Cấu trúc tinh thể : CẤU TRÚC CÁC ĐƠN CHẤT

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA VẬT LÝ - Chương II: Cấu trúc tinh thể CẤU TRÚC CÁC ĐƠN CHẤT Giáo viên hướng dẫn PGS.TS Trương Minh Đức Nhóm học viên thực hiện: Trịnh Thị Triều Huỳnh Lê Hiếu Thảo Lê Thị Viên Trần Thị Hà Thu Nguyễn Thị Phương Phương Lớp: LL&PPDH Vật Lý K23(2014-2016) Lớp: LL&PPDH Vật Lí K23_Nhóm Page Phụ lục Phụ lục .2 MỞ ĐẦU 2.3 CẤU TRÚC CÁC ĐƠN CHẤT 2.3.1 Cấu trúc lập phương tâm diện F 2.3.2 Cấu trúc lục phương compac H Bài tập 2.3.3 Cấu trúc lập phương tâm khối I 2.3.4 Cấu trúc lập phương đơn giản P .11 2.3.5 Cấu trúc kiểu kim cương D .12 2.3.6 Cấu trúc grafit 13 Lớp: LL&PPDH Vật Lí K23_Nhóm Page MỞ ĐẦU Tinh thể học ngành khoa học thực nghiệm nghiên cứu xếp nguyên tử thể rắn Việc nghiên cứu tinh thể chủ yếu dựa dạng hình học tinh thể Nó liên quan đến việc đo đạc góc mặt tinh thể so với trục tinh thể theo lý thuyết (trục tinh thể học), từ xác định dạng hình học tinh thể Tinh thể học (crystallography) có nguồn gốc từ việc nghiên cứu khoáng vật tinh thể Nghiên cứu khoáng vật tinh thể bao gồm hai phần: Hình học tinh thể hóa học tinh thể Trong phần này, tinh thể đề cập đến hình học tinh thể bản Các khái niệm X-ray crystallography ngày có nguồn gốc từ hình học tinh thể, chẳng hạn, số Miller (Miller index), mặt tinh thể, trục tinh thể, tính đẳng hướng, tính đối xứng tinh thể (point group), hệ tinh thể… Trong nội dung nghiên cứu vào tìm hiểu cấu trúc tinh thể đặc biệt tìm hiểu cấu trúc đơn chất Lớp: LL&PPDH Vật Lí K23_Nhóm Page Chương 2: Cấu trúc tinh thể 2.3 CẤU TRÚC CÁC ĐƠN CHẤT 2.3.1 Cấu trúc lập phương tâm diện F Cấu trúc điển hình đồng, có nhiều kim loại khác: Kiềm thổ trung gian (Ca,Sr); Kim loại cuối dãy chuyển tiếp nd Y (với y từ đến 10) ví dụ Fey Cu, Rh Ag, Ir Au; kim loại Al,Ce, Yb,Pb Th số phi kim có liên kết phân tử ( khí quí trạng thái rắn) Các nguyên tử đặt đỉnh tâm mặt hình lập phương với thông số aF (chỉ số F để nhớ lại kiểu mạng Bravais) Các mặt phẳng hình cầu tiếp xúc xếp chồng vuông góc với đường chéo lập phương hay L3 Xét mặt đáy lập phương, nguyên tử hay quả cầu tiếp xúc theo đường chéo mặt lập phương Vậy: 4R aF = R ⇒ aF = = 2R Số phối trí [x]: A/A = [12] Số mắt Z: Z=8.1/8 + 6.1/2 =4 Lớp: LL&PPDH Vật Lí K23_Nhóm Page Độ chặt sít P: 4 16 Z π R π R3 πR π 3 P= = = = ≈ 0,74 3 aF 16 R 2 2R ( ) Ở không gian bị chiếm ~74% nên tồn hổng tinh thể học; hổng bát diện (B) tứ diện (T) Hổng bát diện (B) tạo nên quả cầu Nối tâm quả cầu ta hình bát diện Hổng B nằm tâm lập phương trung điểm cạnh Số hổng B : N B = + 12 / = Hổng tứ diện (T) tạo nên quả cầu Nối tâm quả cầu ta hình tứ diện Hổng tứ diện T nằm tâm lập phương hay nằm đường chéo lập phương ( 4L3 ) Số hổng T : NT = 8.1 = Nhận xét : - Số hổng B số nguyên tử hay số mắt ô mạng - Số hổng T gấp đôi số nguyên tử thành phần ô mạng - Các hổng T mô tả tập hợp lập phương đơn giản với thông số a = aF Kích thước hổng T, B đánh giá bán kính quả cầu lớn có thể đặt vào hổng Các hổng có vai trò quan trọng nhiều trường hợp Ví dụ: trình tạo thành hợp kim chuyển pha, điều kiện xác định, số nguyên tử nguyên tố hợp kim chiếm chỗ loại lỗ hổng khác mạng kim loại nền, chúng có kích thước phù hợp , kết quả dẫn đến thay đổi cấu trúc tính chất vật liệu 2.3.2 Cấu trúc lục phương compac H Lớp: LL&PPDH Vật Lí K23_Nhóm Page Đó cấu trúc nhiều kim loại : Các nguyên tố cột (Be,Mg) cột 12 (Zn,Cd) , nguyên tố chuyển tiếp ( cột 3,4,7 8) phần cuối dãy lantan (Gd Tm) Ta thấy lớp xếp chồng , nguyên tử có láng giềng rõ rệt Lăng trụ lục phương đa diện đặc trưng cho đối xứng lục phương Tuy nhiên kiểu mô tả biểu diễn túy quy ước mạng.Vì ô mạng sở phải có thể tích nhỏ lặp lại theo tịnh tiến từ gốc không cho phép coi lăng trụ ô mạng sở Lăng trụ lục phương compac lăng trụ trực thoi (1/3 lăng trụ lục phương) Đáy hình thoi IỌKJ Các thông số ô mạng: Góc IOK = 1200 IJ = JK = OK = OI = ah Các quả cầu mặt đáy tiếp xúc : ah = R ; h = Ch / = QG G tâm tam giác IOJ Các quả cầu tiếp xúc nên OQIJ tứ diện Lớp: LL&PPDH Vật Lí K23_Nhóm Page QI = QJ = QK = OI = OK = IJ = KJ = ah nên 2  QG = h = IQ − IG = IQ −  IP ÷ 3  2 2 2 3 2 2 = a −  ah aF = aF = 2R ÷ =  3 3 h ⇒ Ch = h = R Hai thông số Ch ah liên hệ theo hệ thức : Ch = = 1,63 ah Ch đặc trưng để biết xem tinh thể lục phương thực, việc xếp chồng ah nguyên tử có lý thưởng không Thật vậy: Ch = 1,63 Sự xếp chồng quả cầu chặt sít lý tưởng • Với Mg: ah Ch = 1,57 Sự xếp chồng chặt sít bị dẹt theo OZ • Với Be: ah Ch = 1,86 Sự xếp chồng chặt sít bị dãn dài theo OZ • Với Zn: ah Ch = 2,73 Sự xếp chồng không chặt sít grafit • Với C: ah Số mắt Z: Z= 1/8 + = hay Z = 4.1/6 + 4.1/12 + = T ỉ số Độ chặt sít P: Z π R3 P= = aF Ch sin 600 π R3 π = ≈ 0,74 3 ( 2R ) 2R (giống độ chặt sít mạng lập phương tâm diện) Sự tương tự tập hợp F H: • Hai tập hợp thực tế khác tính đối xứng vĩ mô chúng, lập phương F lục phương H có hay lớp chồng • Cả dều có độ chặt sít P=0,74 chung số phối trí 12 • Đều có hổng xen kẽ kiểu bát diện B tứ diện T: Lớp: LL&PPDH Vật Lí K23_Nhóm Page + Trong Mạng F với Z=4 ta có NB=4 NT=8 ô mạng + Trong mạng H với Z=2 ta có NB=2 NT = ô mạng • Cấu trúc dạng lập phương tâm diện tạo thành nhiều mặt phẳng trượt (các mặt phẳng chứa nguyên tử gần nhất) Đó mặt phẳng vuông góc với trục đối xứng bậc (bốn đường chéo lập phương) Nhờ trượt lên chúng mà có thể dát mỏng hay kéo dài kim loại • Cấu trúc dạng lục phương có loại mặt phẳng trượt (mặt phẳng vuông góc với trục đối xứng bậc 6) nên khả dát mỏng kéo sợi chúng Bài tập 1/ Khối lượng thể tích nhôm, kim loại kết tinh theo hệ lập phương kiểu mạng lập phương tâm diện là: ρV = 2,7 × 103 kg m3 a Xác định thông số ac ô mạng nhôm b Từ suy giá trị bán kính nguyên tử Giải a Khối lượng thể tích chất xác định theo công thức MZ ρV = VN A Đối với mạng lập phương diện tâm ta có: V = a ; Z = ; M = 27 MZ ρV = a NA ⇒a= MZ 27.10−3.4 = = 0,405.10−9 m 23 ρV N A 2,7.10 6,02.10 a = 0,143.10−9 m 2/ Coban, bán kính nguyên tử 125pm Kết tinh theo hệ lục phương chặt sít a Xác định thông số ah Ch ô mạng b Kiểm tra lại khối lượng thể tích thực nghiệm ρV = 8,9 kg m phù hợp với sở tính toán không Giải a Đối với mạng lục phương chặt sít ta có ah = R = 2.125 = 250 pm = 0,25.10−9 m b a = R ⇒R= Ch = R = 408 pm = 0,408.10−9 m b Thể tích ô sở mạng Lớp: LL&PPDH Vật Lí K23_Nhóm Page V = ah2 ch sin 600 = ( 0,25 × 10−9 ) 0,408 × 10 −9 = 0,0221.10−27 m3 Đối với coban ta có: Z = ; M = 59 g mol = 59.10−3 kg mol N A = 6,02.1023 mol MZ 2.59.10−3 ρV = = = 8,87.103 kg m3 −27 23 VN A 0,0221.10 6,02.10 ⇒ ρV = 8,87.103 kg m3 ; 8,9.103 kg m3  Phù hợp với sở tính toán 2.3.3 Cấu trúc lập phương tâm khối I Cấu trúc kim loại kiềm (điển hình Na) nhiều kim loại chuyển tiếp α-Fe , Eu, V, Mo, W Trong mạng I, tập hợp không chặt sít nữa, quả cầu không sát lớp sát lớp Với chồng khít kiểu ABAB mạng chấp nhận ô mạng lập phương tâm khối, quả cầu tiếp xúc dọc đường chéo hình lập phương 4R 4R a = 4R ⇒ a = = 3 Số mắt Z: Z = 8.1/8 + = Số phối trí: E/E =[8] ( nhỏ so với kiểu F H ) Lớp: LL&PPDH Vật Lí K23_Nhóm Page Độ chặt sít P: Nhận xét: 4 Z π R3 π R3 P= 3 = =π = 0,68 a    4R ÷   - Giảm đồng thời độ chặt sít số phối trí chuyển từ ô mạng F H sang I; độ compac ô mạng lớn số phối trí lớn ngược lại - Dạng lập phương tâm khối có cấu trúc tương đối rỗng nên giòn dễ vỡ (V,Mo, W) Riêng kim loại kiềm, chúng có bán kính lớn so với nguyên tố khác đứng sau chu kỳ nên lực hút nguyên tử lân cận yếu Trong tinh thể nguyên tử liên kết với liên kết kim loại yếu, mà kim loại kiềm có: - Khối lượng riêng nhỏ ( 0,53 g cm3 Li đến 1,9 g cm3 Cs - Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi thấp Nhiệt độ nóng chảy nhỏ 2000 C - Độ cứng thấp (có thể dùng dao cắt) - Độ dẫn điện cao Hổng tinh thể học: Cũng mạng F mạng H, tập hợp mạng tâm khối có hổng xen kẽ Tuy nhiên, ngược với tập hợp F H, đa diện phối trí I không Các hổng B T bị biến dạng, gọi B’ ( N B′ = ) T’ ( NT ′ = 12 ) + Vị trí C hổng B’ có: Lớp: LL&PPDH Vật Lí K23_Nhóm Page 10 liên kết dài CA1 = CA2 = CA3 = CA4 = a (có vị trí tâm mặt) + Vị trí D hổng B’ có: a 2 liên kết ngắn CA5 = CA6 = liên kết dài: DA5 = DA6 =…= CA2 liên kết ngắn DA2 = DA3 = a/2 (có 12 vị trí trung điểm 12 cạnh) Như số hổng B’: NB’= 6.1/2 + 12.1/4=6 + Vị trí E hổng T’ + Số hổng T’: NT’ = 4.6.1/2 = 12 2.3.4 Cấu trúc lập phương đơn giản P Thông số ô mạng a = 2R Số phối trí E/E = Số mắt Z = Số hổng lập phương Nc = Độ chặt sít: πR π P= = = 0,52 (2 R)3 Trong thực tế đơn chất kết tinh dạng ô mạng lập phương đơn giản P Lớp: LL&PPDH Vật Lí K23_Nhóm Page 11 2.3.5 Cấu trúc kiểu kim cương D Đây cấu trúc điển hình đơn chất: Si, Ge, Sn với cấu hình lớp ns2np2 Mô tả mạng: Trong cấu trúc kim cương, nguyên tử cacbon chiếm đồng thời vị trí mạng lập phương tâm diện F nửa số