c s khụng thay i chuyn t NiO thnh LixNi1xO) 37 c Tớnh phn trm s ion Ni2+ ó chuyn thnh ion Ni3+ v vit cụng thc thc nghim n gin nht ca hp cht LixNi1xO bng cỏch dựng Ni(II), Ni(III) v cỏc ch s nguyờn Gii 8 a = 6,338.10 cm; b = 7,842.10 cm; c = 5,155.108 cm n.M NiSO4 m m = T D NiSO = = (1) V a.b.c N A a.b.c D NiSO N A a.b.c n = (2) M NiSO4 3,9.6,02.1023.6,338.10 8.7,842.10 8.5,155.10 n= = 3,888 154,76 S phõn t NiSO4 mt ụ mng c s phi l s nguyờn n = 4.154,76 D NiSO (chớnh xỏc) = = 4,012 (g/cm3) 23 6,02.10 6,338.10 8.7,842.10 8.5,155.10 a Ion oxi (O2-) Ion niken (Ni2+) b Tớnh x: Tớnh cnh a ca ụ mng c s ca NiO: n.M NiO n.M NiO D NiO = a = N A a N A D NiO n = (vỡ mng l lp phng tõm din) a = 4.74,69 6,02.1023.6,67 a = 4,206.108 cm Theo u bi, ụ mng c s ca NiO v ụ mng c s ca Li xNi1xO ging nhau, ú: n.M Lix Ni1 x O 4.[ x.6,94 + (1 x).58,69 + 16 ] D Lix Ni1x O = 6,21 = N A a 6,02.1023.(4, 206.10 )3 x = 0,10 c Thay x vo cụng thc LixNi1xO, ta cú Li0,1Ni0,9O hay cụng thc l LiNi9O10 Vỡ phõn t trung hũa in nờn LiNi 9O10 cú ion Ni2+ v ion Ni3+ Vy c ion Ni 2+ thỡ cú ion chuyn thnh Ni3+ Phn trm s ion Ni2+ ó chuyn thnh ion Ni3+ l ì100 % = 11,1% Cụng thc thc nghim n gin nht: LiNi(III)(Ni(II)) 8O10 38 2.3 BI TP V MNG TINH TH NGUYấN T Bi 19: Silic cú cu trỳc tinh th ging kim cng vi thụng s mng a = 0,534 nm Tớnh bỏn kớnh nguyờn t cng húa tr ca silic v lng riờng (g/cm 3) ca nú Cho bit MSi = 28,086 g/mol Kim cng cú cu trỳc lp phng tõm din, ngoi cũn cú nguyờn t nm hc (site) t din ca ụ mng c s Gii ng chộo chớnh ca ụ mng c s l 2d = a a Nờn hỡnh lp phng cha hc t din cú d = trờn ng ny cú: d a a = 2rSi = rSi = = 0,118 (nm) 1 S nguyờn t Si mt ụ mng c s: ì + ì + = 8 Vy ta tớnh c lng riờng ca Si l: 8M 8.28,086 D = Si = = 2,33 (g/cm3) a N A (5,034.109 )3 6,02.10 23 Bi 20: a Hóy v s mụ t cu trỳc ca mt t bo s ng ca kim cng b Bit hng s mng a = 3,5 , hóy tớnh khong cỏch gia mt nguyờn t C v mt nguyờn t C lỏng ging gn nht Mi nguyờn t C nh vy c bao quanh bi my nguyờn t khong cỏch ú? c Hóy tớnh s nguyờn t C mt t bo s ng v lng riờng ca kim cng Gii a nguyờn t C chim v trớ: cỏc nh ca t bo s ng, tõm ca cỏc mt, ngoi cũn tõm ca hỡnh lp phng nh cnh a/2 b ng chộo chớnh ca ụ mng c s l 2d = a a Nờn hỡnh lp phng cha hc t din cú d = trờn ng ny cú: 39 d a = 1,52 = 2r = ú l khong cỏch ngn nht gia hai nguyờn t C Mi nguyờn t C nh vy c bao