nghiên cứu về cấu trúc tinh thể

CHƯƠNG II: CẤU TRÚC TINH THỂ Giảng viên: PGS.TS Trương Minh Đức Lớp: LL PP dạy học mơn Vật lí Khóa: 24 Nhóm thực hiện: Nhóm DANH SÁCH NHĨM 4 Lê Chiêu Phước Trần Thị Như Quỳnh Trần Thị Bích Ngọc Trương Thị Minh Nguyệt Nguyễn Thị Mỹ Phương Nguyễn Văn Tú Hồ Thị Kim Loan Lê Thị Thu Thảo CHƯƠNG II: CẤU TRÚC TINH THỂ 2.1.1 Ngun lí xếp cầu 2.1 Phương pháp diễn tả cấu trúc tinh thể 2.1.2 Các hổng kiểu xếp cầu 2.1.3 Kích thước hổng 2.2 Số phối trí hình phối trí 2.1.4 Ý nghĩa ngun lý xếp cầu hóa học tinh thể CHƯƠNG II CẤU TRÚC TINH THỂ 2.1 Phương pháp diễn tả cấu trúc tinh thể 2.1.1 Ngun lý xếp cầu Để diễn tả cấu trúc tinh thể có nhiều phương pháp: - Dựa vào kiểu tế bào mạng - Dựa vào cách nối đa diện khơng gian - Dựa vào quy tắc cầu chồng khít (xếp khít khối cầu) Trong tinh thể học thường dùng quy tắc cầu chồng khít 2.1.1 Ngun lý xếp cầu Quy tắc cầu chồng khít: Giả sử ta có số lượng lớn cầu có kích thước nhau, ta xếp cầu vào khoảng khơng gian giới hạn cầu tiếp xúc với cho chặt khít (có nghĩa khoảng khơng gian tự bé nhất, độ đặc khít lớn nhất) Có kiểu xếp khít: • Xếp khít lục phương (kiểu ABABA…) • Xếp khít lập phương (kiểu ABCABCAB….) 2.1.1 Ngun lý xếp cầu Lớp thứ (gọi lớp A): Trên mặt phẳng cầu xếp khít cầu (ví dụ cầu K)sẽ tiếp giáp với tất cầu khác xung quanh (hình a) 2.1.1 Ngun lý xếp cầu Lớp thứ (gọi lớp A): Có sáu vò trí lõm vào lớp thứ thuộc hai loại B C 2.1.1 Ngun lý xếp cầu Lớp thứ hai (gọi lớp B) Có thể đặt cầu lớp thứ hai vào vị trí B C cho cầu lớp thứ hai tiếp xúc với cầu lớp thứ ngược lại cầu lớp thứ tiếp xúc với cầu lớp thứ hai Đó vtcb bền vững, khiến lớp cầu khơng thể trượt lên - Giả sử lớp thứ hai chiếm vị trí B A C A B B B BA A A A CA BB A C 2.1.1 Ngun lý xếp cầu Lớp thứ ba: Có cách xếp: + Cách 1: Đặt cho cầu lớp trùng vào vị trí tương ứng lớp thứ 1, nghĩa chu kì lặp lại lớp 2, lớp xếp theo thứ tự ABABAB… ⇒ Đó kiểu xếp cầu lục phương A A B A A B A B A A CHƯƠNG II CẤU TRÚC TINH THỂ 2.2 Số phối trí hình phối trí Trường hợp ion kích thước xếp sít đặc số phối trí cực đại 12 Các kim loại dù xếp cầu loại có sft = 12 có hình phối trí hình 14 mặt gồm mặt vng tam giác Hình phối trí mạng lập phương tâm mặt Hình phối trí mạng lục giác xếp chặt CHƯƠNG II CẤU TRÚC TINH THỂ 2.2 Số phối trí hình phối trí Hình phối trí đặc trưng cho sft = hình tháp tứ phương Ví dụ : Khống millerit ( NiS ) , ngun tử Ni nằm gần sát đáy vng tháp S S S Ni S S CHƯƠNG II CẤU TRÚC TINH THỂ 2.2 Số phối trí hình phối trí Với sft = Mo molipdenit MoS2 có hình phối trí lăng trụ tam phương CHƯƠNG II CẤU TRÚC TINH THỂ 2.2 Số phối trí hình phối trí Hiếm có số phối trí hình phối trí hình tạ đặc trưng cho ngun tử ơxy CO2 kết tinh Ở ta chấp nhận giả thiết đơn giản hóa coi ion qủa cầu cứng có bán kính xác định Còn thực tế khơng phải Trị số