hổng tứ diện Số phối trí: Vì số nguyên tử đặt hổng tứ diện T, số phối trí nguyên tử cacbon E/E=4 Số phối trí số phối trí nguyên tử ô mạng nguyên tử thuộc mạng F số phối trí thông thường [12] tập hợp Như vậy: Cấu trúc kim cương gồm tứ diện nối với đỉnh chung Số mắt: Z = + 8.1/8 + 6.1/2 =8 Thông số mạng: Từ hình mô tả mạng ta thấy khoảng cách ngắn nguyên tử cacbon (dc-c=2R) đường chéo lập phương d =a 3 → a = 4.2 R = 8R 3 Lớp: LL&PPDH Vật Lí K23_Nhóm Page 12 4 Z π R π R 3 = =π = 0,34 Độ chặt sít P: P = a 16 3 (8 R ) (Nhỏ cả mạng P I) Kim cương kết tinh hệ lập phương kiểu mạng lập phương tâm diện tập hợp không compac Giải thích: - Hổng T có kích thước giới hạn r / R ≤ 0, 225 (coi r bán kính quả cầu lớn lọt vào hổng T hay kích thước hổng T, R bán kính nguyên tử cacbon), nguyên tử cacbon xen vào lớn r / R = đẩy nguyên tử C chiếm vị trí thông thường mạng lập phương tâm diện xa, chúng không tiếp xúc với Hệ quả: Trong cấu trúc kiểu kim cương nguyên tử có số phối trí (liên kết với nguyên tử khác, liên kết cực đại đoán từ qui tắc bát tử: K=8-N cho nguyên tố có electron hóa trị) Vì nguyên tử nên độ âm điện, liên kết kim cương túy cộng hóa trị với góc C-C-C xác 109,47 0, giá trị đặc trưng cấu trúc tứ diện, tinh thể kim cương đại phân tử cộng hóa trị chiều Tính chất Vì electron cặp đôi nên kim cương chất cách điện nghịch từ Chỉ số khúc xạ cao Năng lượng liên kết lớn làm cho kim cương có nhiệt độ nóng chảy cao (> 35500 C), độ cứng 10 theo thang Mohs Tính giải thích sau: Năng lượng tia khả kiến không đủ mạnh để phá vỡ liên kết C-C để kích thích electron di chuyển tinh thể Các nguyên tố nhóm Si, Ge, không vậy; chúng nhạy với ánh sáng nên mờ đục có thể dẫn điện (được dùng làm chất bán dẫn); Sn có tính chất kim loại rõ rệt (dẫn điện, dẫn nhiệt) Nhiệt độ nóng chảy thiếc thấp (2700 C) 2.3.6 Cấu trúc grafit Grafit dạng lục phương cacbon, ví dụ hoàn hảo vật liệu chiều với bản chất cấu trúc lớp Lớp: LL&PPDH Vật Lí K23_Nhóm Page 13 Toàn tinh thể có thể mô tả gồm lớp cacbon xếp chồng lên Các nguyên tử cacbon lớp gần nằm mặt phẳng gồm mắt lục giác Hai lớp nguyên tử liền không tương ứng vị trí Các mắt lưới không đối diện Các lớp phân bố có qui luật, có thể mô tả sau: Lớp chịu tịnh tiến ngang đoạn độ lớn phương liên kết C-C (d1 =142pm) Lớp thứ tương ứng với lớp ban đầu + d1 = 142pm = 2R; góc C-C-C 1200 đặc trưng cho cấu trúc tam giác 2 ah sin 600 = ah 3 3d 3.2 R → ah = = = 142 = 246 pm 3 d1 = + Khoảng cách nguyên tử cacbon lớp cạnh lớn d2 =335pm, tỷ số ch = 2,73 lớn 1,633 nhiều chứng tỏ cấu trúc không chặt sít ah 2.3.7 Liên hệ loại liên kết hóa học kiểu cấu trúc Các đơn chất liên kết kim loại: + Kết tinh dạng mạng lập phương lục phương + Số phối trí lớn: ≥ + Độ chặt sít lớn Các đơn chất kim có dạng liên kết cộng hóa trị: + Cũng kết tinh dạng mạng lập phương lục phương Lớp: LL&PPDH Vật Lí K23_Nhóm Page 14 + Số phối trí nhỏ + Độ chặt sít nhỏ Nguyên