quanh t din bi nguyờn t C khỏc vi khong cỏch ngn nht 1 c S nguyờn t C mt t bo s ng n = ì + ì + = 8 8.12 Khi lng mi t bo: m = gam 6,02.1023 m 8.12 3 Khi lng riờng: D = V = ( 3,5.108 ) 6,02.1023 = 3,7 g/cm Bi 21: Cacbon th hin tớnh cht tinh th hc rt khỏc tựy theo bn cht cỏc dn tn ti ca nú Kim cng c trng bng ụ mng lp phng vi thụng s a = 357 pm (hỡnh v) Tớnh bỏn kớnh cng húa tr ca C Graphit cú cu trỳc lc phng, c trng bng t s c/a = 2,72 (hỡnh v) a Xỏc nh cỏc thụng s mng ca nú nu bỏn kớnh cng húa tr ca C khụng i b Tớnh giỏ tr thc ca bỏn kớnh C graphit, bit thụng s a thc t l 246 pm c Xỏc nh s mt v c khớt ca graphit Gii Da vo hỡnh v, ta cú khong cỏch ngn nht gia nguyờn t C (d C-C =2r) l trờn ng chộo hỡnh lp phng: a a a 357 2r = r= = 77,3 pm d= = 4 8 T hỡnh v ta thy: mi nguyờn t C liờn kt vi nguyờn t C khỏc xung quanh Khong cỏch gia nguyờn t C: 6r 6.77,3 a a = d = 2r = r= a= = 267,8 pm 3 40 T t s: c/a = 2,72 c = 2,72a = 728,4 pm Gi bỏn kớnh thc ca C graphit l r, a l thụng s thc, ta cú: a a 246 2r = r = = 71 pm = 6 S mt ụ mng c bn: 1 Z = ì 12 + + ì = c khớt: 4 ì ( r ') ì ( 71.1012 ) Z.V 3 P= = = = 0, = 40% 12 a a ( 246.10 ) 2.4 BI TP V MNG TINH TH PHN T Bi 22: Khi lng mol ca iot l M I = 126,9 g/mol; lng riờng ca I rn l D = 4,93 g/mol T thụng s mng, xỏc nh s phõn t I2 cú ụ mng c bn Kim tra kt qu da vo s cu trỳc tinh th ca nú Cỏc thụng s: a = 725 pm, b = 977 pm, c = 478 pm Gii Khi lng riờng ca I2 l: D = 4,93.103 kg/m3 M.Z p dng cụng thc: D = V.N A D.V.N A s phõn t I2 cú ụ mng c bn: Z = M 23 12 4,9.3.10 a.b.c.6,023.10 4,9.3.10 725.10 977.1012.478.1012.6,023.1023 = = = 3,96 2.126,9.103 2.126,9.103 Da vo s cu trỳc tinh th ca I trờn hỡnh v ta cú s phõn t I2 ụ mng c bn: 1 6ì + 8ì = 41 Bi 23: Mt cht rn X ch cha H v O 0oC, P = bar nú kt tinh h lc giỏc ễ mng c bn cho hỡnh v di õy.Cỏc thụng s: a = 452 pm, c = 739 pm Xỏc nh s nguyờn t ca mi nguyờn t ụ mng ca X, t ú rỳt cụng thc HxOy ca mt v s mt hp cht ny Cho bit tờn thụng thng ca cht rn X Xỏc nh lng th tớch ca X? Xỏc nh tớnh cht ca X nhỳng nc: + 0oC, P = bar + Tng nhit v gi nguyờn ỏp sut + Tng ỏp sut v gi nguyờn nhit Cho Dnc = 1,00.103 kg/m3 Gii 1 S nguyờn t O = ì + ì + ì = S nguyờn t H = ì + ì = Cụng thc ca HxOy: H8O4 = 4H2O vy cú phõn t H2O ụ mng õy chớnh l tinh th nc ỏ M.Z Dnc ỏ = V.N A 2 = 1,31.10 28 m Vi V = c.a sin = 739.1012 ( 452 ) 10 24.sin 3 