Giao trinh bai tap chương 2 động lực học chất điểm

Chương II : TRẠNG THÁI RẮN II.1 CHẤT TINH THỂ VÀ CHẤT VÔ ĐỊNH HÌNH 1.Chất tinh thể: Chất tinh thể có tiểu phân xếp trật tự theo quy luật lặp lặp lại nghiêm ngặt toàn tinh thể Do chất tinh thể có: - cấu trúc hình dáng xác đònh - có trật tự xa - có tính dò hướng - có nhiệt độ nóng chảy xác đònh SiO2 (Cristobalite) Chất vô đònh hình: Chất vô đònh hình có cấu trúc gần cấu trúc chất lỏng SiO2 Vô đònh hình Do chất vô đònh hình có: - Cấu trúc hình dáng không xác đònh - Có trật tự gần - Có tính đẳng hướng - Có nhiệt độ nóng chảy không xác đònh Kết luận:Trạng thái tinh thể bền trạng thái vô đònh hình Đơn tinh thể đa tinh thể a) Đơn tinh thể : Là tinh thể hòan chỉnh Ví dụ: Viên kim cương Tinh thể phèn nhôm -kali b) Đa tinh thể: Tập hợp tinh thể nhỏ, kết tinh chồng chất lên chèn ép nhau.Tuy nhiên, thông số mạng tinh thể không bò thay đổi Trong tự nhiên chất thường nằm dạng đa tinh thể Rất gặp đơn tinh thể tự nhiên II.2 HỆ TINH THỂ Các yếu tố đối xứng tinh thể a) Tâm đối xứng điểm tất đoạn thẳng nối từ điểm bề mặt sang bề mặt tinh thể qua b) Mặt phẳng đối xứng mặt phẳng phân chia tinh thể làm hai phần mà phần ảnh phần gương c) Trục đối xứng đường thẳng mà quay tinh thể xung quanh 360o tinh thể trùng với hình n lần, n gọi bậc trục (Hình bên có trục đối xứng bậc (L4) Cấu tạo bên tinh thể Mạng tinh thể tạo thành từ mặt mạng Điểm giao mặt mạng nút mạng Mặt mạng (a) mạng tinh thể với ô bản(b) Ô hình khối nhỏ tạo nên mạng tinh thể Mỗi ô đặc trưng giá trò cạnh (a,b,c) góc (α, β, γ) Mỗi chất có ô với giá trò cạnh góc xác đònh, chúng thông số ô mạng tinh thể Các tiểu phần (ion, nguyên tử, phân tử) phân bố nút mạng CsCl Ar I2 Các hệ tinh thể ô mạng sở chúng Mạng tinh thể có tối thiểu yếu tố đối xứng Có tất 32 tổ hợp yếu tố đối xứng ứng với 32 lớp tinh thể 32 lớp tinh thể quy hệ tinh thể Đó là: Hệ tam tà (triclinic) có tâm đối xứng Không có trục mặt đối xứng a ≠ b ≠ c ; α ≠ β ≠ γ ≠ 90o K2Cr2O7; CuSO4.5H2O Hệ đơn tà (monoclinic) có trục đối xứng bậc mặt phẳng đối xứng có hai yếu tố đối xứng a ≠ b ≠ c ; α = γ = 90o; β ≠ 90o Lưu huỳnh đơn tà (Sβ), thạch cao (CaSO4.2H2O) Hệ tà phương (orthorhombic) có vài trục đối xứng bậc vài mặt phẳng đối xứng hai yếu tố đối xứng a ≠ b ≠ c ; α = β = γ = 90o Lưu huỳnh tà phương (Sα), baritin (BaSO4) Hệ tam phương (rhombohedral) có trục đối xứng bậc a = b = c ; α = β = γ ≠ 90o Canxit (CaCO3), NaIO4.3H2O Hệ tứ phương (tetragonal) có trục đối xứng bậc bốn a = b ≠ c ; α = β = γ = 90o SnO2, CaWO4 Hệ lục phương (hexagonal) có trục đối xứng bậc a = b ≠ c ; α = β = 90o , γ = 120o Thạch anh (SiO2), nephelin (NaAlSiO4) Hệ lập phương (cubic) có trục đối xứng bậc bốn a = b = c ; α = β = γ = 90o NaCl, CaF2 II.3 CÁC KIỂU MẠNG TINH THỂ 1.Số phối trí Số phối trí số tiểu phần bao quanh gần tiểu phần trung tâm Các kiểu mạng tinh thể Dựa tiểu phần nút mạng lực liên kết chúng, người ta