nhân: Mỗi nguyên tử chất liên kết đồng cực có thể tạo thành số mối liên kết đồng cực tối đa K=8-N (N số hiệu phân nhóm bảng tuần hoàn, nguyên tố thuộc phân nhóm phụ nửa bên phải bảng hệ thống tuần hoàn; N 4, 5, 6, 7) Theo qui tắc bát tử ta dễ dàng nhận đặc điểm cấu trúc tinh thể nhiều đơn chất Ví dụ: Cấu trúc tinh thể hydrô halogen gồm phân tử chứa nguyên tử: Số mối liên kết K=8-7=1 Cấu trúc tinh thể nguyên tố thuộc phân nhóm phụ 6, phân tử chúng thường có dạng vòng kín lưu huỳnh dạng mạch selen Mỗi nguyên tử lưu huỳnh hay selen tạo thành mối liên kết đồng hóa trị + Cấu trúc lưu huỳnh: Phân tử gồm nguyên tử xếp mặt phẳng song song tạo thành phân tử S8 dạng vòng tầng: Các phân tử nối với lực yếu, lực Vandecvan + Cấu trúc selen: Lớp: LL&PPDH Vật Lí K23_Nhóm Page 15 Tương tự , nguyên tử thuộc phân nhóm phụ IV (C , Si , Ge , Sn) có khả xây dựng mối liên kết đồng cực với nguyên tử khác loại: Do mối liên kết đồng cực có hướng tạo với thành góc định Vì dạng liên kết nguyên tử thường có số phối trí thấp Khác với dạng liên kết đồng hóa trị, dạng liên kết kim loại định hướng Lực liên kết nguyên tử hướng phía với độ lớn (có đối xứng hình cầu) Vì thế, mạng tinh thể nó, nguyên tử kim loại có xu hướng tập họp quanh số lớn nguyên tử kế cận Xuất phát từ yếu tố hình học đơn tỉ số bán kính hạt 1:1 có thể thấy cấu trúc kim loại với dạng liên kết đạt đến số phối trí cao (thường 12) Về mặt liên kết không định hướng kim loại lại tương tự liên kết ion Nhưng tinh thể ion khác tinh thể kim loại chỗ: Lực liên kết ion lực tương tác ion trái dấu, số lượng anion cation đơn vị cấu trúc (công thức) xác định cân hóa trị, điện tích dương âm tinh thể kim loại vốn cân Cũng thế, nguyên tử nguyên tố có thể tạo thành hợp chất thành phần không cố định - Các hợp kim Những quan niệm thông thường cân hóa trị nguyên tố không cắt Lớp: LL&PPDH Vật Lí K23_Nhóm Page 16 nghĩa thành phần hóa học phần lớn hợp kim Thành phần chúng không tuân theo định luật cân hóa trị đơn giản có thể biến đổi giới hạn lớn Bảng tổng quát các đặc điểm mạng tinh thể kim loại Cấu trúc Số mắt Z Số phối trí Độ sít chặt Số hỏng B Số hỏng T Kim loại Lập phương đơn giản 0,52 _ _ Lập phương tâm khối 0,68 12 Kim loai kim, α-Fe, Eu, V, Mo… Lập phương tâm diện F 12 0,74 Cu, Ca, Sr, Ag, Au, Al, Ce, Th, Pb Lục phương compac 12 0,74 Be, Mg, Zn, Cd, Gd, Tm… Kiểu kim cương 0,34 _ _ Si, Ge, Sn Lớp: LL&PPDH Vật Lí K23_Nhóm Page 17 KẾT LUẬN Trong tinh thể, nguyên tử xắp xếp theo thứ tự, có mô típ lặp lặp lại, với liên kết giữ chúng chặt gần Mô hình tinh thể thường gồm có điểm ( đại diện cho nguyên tử), nối với đường kẻ mặt Có kiểu cấu trúc tinh thể: • Cấu trúc lập phương tâm diện F • Cấu trúc lục phương compac H • Cấu trúc lập phương tâm khối I • Cấu trúc đơn giản P • Cấu trúc kiểu kim cương D • Cấu trúc grafit G Nghiên cứu cấu trúc đơn chất tinh thể ta rút số kết luận sau: - Trong thực tế đơn chất kết tinh dạng