M.Z 18.10 = = 914, 25 (kg/m3) Dnc ỏ = V.N A 1,31.1028.6,02.10 23 Ta cú: Dnc ỏ < Dnc 0oC, P = bar: nc ỏ ni lờn trờn mt nc + Khi tng nhit v gi nguyờn ỏp sut thỡ nc ỏ núng chy tan chuyn sang th lng + Khi tng ỏp sut v gi nguyờn nhit dn n th tớch gim D tng nờn nc ỏ chy thnh nc Bi 24: CO2 v N2O kt tinh theo cựng cu trỳc lp phng vi cỏc thụng s tng ng ca mng l 557 pm v 565 pm Di P = bar, N2O núng chy 182K v CO2 216K 42 Tớnh s mt m ụ mng c bn ca chỳng cú Xỏc nh lng th tớch ca hp cht trng thỏi rn Bỏn kớnh cng húa tr ca C, N v O tng ng: 77, 75, 73 pm Tớnh t l khụng gian ca ụ mng b chim bi hp cỏc nguyờn t, gi thit chỳng cú hỡnh cu Gii S mt mi ụ mng: 1 S nguyờn t C: ì + ì = 1 S nguyờn t O: 16 ì + 12 ì = 8 Nh vy mi ụ mng cú phõn t CO2 M.Z Ta cú: D = V.N A VCO2 = a = ( 557.1012 ) ; M CO2 = 44.10 kg / mol VN2O = ( 565.1012 ) ; M N 2O = 44.103 kg / mol Khi lng riờng ca CO2 v N2O ln lt l: 44.103.4 D CO2 = = 1,69.103 kg / m3 12 23 ( 557.10 ) 6,02.10 D N2O = 44.103.4 ( 565.10 ) 12 6,02.10 23 = 1,62.103 kg / m 3 Gi thit cỏc ht hỡnh cu cú bỏn kớnh ln lt l: rC = 77.1012 m; rN = 75.10 12 m; rO = 73.10 12 m + T l khụng gian ca ụ mng b chim bi hp cỏc nguyờn t (cũn gi l c khớt) ca CO2 v N2O ln lt l: Vi CO2: 4 Z rC3 + rO3 ì ( 77.10 12 ) + ( 73.10 12 ) 3 = 0,12 = P= 3 a ( 557.1012 ) Vi N2O: 43 4 Z rO3 + rN ì ( 73.1012 ) + ( 75.1012 ) 3 = P= = 0,115 12 a3 ( 565.10 ) 44 KT LUN ti ny ó cp tng i y mng kin thc v cu trỳc tinh th, õy l ti liu tham kho cho giỏo viờn ging dy, bi dng hc sinh gii Hoỏ hc cng nh ti liu hc cho hc sinh gii Hoỏ S dng h thng cỏc bi kt hp vi phng phỏp bi dng ỳng n ca giỏo viờn s giỳp hc sinh t c kt qu cao hn vic hc v chun b d thi hc sinh gii cp tnh, cp Quc gia Rt mong s úng gúp ý kin b sung cho cho ti thc s gúp phn giỳp cho vic ging dy v hc mụn Hoỏ hc núi chung cng nh kin thc v tinh th núi riờng ngy cng tt hn Xin chõn thnh cm n Qung Ngói, ngy 10 thỏng nm 2015 NGI VIT Nguyn Minh Cng 45 TI LIU THAM KHO Ting Vit Nguyn Duy i, Nguyn Tinh Dung, Trn Thnh Hu, Trn Quc Sn, Nguyn Vn Tũng (2000), Mt s chn lc ca Hoỏ hc, NXB Giỏo dc, H Ni Trn Dng (2013), Giỏo trỡnh Húa hc tinh th, NXB i hc Hu Trn Hip Hi (2000), Bi Húa lý, NXB KH&KT, H Ni Hong Nhõm (2003), Húa hc vụ c, NXB Giỏo dc, H Ni Lờ Mu Quyn (2008), Bi Húa hc i cng, NXB Giỏo dc, H Ni Ting Anh Catherine E.Housecroft and Alan G.Sharpe (2008), Inorganic Chemistry, Pearson Prentice Hall 46 [...]