phân chia tinh thể thành bốn kiểu mạng tinh thể : mạng nguyên tử, mạng phân tử, mạng ion mạng kim loại Mạng phân tử gồm phân tử hút lực Van der Waals XeF2 XeF4 Argon (Ar) Chất có mạng phân tử thường có độ cứng thấp, nhiệt độ nóng chảy thấp, số tan nhiều dung môi không cực, tan dung môi có cực Số phối trí tính số tiểu phần phân bố xung quanh tiểu phần trung tâm Ar có số phối trí 12 Phân tử XeF2 XeF4 có số phối trí Mạng nguyên tử tạo thành từ nguyên tử Các nguyên tử liên kết với lực liên kết cộng hóa trò theo chiều không gian Quy luật phân bố nguyên tử mạng tinh thể đònh kiểu lai hóa orbitan nguyên tử Kim Cương ZnS SiO2 Mạng nguyên tử bền, cứng, nhiệt độ nóng chảy cao, khó bay không tan loại dung môi Số phối trí nguyên tử số liên kết cộng hóa trò σ có với nguyên tử xung quanh ZnS : Zn S có số phối trí (sp3) SiO2: Si có phối trí 4(sp3), O có số phối trí 2(sp) Kim cương C có số phối trí 4(sp3) Mạng ion tạo thành từ ion ngược dấu nằm nút mạng Các ion hút lực hút tónh điện Hợp chất ion có nhiệt độ nóng chảy cao, khó bay hơi, cứng, số lớn dễ tan nước tạo thành ion bò hydrat hóa Có tính dẫn điện trạng thái nóng chảy dung dòch điện ly K2[TiCl6] Số phối trí số tiểu phần bao quanh tiểu phần trung tâm NaCl: Na Cl có số phối trí CsCl: Cs Cl có số phối trí K2[TiCl6]: K có số phối trí (tiểu phần phối trí ion phức hexaclorotitanat(IV)) Ti có số phối trí tiểu phần phối trí Cl) Mạng kim loại đặc trưng ion dương nằm nút mạng tinh thể có liên kết kim loại chúng Các kim loại hợp kim có loại mạng Có ánh kim, dễ dát mỏng, kéo dài, dẫn điện dẫn nhiệt tốt, đa số cứng Na Cu Mg Số phối trí tính số nguyên tử kim lọai bao quanh Na Có số phối trí Cu có số phối trí 12 Mg có số phối trí 12 10 Các kiểu cấu trúc tinh thể Dựa vào đặc điểm liên kết khoảng cách tiểu phần, người ta phân chia tinh thể thành kiểu cấu trúc tinh thể: cấu trúc phối trí, cấu trúc đảo, cấu trúc mạch cấu trúc lớp Cấu trúc phối trí có đặc trưng tiểu phân bao quanh số tiểu phần đơn (nguyên tử, ion đơn) liên kết mạnh Thuộc loại cấu trúc có mạng nguyên tử , mạng ion mạng kim loại Ví dụ: Kim cương, SiO2, NaCl , Mg… Cấu trúc đảo có đặc trưng nút mạng có phân tử hay ion phức tạp liên kết với tiểu phân xung quanh lực Van der Waals hay lực hút tónh điện Thuộc loại cấu trúc có mạng phân tử mạng ion có ion phức tạp Ví dụ: K2[TiCl6], XeF4, Ar… 11 Cấu trúc lớp có đặc trưng tạo liên kết cộng hóa trò theo hai chiều không gian Các lớp liên kết với nhờ lực Van Der Waals Granit, CdI2, Al(OH)3, Pd(CN)2…Trong tinh thể có thêm lọai liên kết khác liên kết ion, liên kết hydro… AB2 Al(OH)3 AB3 12 Cấu trúc mạch có đặc trưng tạo liên kết cộng hóa trò theo hướng không gian Các mạch liên kết với liên kết Van Der Waals Trong tinh thể có thê có thêm lọai liên kết khác liên kết ion, liên kết hydro… PdCl2 AB2 MgCl2.2H2O AB4 CaCrF5 TLTK :Dr S.J Heyes http://www.chem.ox.ac.uk/icl/heyes/structure_of_solids/strucsol.html 13 