ô mạng lập phương đơn giản P - Các hổng có vai trò quan trọng nhiều trường hợp Ví dụ: trình tạo thành hợp kim chuyển pha, điều kiện xác định, số nguyên tử nguyên tố hợp kim chiếm chỗ loại lỗ hổng khác mạng kim loại nền, chúng có kích thước phù hợp , kết quả dẫn đến thay đổi cấu trúc tính chất vật liệu - Cấu trúc lập phương tâm mặt cấu trúc lục phương khác tính đối xứng vĩ mô chúng, lập phương F lục phương H có hay lớp chồng Cả dều có độ chặt sít P=0,74 chung số phối trí 12 Cấu trúc dạng lập phương tâm diện tạo thành nhiều mặt phẳng trượt (các mặt phẳng chứa nguyên tử gần nhất) Đó mặt phẳng vuông góc với trục đối xứng bậc (bốn đường chéo lập phương) Nhờ trượt lên chúng mà có thể dát mỏng hay kéo dài kim loại Cấu trúc dạng lục phương có loại mặt phẳng trượt (mặt phẳng vuông góc với trục đối xứng bậc 6) nên khả dát mỏng kéo sợi chúng - Dạng lập phương tâm khối có cấu trúc tương đối rỗng nên giòn dễ vỡ (V,Mo, W) Riêng kim loại kiềm, chúng có bán kính lớn so vớicác nguyên tố khác đứng sau chu kỳ nên lực hút nguyên tử lân cận yếu Lớp: LL&PPDH Vật Lí K23_Nhóm Page 18 - Trong cấu trúc kim cương, electron cặp đôi nên kim cương chất cách điện nghịch từ Chỉ số khúc xạ cao Năng lượng liên kết lớn làm cho kim cương có nhiệt độ nóng chảy cao (> 3550 C), độ cứng 10 theo thang Mohs Tính giải thích sau: Năng lượng tia khả kiến không đủ mạnh để phá vỡ liên kết C-C để kích thích electron di chuyển tinh thể Kim cương có hai đặc điểm bản khác với loại tinh thể khác Một “ tính đối xứng tối đa”- tinh thể khác có thể xắp xếp lại để trở nên đối xứng kim cương không thể Kim cương có đặc điểm tương tự hình tròn hình cầu, tức nhìn từ phía Một tinh thể kim cương trông không khác biệt dù nhìn góc độ hay hướng Lớp: LL&PPDH Vật Lí K23_Nhóm Page 19 [...]... lục phương compac H • Cấu trúc lập phương tâm khối I • Cấu trúc đơn giản P • Cấu trúc kiểu kim cương D • Cấu trúc grafit G Nghiên cứu các cấu trúc đơn chất của tinh thể ta rút ra được một số kết luận sau: - Trong thực tế không có đơn chất nào kết tinh dạng ô mạng lập phương đơn giản P - Các hổng có vai trò quan trọng trong nhiều trường hợp Ví d : trong quá trình tạo thành hợp kim hoặc chuyển pha,... Lớp: LL&PPDH Vật Lí K23_Nhóm 5 Page 17 KẾT LUẬN Trong một tinh thể, các nguyên tử được xắp xếp theo thứ tự, có mô típ lặp đi lặp lại, với các liên kết giữ chúng chặt gần nhau Mô hình về tinh thể thường gồm có các điểm ( đại diện cho các nguyên tử), nối với nhau bằng các đường kẻ hoặc các mặt Có 6 kiểu cấu trúc của tinh thê : • Cấu trúc lập phương tâm diện F • Cấu trúc lục phương compac H • Cấu trúc. .. tế không có đơn chất nào kết tinh dạng ô mạng lập phương đơn giản P Lớp: LL&PPDH Vật Lí K23_Nhóm 5 Page 11 2.3.5 Cấu trúc kiểu kim cương D Đây là cấu trúc điển hình của các đơn chất: Si, Ge, Sn với cấu hình lớp ngoài ns2np2 Mô tả mạng: Trong cấu trúc kim cương, các nguyên tử cacbon chiếm đồng thời mọi vị