Vật liệu học Vật liệu học

Vật liệu học VT 1/2011 Cấu trúc chương trình 1: Đại cương tinh thể 2: Một số loại giản đồ pha 3: Tính chất vật liệu 4: Một số loại vật liệu Đại cương tinh thể Trạng thái rắn • Chất rắn tinh thể chất rắn vơ định hình • Chất rắn tinh thể + Có khả năng tự kết tinh thành các hạt nhiều mặt,  nhiều cạnh, nhiều chóp.  +  Góc tạo bởi hai mặt tương ứng của tinh thể ln ln  có giá trị khơng đổi +  Bên trong tinh thể các ngun tử, phân tử, ion được  phân bố một cách tuần hòan theo những quy luật nhất  định tạo thành mạng lưới khơng gian đều đặn +  Nhiệt độ nóng chảy của tinh thể xác định và khơng  thay đổi trong suốt q trình nóng chảy +  Có tính định hướng HUI© 2006 General Chemistry: Slide of 48 • Chất rắn vơ định hình + Khơng có khả kết tinh thành tinh thể có hình dạng xác định + Các cấu tử xếp hỗn độn + Khơng có nhiệt độ nóng chảy định + Khơng có tính định hướng HUI© 2006 General Chemistry: Slide of 48 Mạng tinh thể • Mạng tinh thể tập hợp vơ hạn nút (ngun tử, phân tử ion) xếp theo trật tự định • sở: Là mạng tinh thể nhỏ mà cách tịnh tiến theo hướng ba trục tinh thể ta thu tồn tinh thể Mạng tinh thể sở z E B C c β a A x F α O b G γ D y Thơng số mạng z c β a x α γ b y  Mỗi ô mạng sở tương ứng với hình hộp có thông số mạng gồm độ dài a, b, c độ lớn góc α, β, γ Dựa vào cạnh góc ô mạng sở, chia hệ tinh thể nguyên thuỷ gọi mạng lưới Brave đơn giản Hệ tinh thể Đặc điểm hình dạng Tương quan thông số mạng Các cạnh Các góc a=b=c α = β = γ = 900 a = b, c α = β = γ = 900 Lăng trụ thẳng, đáy chữ nhật a, b, c α = β = γ = 900 Một nghiêng (Đơn tà) Mặt thoi Lăng trụ nghiêng, đáy chữ nhật a, b, c α = γ = 900, β ≠ 900 Sáu phương Lăng trụ thẳng, đáy hình thoi (2 góc đỉnh 600) Khối hộp Lập phương Khối lập phương Bốn phương Lăng trụ thẳng, đáy vuông Trực thoi Ba nghiêng Các mặt hình thoi a=b=c a = b, c a≠b≠c α = β = γ ≠ 900 α = β = 900 γ = 1200 α ≠ β ≠ γ ≠ 900 Mạng tinh thể Hệ tinh thể Ba nghiên g đơn giản tâm đáy đơn giản tâm đáy Một nghiê ng Trực thoi tâm khối tâm mặt Mạng lưới tinh thể ion • Được tạo thành từ ion ngược dấu ln phiên nằm nút mạng liên kết với lực hút tĩnh điện NaCl: HUI© 2006 General Chemistry: Slide 57 of 48 HUI© 2006 General Chemistry: Slide 58 of 48 • Độ bền mạng lưới tinh thể đặc trưng • U (năng lượng mạng lưới tinh thể) + − NMe Z Z U =− (1 − / n) ro N số Avogadro, M: số Madelung, e điện tích electron, Z điện tích dương âm, ro khoảng cách ngắn ion, n hệ số borh (9-10) HUI© 2006 General Chemistry: Slide 59 of 48 Mạng kim loại Được đặc trưng ion dương nằm nút mạng liên kết chúng liên kết kim lọai HUI© 2006 General Chemistry: Slide 60 of 48 CaF2 Một số dạng khác Các khuyết tật mạng tinh thể Các ký hiệu điện tích • • • • • Nếu M ngun tử nằm vị trí M: MM X ngun tử nằm vị trí X: XX Ngun tử M (X) nằm vị trí xen kẽ: Mi* (Xi’) Khuyết vị trí M (X): V’M , VX* M (X) nằm vị trí X (M): MX**(XM’’) • L (Y) kim loại (phi kim) hóa trị nằm vị trí M: LM* (YX’) • Dương 1: *, dương 2:**, âm 1: ’, âm 2: ” Sự trật tự vật liệu Mất trật tự kiểu Schottky trất tự kiểu lỗ trống Mất trật tự kiểu Frenken trật tự kiểu xen kẽ • MX=> VM’ + VX* Kiểu Schottky • MX=> Mi* + Xi’ Kiểu Frenken • MX => Mi* + VM’ Frenken cation • MX => Xi’ + VX* Frenken anion Ngun tắc: • Đảm bảo kiểu mạng, kiểu nút cation – anion tinh thể • Trung hòa điện • Tn theo quy luật phản ứng hóa học VD: NaCl có phụ gia CaCl2 tham gia vào mạng Như vậy: Ca2+ thay cho Na+: CaCl2 => CaNa* +2ClCl + VNa’ Bài tập • Xác định chế hình thành nút trống sau theo Schottky Frenken : Thêm LiCl vào CaCl2 Thêm CaCl2 vào LiCl Thêm Al2O3 vào SiO2 Thêm Al2O3 vào NiO Bài tập • Viết chế trật tự lớp chất sau: Một oxi trống MgO Một ion Ca2+ thay cho Ba2+ BaCl2 Một ion Na+ thay cho Ba2+ BaCl2 Các tập Giả sử có X3+ thay Mg2+ MgO • a, Viết phương trình cấu trúc cho thay • b, Nếu tỉ lệ X3+/Mg2+ =0,25 Tính tỉ lệ số cation/ số anion Kiểm tra 15p • Xác định chế hình thành nút trống sau theo Schottky Frenken : Thêm BaCl2 vào CaCl2 Thêm CaCl2 vào AlCl3 Thêm SiO2 vào Al2O3 Thêm NiO vào Al2O3 Giải Giải: a, 2XMg* + VMg’’  b, 100Mg2+ có 25X3+ +12,5VMg => tổng số cation 125 100Mg2+ => 100O225X3+ => 37,5O2⇒Tổng anion = 137,5 ⇒ Tỉ số cation/anion = 125/137,5 = 0,91 ...Cấu trúc chương trình 1: Đại cương tinh thể 2: Một số loại giản đồ pha 3: Tính chất vật liệu 4: Một số loại vật liệu Đại cương tinh thể Trạng thái rắn • Chất rắn tinh thể chất rắn vơ định hình •