Phương pháp diễn tả cấu trúc tinh thể, số phối trí....

CHƯƠNG II: CẤU TRÚC TINH THỂ Giảng viên: PGS.TS Trương Minh Đức Lớp: Cao học VLLT & VLT Khóa: 23 Nhóm thực hiện: Nhóm DANH SÁCH NHĨM 4 Ngơ Thị Anh Trần Văn Hậu Nguyễn Thị Quỳnh Oanh Nguyễn Viết Minh Trí Phan Xn Hòa Nguyễn Thị Huyền Trang 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 Trong tinh thể học thường dùng quy tắc cầu chồng khít CHƯƠNG II CẤU TRÚC TINH THỂ 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 sít Có kiểu xếp khít: • Xếp khít lục phương (ABABA…) • Xếp khít lập phương (ABCABCAB….) Lớp thứ nhất: Trên mặt phẳng cầu xếp khít cầu tiếp giáp với tất cầu khác xung quanh ⇒ vị trí A A C A B B B BA A A A CA BB A C Có sáu vò trí hõm vào lớp thứ thuộc hai loại B C Lớp thứ hai: 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 - Lớp thứ 3: Có cách xếp: + Cách 1: Đặt cầu lên vị trí A, lớp B tạo thành lớp liên tiếp ABABAB… (nghĩa chu kì lặp lại 2) ⇒ Đó kiểu xếp cầu lục phương + Cách 2: Đặt cầu lên vị trí C, lớp A tạo thành lớp liên tiếp ABCABC … (nghĩa chu kì lặp lại 3) ⇒ Đó kiểu xếp cầu lập phương A tâm mặt A A B A A C B A C B A A B A B A A B A C A A CẤU TRÚC KIỂU LỤC GIÁC XẾP CHẶT B A B B A B B A B A A B A B B A B A A B A B B A B A A B A B B A B A A B A B B A B A A B A A B A MẠNG LỤC PHƯƠNG CHẶT KHÍT A A B A B B A Lơc ph ¬ng chỈt khÝt 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 [...]... số ngun tử của ngun tố hợp kim chiếm 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 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. .. phép xếp cầu cũng mơ tả được các cấu trúc của hợp chất phân tử ở chừng mực nhất định (phân tử xem như dạng cầu) Ý nghĩa của ngun lý xếp cầu - Cho ta khái niệm về sự phân bố của các anion - Biết được quy luật phân bố của cation trong cấu trúc và mức độ chứa đầy cation trong khơng gian - Xác định cấu trúc của các hợp chất mới Hạn chế: - Phương pháp này kém chính xác, vì các hạt cấu trúc khơng thực sự là... 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 phương tâm... 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 sở: 12.1/4 + 1.1 = 4 Số phân tử NaCl trong một ơ cơ sở là 4 a) Có: 2.(r Na+... phương Ni+ chiếm hổng bát diện Cation chiếm hết các hổng bát diện Tỉ số Cation : Anion = 1 : 1 Cation chiếm các hổng tứ diện (số hổng tứ diện chỉ bị chiếm một nữa) Ngồi ra các Cation còn chiếm ½ số hổng tứ diện bằng cách khác Cấu trúc đa dạng Tỉ số Cation : Anion = 1 : 2 Các Anion được sắp xếp theo 1 trong 2 kiểu xếp cầu Số cation chiếm ½ số hổng bát diện: - 1 dãy hổng chứa cation xen kẻ với 1 dãy trống... TRONG HAI KIỂU XẾP CẦU B Hệ số lấp đầy của mạng tinh thể  Cơng thức : Thể tích vật chất chứa trong ô mạn g P= Thể tích ô mạn g  Mạng lập phương tâm mặt : + Số quả cầu trong một ơ cơ sở là : 6 1/2 + 8 1/8 = 4 + Hệ số lấp đầy (Độ đặc sít): 4 4 a 2 3 3 4 π R 4 π ( ) P= 33 = 3 34 = 0, 74 a a 2.1.2 CÁC HỔNG TRONG HAI KIỂU XẾP CẦU B Hệ số lấp đầy của mạng tinh thể  Mạng lập phương tâm khối : a a 2 a 3... 2.1.3 Kích thước các hổng  Biểu diễn hổng bát diện: Kích thước hổng bát diện: 2 2R = a 2 a R+r = 2 (3) (4) Từ (3) vào (4) ta có: 2R R+r = 2 2 ⇔ r = R( − 1) = 0, 41R 2 Ứng dụng • Ví dụ 1 : 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... cầu được áp dụng để mơ tả các hợp chất ion Các Cation và Anion được xem như các quả cầu xếp khít nhau, RAnion thường lớn hơn RCation Các cation kích thước bé nằm ở các hổng Tùy trường hợp mà các cation có các phương thức chiếm các hổng riêng Ví dụ 1: Trong tinh thể NaCl Cl- xếp theo kiểu lập phương Na+ chiếm số hổng bát diện Ví dụ 2: Trong nikelin (NiAs) As- xếp theo kiểu lục phương Ni+ chiếm hổng bát...CẤU TRÚC KIỂU LẬP PHƯƠNG TÂM MẶT A B C A B A A A C C B A A MẠNG LẬP PHƯƠNG TÂM MẶT 2.1.2 CÁC HỔNG TRONG HAI KIỂU XẾP CẦU A 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%... bát diện thành từng lớp Tỉ số Cation : Anion = 2 : 3 - Các Cation chiếm 2/3 số hổng bát diện do các Anion tạo thành Ví dụ: Al2O3 xếp theo kiểu: Dọc theo các dãy hổng bát diện, cứ một hổng chứa Al3+ lại xen kẽ với 2 hổng trống Tỉ số Cation : Anion = 2 : 1 - Các Cation chiếm các hổng tứ diện do các Anion tạo thành Ví dụ: Li2O; Na2O - Phép xếp cầu cũng mơ tả được các cấu trúc phức tạp của silicat - Ngồi