bán kính ion khơng phụ thuộc vào chất thiên nhiên ngun tử bị ion hóa mà phụ thuộc vào trạng thái ion mạng lưới tinh thể định , chủ yếu phụ thuộc vào điện tích ion Ví dụ : r + Mn = , 91 Α, r rMn4+ = 0,52 Α + Mn = 0,67 Α http://daitudien.net/hoa-hoc/hoa-hoc-ve-so-phoi-tri.html SỐ PHỐI TRÍ: phức chất, SPT số ngun tử nhóm ngun tử liên kết trực tiếp với ngun tử trung tâm SPT phụ thuộc vào chất ngun tử trung tâm phối tử Vd phức chất [Co(NH3)6]3+, SPT Co3+ 6; phức chất [CoCl4]2-, SPT Co2+ 4; phức chất [Zn(NH3)4]2+, SPT Zn2+ Trong tinh thể, SPT số ngun tử (hoặc ion) gần cách ngun tử (hoặc ion ngược dấu) Vd sắt (tinh thể lập phương tâm khối) SPT ngun tử Fe 8; NaCl (tinh thể lập phương) SPT ion Na+ ion Cl- Ion Charge Coordination Crystal Radius Ionic Radius Key* 1.1 0.96 R High Spin 1.04 0.9 C Low Spin 0.81 0.67 E High Spin 0.97 0.83 R* High Spin 0.785 0.645 R* Low Spin 0.72 0.58 R 0.67 0.6 0.53 0.46 R* A 0.89 0.75 C 0.72 0.58 0.8 0.66 0.53 0.47 0.395 0.39 0.39 0.33 0.255 0.25 VIII VII VI Mn VI VI VI V V IV IV IV IV IV High Spin High Spin R R Group (colum n) 10 11 Period (row) H 25 Li Be 145 105 Na Mg 180 150 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu 220 180 160 140 135 140 140 140 135 135 135 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag 235 200 180 155 145 145 135 130 135 140 160 Structures of Metallic Elements H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra Ac Primitive Cubic Cubic close packing (Face centered cubic) Body Centered Cubic Hexagonal close packing KẾT LUẬN Phương pháp diễn tả theo ngun lý xếp cầu ưu việt chỗ khơng cho ta khái niệm phân bố anion mà cho biết qui luật phân bố cation cấu trúc mức độ chứa đầy cation khơng gian Mặt khác có ứng dụng quan trọng góp phần xác định cấu trúc hợp chất Nhờ suy luận đơn hình học người ta giả định nhiều sơ đồ cấu trúc cho hợp chất nghiên cứu Những sơ đồ đem thử nghiệm để chọn lấy sơ đồ hợp lý Tuy nhiên khơng phải phương pháp xác hạt cấu trúc khơng thực dạng cầu [...]... khác nhau của mạng kim loại nền, nếu chúng có kích thước phù hợp, kết quả dẫn đến thay đổi cấu trúc và tính chất của vật liệu 2.1.4 Ý nghĩa của ngun lý xếp cầu đối với hóa học tinh thể Nhiều ngun tố có cấu trúc của một trong hai loại xếp cầu trên: - Cu, Au, Ag có cấu trúc chồng khít lập phương - Mg, Zn, Be có cấu trúc chồng khít lục phương ... HỔNG TRONG HAI KIỂU XẾP CẦU • Hệ số lấp đầy(độ đặc khít)của mạng tinh thể: Vvc Thể tích vật chất chứa trong ô mạn g P= = Vcs Thể tích ô mạn g Tính hệ số lấp đầy(độ đặc khít)  Mạng lập phương tâm mặt (cạnh a) : +Thể tích của ơ mạng Vcs = a3 +Số ngun tử trong một ơ cơ sở là : 6 1/2 + 8 1/8 = 4 +Bán kính của ngun tử R=a 2 4 4 π R3 V = 4 + Thể tích vật chất chứa trong ơ mạng: cs 3 + Hệ số lấp đầy (Độ đặc... là 22,99 g/mol; 35,45 g/mol Cho bán kính của Cl- là 