cấu trúc tinh thể, Liên hệ giữa loại liên kết hóa học và kiểu cấu trúc,

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HUẾ KHOA VẬT LÝ VẬT LÝ TINH THỂ NHÓM GVHD PGS TS Trương Minh Đức Huỳnh Lê Hiếu Thảo Trần Thị Hà Thu Trịnh Thị Triều Lê Thị Viên Nguyễn Thị Phương Phương NỘI DUNG CHÍNH Cấu trúc lập phương tâm diện F Cấu trúc lục phương compac H Cấu trúc lập phương tâm khối I Cấu trúc lập phương đơn giản P Cấu trúc kiểu kim cương D Cấu trúc grafit G Liên hệ giữa loại liên kết hóa học và kiểu cấu trúc Kết luận Cấu trúc lập phương tâm diện F Cấu trúc điển hình đồng, ngồi cịn 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 (mọi khí quí trạng thái rắn) Cấu trúc lập phương tâm diện F Các nguyên tử đặt đỉnh tâm mặt hình lập phương với thơng số a Các mặt phẳng hình cầu tiếp xúc F xếp chồng vng góc với đường chéo lập phương hay L3 Cấu trúc lập phương tâm diện F Xét mặt đáy lập phương, nguyên tử hay cầu tiếp xúc theo đường chéo mặt lập phương aF aF aF = R 4R ⇒ aF = = 2R Cấu trúc lập phương tâm diện F Số phối trí [x]: A/A = [12] Số mắt Z : Z=8.1/8 + 6.1/2 =4 Độ chặt sít 4 16 Z πR πR πR π P= 33 = = = ≈ 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) Cấu trúc lập phương tâm diện F Hổng bát diện (B) tạo nên cầu Nối tâm cầu ta hình bát diện Hổng (B) nằm tâm lập phương trung điểm cạnh Số hổng B : N B = + 12 / = Cấu trúc lập phương tâm diện F Hổng tứ diện (T) tạo nên cầu Nối tâm cầu ta hình tứ diện Hổng tứ diện (T) nằm tâm lập phương hay nằm đường chéo lập phương Số hổng T là: NT = 8.1 = ( 4L3 ) Cấu trúc lập phương tâm diện F 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= a F lớn đặt vào hổng giá bán kính cầu Kích thước hổng T, B đánh 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: π R3 π P= = = 0,52 (2 R ) Trong thực tế đơn chất kết tinh dạng mạng lập phương đơn giản P Cấu trúc grafit G Trong mặt phẳng, nguyên tử C liên kết với liên kết cộng hóa trị carbon-carbon bền, liên kết mặt phẳng liên kết yếu khiến cho trượt lên tách có lực tác động từ Khoảng cách nguyên tử C với nguyên tử C mặt phẳng nhau, 0,142 nm, với nguyên tử C cịn lại 0,335 nm, khoảng cách lớp graphit Cấu trúc grafit G • Các nguyên tử cacbon lớp gần nằm mặt phẳng gồm mắt lục giác • Hai lớp nguyên tử liền khơng tương ứng vị trí • • Các mắt lưới không đối diện Các lớp phân bố có qui luật, mơ tả sau: Lớp chịu sự tịnh tiến ngang đoạn độ lớn phương liên kết C-C (d1 =142pm) Lớp thứ tương ứng với lớp ban đầu Cấu trúc grafit G B + d1 = 142pm = 2R; góc C-C-C 120 đặc trưng cho cấu A trúc tam giác C B A d1 C Cấu trúc grafit G + Khoảng cách nguyên tử cacbon lớp cạnh lớn d2 =335pm  Tỷ số lớn 1,633 nhiều chứng tỏ cấu trúc khơng chặt sít Cấu trúc grafit G • Liên kết lớp yếu, có chất tương tự liên kết Van – dec – van • Liên kết nguyên tử lớp bền Liên hệ giữa loại liên kết hóa học và kiểu cấu trúc Các đơn chất liên kết kim loại Các đơn chất kim có dạng liên kết cộng hóa tri Dạng kết tinh mạng lập phương lục mạng lập phương lục phương phương Số phối tri lớn (≥ 8) nhỏ Độ chặt sit lớn nhỏ Liên hệ giữa loại liên kết hóa học và kiểu cấu trúc Nguyên nhân: Mỗi nguyên tử chất liên kết đồng cực tạo thành số mối liên kết đồng cực tối đa K=8-N (N số hiệu phân nhóm bảng tuần hồn, 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 Liên hệ giữa loại liên kết hóa học và kiểu cấu trúc 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 vịng kín lưu huỳnh dạng mạch selen Mỗi nguyên tử lưu huỳnh hay selen tạo thành mối liên kết đồng hóa trị Liên hệ giữa loại liên kết hóa học và kiểu cấu trúc + Cấu trúc lưu huỳnh: Phân tử gồm nguyên tử xếp mặt phẳng song song tạo thành phân tử S dạng vòng tầng: Các phân tử nối với lực yếu, lực Vandecvan Liên hệ giữa loại liên kết hóa học và kiểu cấu trúc + Cấu trúc selen: Liên hệ giữa loại liên kết hóa học và kiểu cấu trúc 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 Liên hệ giữa loại liên kết hóa học và kiểu cấu trúc Khác với dạng liên kết đồng hóa trị, dạng liên kết kim loại khơng có 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 thấy cấu trúc kim loại với dạng liên kết đạt đến số phối trí cao (thường 12) Cũng thế, nguyên tử nguyên tố tạo thành hợp chất thành phần không cố định Các hợp kim Kết luận - Trong tinh thể, nguyên tử xắp xếp theo thứ tự, có mơ típ lặp lặp lại, với liên kết giữ chúng chặt gần Mơ hình tinh thể thường gồm có điểm ( đại diện cho nguyên tử), nối với đường kẻ mặt - Các hổng có vai trị quan trọng nhiều trường hợp Ví dụ: q 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 dẫn đến thay đổi cấu trúc tính chất vật liệu - 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 Kết luận - Cấu trúc lập phương tâm mặt cấu trúc lục phương khác tính đối xứng vĩ mơ 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 vng góc với trục đối xứng bậc (bốn đường chéo lập phương) Nhờ sự trượt lên chúng mà dát mỏng hay kéo dài kim loại Cấu trúc dạng lục phương có loại mặt phẳng trượt (mặt phẳng vng góc với trục đối xứng bậc 6) nên khả dát mỏng kéo sợi chúng Kết luận - 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 khác với loại tinh thể khác Một “ tính đối xứng tối đa”- tinh thể khác xắp xếp lại để trở nên đối xứng kim cương khơng thể Kim cương có đặc điểm tương tự hình trịn hình cầu, tức nhìn từ phía Một tinh thể kim cương trông không khác biệt dù nhìn góc độ hay hướng