... CU TRC TINH TH 2.1 BI TP V TINH TH KIM LOI 2.1.1 Bi tp xỏc nh c khớt ca mng tinh th * c khớt ca mng tinh th Thể tích các nguyên tử kim loại Thể tích n nguyên tử trong 1 ô mạng Đ ộ đặc khít P = = Thể tích toàn bộ ô mạng Thể tích của ô mạng Bi 1: Hóy tớnh c khớt ca mng tinh th: a Mng tinh th lp phng tõm khi b Mng tinh th lp phng tõm din c Mng tinh th lc phng Gii * c khớt ca mng tinh th a Mng tinh th... trỳc mng tinh th Bonitrua dng mng than chỡ 1.3.5 Mng tinh th phõn t Trong tinh th phõn t, mng li khụng gian c to thnh bi cỏc phõn t hoc nguyờn t khớ tr Trong trng hp chung, lc liờn kt gia cỏc phõn t trong tinh th l, lc Van der Waals Vỡ lc liờn kt yu nờn cỏc phõn t trong mng tinh th d tỏch khi nhau, nhit núng chy v nhit sụi thp, tan tt trong cỏc dung mụi to ra dung dch a Khớ him Hỡnh 3.21 Tinh th... Ta l MTa = 180,95 g/mol 367,95 = 180,95 n = 2 n Vỡ n = 2 nờn Ta kt tinh theo kiu mng tinh th lp phng tõm khi Bi 4: ng cú cu trỳc dng tinh th lp phng tõm din, bỏn kớnh nguyờn t l 0,128 nm a Xỏc nh di hng s mng a () ca dng tinh th trờn b Hóy cho bit khong cỏch ngn nht gia hai nguyờn t ng trong mng tinh th theo n v 28 Gii a Mng tinh th lp phng tõm din: a a a 2 = 4.r Ta cú: d = 4r = a 2 a = 4r 4.0,128... cao, giũn, khụng tan trong cỏc dung mụi, khụng dn in 19 Cựng kiu mng tinh th vi kim cng cú tinh th ca cỏc nguyờn t Si, Ge v Sn () v mt s hp cht cng hoỏ tr nh: SiC, GaAs, BN, ZnS, CdTe Tuy nhiờn liờn kt cng hoỏ tr trong cỏc tinh th ny l liờn kt cng hoỏ tr phõn cc b Tinh th bo nitrua mng kim cng (Borazon) N B Hỡnh 3.18 Cu trỳc mng tinh th borazon Borazon cng, cỏch in nh kim cng Tuy nhiờn borazon cú... tinh th lc phng Mt s kim loi nh Zn, Be, Mg, Cd, Co, Sc, Y, La, Ti, Hf, cú cu trỳc tinh th dng ny Ngi ta thng gi cu trỳc ny l cu trỳc tinh th magie *Quy tc Engel v Brewer cho bit cu trỳc tinh th kim loi hoc hp kim ph thuc vo s electron s v p c thõn trung bỡnh trờn mt nguyờn t kim loi trng thỏi kớch thớch: a a < 1,5: lp phng tõm khi 1,7 < a < 2,1: lc phng 2,5 < a < 3,2: lp phng tõm din a ~ 4: mng tinh. .. 