1,81.10-8 cm Tính : a)Bán kính của ion Na+ b)Khối lượng riêng của NaCl (tinh thể) MẠNG TINH THỂ NACL Na Cl GiẢI Giải: Các ion Cl- xếp theo kiểu lập phương tâm mặt, các cation Na+ nhỏ hơn chiếm hết số hổng bát diện Tinh thể NaCl gồm hai mạng lập phương tâm mặt lồng vào nhau Số ion Cl- trong một ơ cơ sở: 8.1/8 + 6.1/2 = 4 Số ion Na+ trong một ơ cơ... dụ 2 : Phân tử CuCl kết tinh dưới dạng lập phương tâm diện Hãy biểu diễn mạng cơ sở của CuCl a) Tính số ion Cu+ và Cl - rồi suy ra số phân tử CuCl chứa trong mạng tinh thể cơ sở b) Xác định bán kính ion Cu+ Cho: D(CuCl) = 4,136 g/cm3 ; rCl-= 1,84 ; Cu = 63,5 ; Cl = 35,5 Giải: Các ion Cl - xếp theo kiểu lập phương tâm mặt, các cation Cu+ nhỏ hơn chiếm hết số hốc bát diện Tinh thể CuCl gồm hai mạng lập... Tinh thể NaCl có cấu trúc lập phương tâm mặt của các ion Na+, còn các ion Cl- chiếm các lỗ trống tám mặt trong ơ mạng cơ sở của các ion Na+, nghĩa là có 1 ion Cl- chiếm tâm của hình lập phương Biết cạnh a của ơ mạng cơ sở là 5,58.10 -8 cm Khối lượng mol của Na và Cl lần lượt là 22,99 g/mol; 35,45 g/mol Cho bán kính của Cl- là 1,81.10-8 cm Tính : a)Bán kính của ion Na+ b)Khối lượng riêng của NaCl (tinh. .. khít)  • • • • • Mạng lập phương tâm khối (cạnh a) : Thể tích của ơ mạng Vcs = a3 Số ngun tử trong một ơ cơ sở: 1+8.1/8 = 2 Bán kính ngun tử:R = a 3 4 Vcs = 2 4 π R 3 Thể tích vật chất chứa trong ơ mạng: 3 Hệ số lấp đầy: 4 4 a 3 3 3 2 π R 2 π ( ) P= 33 = 3 34 = 0, 68 a a B A A B E E a C a D C Tính hệ số lấp đầy(độ đặc khít)  Mạng lục phương : • Thể tích ơ mạng: Vcs = Sđ h = 3a3 √2 • • • • Bán kính... Kiểu xếp cầu lập phương tâm mặt 2.1.2 CÁC HỔNG TRONG HAI KIỂU XẾP CẦU Giới thiệu về các hổng  Sự giống nhau trong hai kiểu xếp khít lục phương và xếp khít lập phương là: mỗi quả cầu đều tiếp xúc với 12 quả cầu khác và tỉ lệ khơng gian bị chiếm khoảng 74%  Điều đó có nghĩa là trong 2 kiểu xếp khít nhất đó vẫn còn 26% thể tích là các khoảng trống Có 2 loại hổng trống: + Hổng tứ diện (T) + Hổng bát... Bán kính ngun tử: R= a/2 Số ngun tử chứa trong ơ mạng: 12.1/6 + 2.1/2 +3 =6 4 π R3 V = 6 Thể tích vật chất chứa trong ơ mạng: cs 3 4 4 a 3 Hệ số lấp đầy: 3 6 π R 6 π ( ) P= 3 3 2 = 3a 3 2 3a 3 2 = 0, 74 2.1.3 Kích thước các hổng  Khái niệm: Kích thước hổng được đánh giá bằng bán kính của quả cầu lớn nhất có thể đặt vào hổng đó Biểu diễn hổng tứ diện: Kích thước hổng tứ diện: Kí hiệu bán kính ngun... (O) 2.1.2 CÁC HỔNG TRONG HAI KIỂU XẾP CẦU  Hổng tứ diện (T) o Là khoảng khơng gian giữa 4 quả cầu được xếp khít vào nhau Nối tâm 4 quả cầu này ta sẽ được 1 hình tứ diện o Các dãy hổng tứ diện khác nhau về định hướng: Cứ 1 dãy hướng đỉnh tứ diện lên trên lại nằm cạnh 1 dãy hướng đỉnh tứ diện xuống dưới 2.1.2 CÁC HỔNG TRONG HAI KIỂU XẾP CẦU Hổng tứ diện (T) Quanh mỗi quả cầu có 8 hổng tứ diện Mỗi hổng