trí của mạng lập phương tâm diện F và một nửa số hổng tứ diện của nó Số phối tr : Vì một số nguyên... điểm cấu trúc tinh thể của nhiều đơn chất Ví d : Cấu trúc tinh thể của hydrô và của các halogen gồm những phân tử chỉ chứa 2 nguyên t : Số mối liên kết K=8-7=1 Cấu trúc tinh thể của các nguyên tố thuộc phân nhóm phụ 6, những phân tử của chúng thường có dạng vòng kín ở lưu huỳnh và dạng mạch ở selen Mỗi nguyên tử lưu huỳnh hay selen chỉ tạo thành 2 mối liên kết đồng hóa trị + Cấu trúc của lưu huỳnh:... C-C-C là 1200 đặc trưng cho cấu trúc tam giác đều 2 2 3 ah sin 600 = ah 3 3 2 3d 3.2 R 3 → ah = 1 = = 142 = 246 pm 3 3 3 d1 = + Khoảng cách giữa các nguyên tử cacbon ở 2 lớp cạnh nhau là rất lớn d2 =335pm, tỷ số ch = 2,73 lớn hơn 1,633 nhiều chứng tỏ cấu trúc không chặt sít ah 2.3.7 Liên hệ giữa loại liên kết hóa học và kiểu cấu trúc Các đơn chất liên kết kim loại: + Kết tinh ở dạng mạng lập phương... lớn: ≥ 8 + Độ chặt sít lớn Các đơn chất á kim có dạng liên kết cộng hóa tr : + Cũng kết tinh ở dạng mạng lập phương và lục phương Lớp: LL&PPDH Vật Lí K23_Nhóm 5 Page 14 + Số phối trí nhỏ + Độ chặt sít nhỏ Nguyên nhân: Mỗi nguyên tử của chất liên kết đồng cực chỉ có thể tạo thành số mối liên kết đồng cực tối đa là K=8-N (N là số hiệu các phân nhóm của bảng tuần hoàn, đó là những nguyên tố thuộc các. .. trong tinh thể Các nguyên tố cùng nhóm như Si, Ge, không như vậy; chúng nhạy hơn với ánh sáng nên mờ đục và có thể dẫn điện (được dùng làm chất bán dẫn); Sn có tính chất kim loại rõ rệt (dẫn điện, dẫn nhiệt) Nhiệt độ nóng chảy của thiếc thấp (2700 C) 2.3.6 Cấu trúc grafit Grafit là một trong những dạng lục phương của cacbon, nó là ví dụ hoàn hảo về vật liệu 2 chiều với bản chất cấu trúc lớp Lớp: LL&PPDH... đặt ở các hổng tứ diện T, số phối trí của nguyên tử cacbon E/E=4 Số phối trí này là số phối trí của mọi nguyên tử của ô mạng vì những nguyên tử thuộc mạng F đã mất số phối trí thông thường [12] của nó ở tập hợp này Như vậy: Cấu trúc của kim cương gồm các tứ diện nối với nhau bởi các đỉnh chung Số mắt: Z = 4 + 8.1/8 + 6.1/2 =8 Thông số mạng: Từ hình mô tả mạng ta thấy khoảng cách ngắn nhất giữa các. .. chỗ trong các loại lỗ hổng 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 - Cấu trúc lập phương tâm mặt và cấu trúc lục phương thì khác nhau về tính đối xứng vĩ mô của chúng, lập phương đối với F và lục phương đối với H do có 2 hay 3 lớp chồng nhau Cả 2 dều có độ chặt sít P=0,74 và chung số phối trí 12 Cấu trúc dạng lập... cacbon), các nguyên tử cacbon xen vào ở đây quá lớn r / R = 1 sẽ đẩy các nguyên tử C chiếm các vị trí thông thường của mạng lập phương tâm diện ra xa, chúng không còn tiếp xúc với nhau nữa Hệ qu : Trong cấu trúc kiểu kim cương mọi nguyên tử đều có số phối trí bằng 4 (liên kết với 4 nguyên tử khác, là liên kết cực đại đoán được từ qui tắc bát t : K=8-N cho các nguyên tố có 4 electron hóa trị) Vì các nguyên