II.4 TINH THỂ THỰC VÀ KHUYẾT TẬT CẤU TRÚC Tinh thể lý tưởng Tinh thể lý tưởng tinh thể : - Sự xếp tiểu phần có tính tuần hòan không gian nghiêm ngặt - khuyết tật cấu trúc Các đơn tinh thể coi tinh thể lý tưởng Tinh thể thực Tinh thể thực tinh thể: -Tính tuần hòan không gian xếp tiểu phân bò vi phạm - Có khuyết tật cấu trúc Các đa tinh thể tinh thể thực Các kiểu khuyết tật cấu trúc Khuyết tật điểm gồm hai lọai: + Khuyết tật lỗ trống Nút mạng trống + Khuyết tật xen kẽ Tiểu phân phân bố nút mạng hay tiểu phân lạ thay tiểu phân nút mạng 14 Khuyết tật đường (lệch): Đầu biên mặt mạng bò đứt cụt tinh thể (Ví dụ: đường AB) Khuyết tật bề mặt:Là hệ khuết tật điểm khuyết tật đường, thể mặt tinh thể hay biên giới hai tinh thể II.5 HIỆN TƯNG ĐA HÌNH Hiện tượng đa hình tượng chất (đơn chất hay hợp chất) tồn nhiều dạng tinh thể khác Ví dụ: Carbon có đa hình: Kim cương, grafit, carbin Oxyhydroxyt sắt(III) có đa hình: α - FeOOH, β - FeOOH γ - FeOOH Kim cương grafit Nhiệt độ chuyển hóa đa hình: Là nhiệt độ co chuyển từ đa hình sang đa hình khác 15 Sự chuyển hóa hỗ biến: Là chuyển hóa thuận nghòch hai đa hình nhiệt độ chuyển hóa.(áp suất không đổi) Ví dụ Sđơn tà ⇌ Stà phương to = 95,5oC Sự chuyển hóa đơn biến: Là chuyển hóa bất thuận nghòch hai đa hình Ví dụ: Kim cương → grafit II.6 HIỆN TƯNG ĐỒNG HÌNH VÀ DUNG DỊCH RẮN 1.Hiện tượng đồng hình: Các chất khác có lọai tinh thể đồng thời kết tinh tạo thành lọai tinh thể tiểu phần chúng thay lẫn cho Sản phẩm thu dung dòch rắn thay 16 Ví dụ: Olivin dung dòch rắn thay Fe2SiO4 Mg2SiO4 Sơ đồ mạng tinh thể dung dòch rắn FeMgSiO4 Olivin vòng tròn đỏ Fe2+, vòng xanh nhạt Mg2+, vòng xanh lớn O2-, Si+4 nằm tâm tứ diện ion O2- 2.Dung dòch rắn: Là chất rắn có mạng tinh thể tạo thành tiểu phần hai hay nhiều chất , mà tiểu phần xếp vô trật tự 17 Dung dòch rắn thay thế: Tiểu phần thay nút mạng Điều kiện tạo dung dòch rắn thay thế: - Các lọai tiểu phần phải có kích thước gần - Có tính chất hóa học gần giống Ví dụ: dung dòch rắn Zn – Cu, Dung dòch rắn KCl – KBr… Dung dòch rắn xâm nhập: Tiểu phần xâm nhập vào nút mạng Điều kiện tạo thành dung dòch rắn xâm nhập: Kích thước tiểu phần xâm nhập nhỏ so với kích thước tiểu phần mạng tinh thể Ví dụ: dung dòch rắn xâm nhập hydro kim lọai quý (Pt, Pd…) 18 19 [...]... bằng lực Van der Waals hay lực hút tónh điện Thuộc loại cấu trúc này có mạng phân tử và mạng ion có ion phức tạp Ví dụ: K2[TiCl6], XeF4, Ar… 11 Cấu trúc lớp có đặc trưng là tạo liên kết cộng hóa trò theo hai chiều trong không gian Các lớp liên kết với nhau nhờ lực Van Der Waals Granit, CdI2, Al(OH)3, Pd(CN )2 Trong tinh thể có thể có thêm các lọai liên kết khác như liên kết ion, liên kết hydro… AB2 Al(OH)3... thêm các lọai liên kết khác như liên kết ion, liên kết hydro… AB2 Al(OH)3 AB3 12 Cấu trúc mạch có đặc trưng tạo liên kết cộng hóa trò theo một hướng trong không gian Các mạch này liên kết với nhau bằng liên kết