3.21 Tinh th Ne, Ar, Xe, Kr 21 Hỡnh 3.22 Tinh th He b Tinh th phõn t iot Mng li ca tinh th I2 cú i xng dng trc thoi vi cỏc thụng s a = 7,25 , b = 9,77 , c = 4,78 Tõm cỏc phõn t I2 nm nh, tõm ca ụ mng mt thoi Khong cỏch ngn nht II trong tinh th l 2,70 xp x di liờn kt trong phõn t khớ I2 2,68 . liờn kt cng hoỏ tr II thc t khụng thay i khi thng hoa Hỡnh 3.23 Tinh th iot Khong cỏch ngn nht ca hai... mng tinh th ZnS vuazit Nhng hp cht nh HgS, ZnO, SiC, AlN, cú mng li tinh th kiu vuazit e Mng tinh th NiAs Cỏc ion As3 sp xp theo kiu lc phng Cỏc ion Ni3+ chim ht s hc bỏt din S phi trớ ca Ni v As u bng 6 Ni As Hỡnh 3.14 Cu trỳc mng tinh th NiAs 1.3.3.5 Cu trỳc ca cỏc hp cht ion MX2 a Canxi florit (CaF2) Cỏc ion Ca2+ sp xp theo kiu lp phng tõm din, cỏc ion F chim cỏc hc t din Cựng kiu mng ny cú tinh. .. sinh cỏc lc y b sung, lm cho tinh th b phỏ v Vỡ lc liờn kt mnh, cỏc ion u tớch in nờn cỏc hp cht ion ch tan trong dung mụi phõn cc Vỡ trong ion, cỏc electron chuyn ng trờn cỏc obitan nh ch trờn cỏc ion nờn trng thỏi tinh th cỏc hp cht ion khụng dn in Nhng trng thỏi núng chy v dung dch thỡ chỳng dn c din 1.3.4 Tinh th nguyờn t 1.3.4.1 Tớnh cht ca tinh th nguyờn t Trong tinh th nguyờn t, cỏc n v cu... V: Th tớch ụ mng c s (cm3) Bi 5: Tớnh khi lng riờng ca tinh th Ni, bit Ni kt tinh theo mng tinh th lp phng tõm mt v bỏn kớnh ca Ni l 1,24 Cho bit Ni = 58,7 Gii 29 a a a 2 = 4.r Khi lng riờng ca Ni: ( 3.58,7.0,74 4.3,14 1, 24.10 8 ) 3 6,02.10 23 = 9,04 (g/cm3) Bi 6: trng thỏi n cht, ng (Cu) cú cu trỳc tinh th lp phng tõm din Tớnh khi lng riờng ca tinh th Cu theo g/cm 3 Cho Cu = 63,5; bỏn kớnh nguyờn... pm 2 Bi 11: St monoxit FeO cú cu trỳc mng tinh th lp phng tõm din kiu NaCl vi thụng s mng a = 0,430 nm Hóy tớnh khi lng riờng ca tinh th st monoxit ú Cho bit Fe = 55,8 Gii i vi tinh th lp phng tõm din, mi ụ mng c s cú s n v cu trỳc l: 1 1 8ì + 6ì = 4 8 2 Vy khi lng riờng ca tinh th ú l: 4 ( 55,8 + 16 ) D= = 5,91 (g / cm3 ) 7 3 23 ( 0, 432.10 ) 6,02.10 Bi 12: Tinh th CsI cú cu trỳc kiu CsCl vi cnh a ... V CU TRC TINH TH 2.1 BI TP V TINH TH KIM LOI 2.1.1 Bi xỏc nh c khớt ca mng tinh th * c khớt ca mng tinh th Thể tích nguyên tử kim loại Thể tích n nguyên tử ô mạng Đ ộ đặc khít P = = Thể tích... toàn ô mạng Thể tích ô mạng Bi 1: Hóy tớnh c khớt ca mng tinh th: a Mng tinh th lp phng tõm b Mng tinh th lp phng tõm din c Mng tinh th lc phng Gii * c khớt ca mng tinh th a Mng tinh th lp phng... hp tinh th gm nhng ht cựng dng 1.2.3 Trng hp tinh th gm hai loi ht khỏc 1.3 CC DNG CU TRC TINH TH 1.3.1 Khỏi nim chung 1.3.2 Cu trỳc mng tinh th kim loi 1.3.3 Tinh