Van Der Waals Trong tinh thể có thê có thêm các lọai liên kết khác như liên kết ion, liên kết hydro… PdCl2 AB2 MgCl2.2H2O AB4 CaCrF5 TLTK :Dr S.J Heyes http://www.chem.ox.ac.uk/icl/heyes/structure_of_solids/strucsol.html... hình: Các chất khác nhau có cùng lọai tinh thể có thể đồng thời kết tinh tạo thành một lọai tinh thể trong đó các tiểu phần của chúng thay thế lẫn cho nhau Sản phẩm thu được là một dung dòch rắn thay thế 16 Ví dụ: Olivin là dung dòch rắn thay thế giữa Fe2SiO4 và Mg2SiO4 Sơ đồ mạng tinh thể dung dòch rắn FeMgSiO4 của Olivin trong đó vòng tròn đỏ là Fe2+, vòng xanh nhạt là Mg2+, vòng xanh lớn là O2-, còn... Si+4 nằm trong tâm tứ diện của 4 ion O2- 2. Dung dòch rắn: Là chất rắn có mạng tinh thể được tạo thành bởi tiểu phần của hai hay nhiều chất , mà các tiểu phần này sắp xếp vô trật tự đối với nhau 17 Dung dòch rắn thay thế: Tiểu phần thay thế nhau ở nút mạng Điều kiện tạo dung dòch rắn thay thế: - Các lọai tiểu phần phải có kích thước gần bằng nhau - Có tính chất hóa học gần giống nhau Ví dụ: dung dòch... (lệch): Đầu biên của một mặt mạng bò đứt cụt trong tinh thể (Ví dụ: đường AB) Khuyết tật bề mặt:Là hệ quả của khuết tật điểm và khuyết tật đường, thể hiện trên mặt tinh thể hay trên biên giới giữa hai tinh thể II.5 HIỆN TƯNG ĐA HÌNH Hiện tượng đa hình là hiện tượng một chất (đơn chất hay hợp chất) có thể tồn tại dưới nhiều dạng tinh thể khác nhau Ví dụ: Carbon có 3 đa hình: Kim cương, grafit, carbin Oxyhydroxyt... nghiêm ngặt - không có khuyết tật cấu trúc Các đơn tinh thể có thể được coi là tinh thể lý tưởng 2 Tinh thể thực Tinh thể thực là tinh thể: -Tính tuần hòan không gian của sự sắp xếp các tiểu phân luôn bò vi phạm - Có khuyết tật cấu trúc Các đa tinh thể là các tinh thể thực 3 Các kiểu khuyết tật cấu trúc Khuyết tật điểm gồm hai lọai: + Khuyết tật lỗ trống Nút mạng trống + Khuyết tật xen kẽ Tiểu phân phân... vào đặc điểm liên kết và khoảng cách giữa các tiểu phần, người ta phân chia các tinh thể thành 4 kiểu cấu trúc tinh thể: cấu trúc phối trí, cấu trúc đảo, cấu trúc mạch và cấu trúc lớp Cấu trúc phối trí có đặc trưng là mỗi tiểu phân được bao quanh bởi số tiểu phần đơn (nguyên tử, ion đơn) bằng liên kết mạnh Thuộc loại cấu trúc này có mạng nguyên tử , mạng ion và mạng kim loại Ví dụ: Kim cương, SiO2, NaCl ... Olivin vòng tròn đỏ Fe2+, vòng xanh nhạt Mg2+, vòng xanh lớn O2-, Si+4 nằm tâm tứ diện ion O2- 2. Dung dòch rắn: Là chất rắn có mạng tinh thể tạo thành tiểu phần hai hay nhiều chất , mà tiểu phần... Waals Trong tinh thể có thê có thêm lọai liên kết khác liên kết ion, liên kết hydro… PdCl2 AB2 MgCl2.2H2O AB4 CaCrF5 TLTK :Dr S.J Heyes http://www.chem.ox.ac.uk/icl/heyes/structure_of_solids/strucsol.html... 90o K2Cr2O7; CuSO4.5H2O Hệ đơn tà (monoclinic) có trục đối xứng bậc mặt phẳng đối xứng có hai yếu tố đối xứng a ≠ b ≠ c ; α = γ = 90o; β ≠ 90o Lưu huỳnh đơn tà (Sβ), thạch cao (CaSO4.2H2O) Hệ