Chuyên đề tinh thể nâng cao

CHUYÊN ĐỀ TINH THỂ I/ Đại cương tinh thể * Mạng lưới tinh thể (cấu trúc tinh thể) mạng lới khơnggian ba chiều nút mạng đơn vị cấu trúc (nguyên tử , ion, phân tử ) * Đặc điểm tinh thể + Có hình dạng xác định + Có nhiệt nóng chảy xác định, khơng đổi suốt q trình nóng chảy + Có tính di hướng tức tính chất theo phương khác khác * Khái niệm ô sở: - Là mạng tinh thể nhỏ mà cách tịnh tiến theo hướng ba trục tinh thể ta thu tồn tinh thể - Mỗi ô sở đặc trưng thông số: Hằng số mạng: a, b, c, , ,  Số đơn vị cấu trúc : n Số phối trí: số nguyên tử gần bao quanh nguyên tử kim loại Vc Độ đặc khít: P = n Vtb * Một số mạng tinh thể thường gặp: - Tinh thể kim loại + Trong tinh thể kim loại, nguyên tử kim loại chiếm giữ nút mạng + Lực liên kết lực liên kết kim loại + Các loại cấu trúc: - Lập phương đơn giản - Lập phương tâm khối - Lập phương tâm diện - Lục phương chặt khít + Các cơng thức tính : - Khối lượng nguyên tử kim loại: M/NA Vc   r 3 - Thể tích cầu: - Độ đặc khít mạng tinh thể: P = n Vc/Vtb 3MP m n.M - Khối lượng riêng kim loại là: D = v = Vtb N A = 4 r N A + Cấu trúc tinh thể: - Sự xếp cầu đồng - Coi đơn vị cấu trúc cầu cứng đồng Trên lớp có cách xếp cầu - Cách xếp thứ đặc khít gọi sáu phương đặc khít, cách xếp thứ gọi bốn phương đặc khít - Sự xếp phương đặc khít lớp thứ 2: HỐC TỨ DIỆN HỐC BÁT DIỆN - Các loại hốc: Hèc b¸t diÖn Hèc tø diÖn - Tinh thể ion - Tinh thể nguyên tử I/ Mạng lập phương đơn giản - Số cầu ô sở: - Số phối trí nguyên tử kim loại ` - Độ đặc khít: 52% - Hốc lập phương II/ Mạng lập phương tâm khối - Số cầu ô sở: - Số phối trí nguyên tử kim loại - Độ đặc khít: 68% - Hốc bát diện tứ diện mạng lập phương tâm khối: + Số hốc tứ diện : + Số hốc bát diện : hốc III/ Mạng lập phương tâm diện - Cấu trúc lập phương tâm diện a a a =4r A C A B - Số cầu sở: - Số phối trí mối nguyên tử kim loại 12 - Hốc bát diện tứ diện mạng lập phương tâm diện O T + Số hốc tứ diện : hốc + Số hốc bát diện : hốc O A C A B r= a√2 -Độ đặc khít mạng LPTD Bán kính nguyên tử: r a 4 a Vc   r   ( ) 3 Thể tích cầu tức thể tích nguyên tử: Thể tích tế bào: Vtb= a3 a ( ) V Pn C 43 Vtb a3 Độ đặc khít: =74% IV/ Cấu trúc lục phương chặt khít + Số cầu sở: + Số phối trí nguyên tử kim loại 12 + Độ đặc khít: 74% +Xác định hốc: T T T O -Số hốc tứ diện : -Số hốc bát diện : IV/ Tinh thể ion - Tinh thể hợp chất ion tạo thành cation anion hình cầu có bán kính xác định - Lực liên kết ion lực hút tĩnh điện không định hướng - Các anion thường có bán kính lớn cation nên tinh thể người ta coi anion cầu xếp khít theo kiểu lập phương tâm mặt,lục phương chặt khít, lập phương đơn giản - Các cation có kích thước nhỏ nằmở hốc tứ diện bát diện V/ Tinh thể nguyên tử + Trong tinh thể nguyên tử, nút mạng bị chiếm nguyên tử, liên kết với liên kết cộng hoá trị + Do liên kết cộng hoá trị có tính định hướng nên cấu trúc tinh thể số phối trí định đặc điểm liên kết cộng hố trị, khơng phụ thuộc vào điều kiện xếpA khônga gian nguyên tử + Các tinh thể nguyên tử có độ cứng đặc biệt lớn, nhiệt độ nóng a chảy nhiệt độ sơi cao, khơngtan B dung môi Chúng chất cách điện hay bán dẫn Tinh thể nguyên tử kim cương a c a =3,55 A Liên kết C-C dài 1,54 A + Các nguyên tử C chiếm vị trí đỉnh, tâm mặt nửa số hốc tứ diện Số phối trí C + Mỗi tế bào gồm 8.1/8 + 6.1/2 + = nguyên tử + Các phân tử có mạng tt tương tự: Si, Ge Sn(), SiC, GaAs, BN, ZnS, CdTe + Do cấu trúc không gian ba chiều đặn liên kết cộng hố trị bềnvững nên Kim cương có khối lượng riêng lớn (3,51), độ cứng lớn nhất,hệ số khúc xạ lớn, nhiệt độ sơi, nhiệt độ nóng chảy cao, giịn, khơngtan dung mơi, khơng dẫn điện B/ Bài tập Bài 1:Các kim loại thường kết tinh theo loại cấu trúc chính? - Mơ tả kiểu liên kết kim loại - Tế bào sở tinh thể gì? Đặc điểm tế bào sở? - Tính số nguyên tử kim loại sở số phối trí nguyên tử kim loại? - Với kiểu cấu trúc lập phương tâm mặt, lục phương chặt khít, sở có lỗ trống bát diện, lỗ trống tứ diện? Bài 2:Xác định hệ thức liên hệ bán kính nguyên tử cạnh tế bào sở mạng tinh thể kim loại: lập phương tâm mặt, phương đặc khít, lập phương tâm khối? a A B HD: a c D a a a c I E F B C c/2 600 D A Tế bào sơ đẳng phương khít D ... Tinh thể ion - Tinh thể hợp chất ion tạo thành cation anion hình cầu có bán kính xác định - Lực liên kết ion lực hút tĩnh điện khơng định hướng - Các anion thường có bán kính lớn cation nên tinh. .. khônga gian nguyên tử + Các tinh thể nguyên tử có độ cứng đặc biệt lớn, nhiệt độ nóng a chảy nhiệt độ sôi cao, khôngtan B dung môi Chúng chất cách điện hay bán dẫn Tinh thể nguyên tử kim cương a... thể nguyên tử + Trong tinh thể nguyên tử, nút mạng bị chiếm nguyên tử, liên kết với liên kết cộng hoá trị + Do liên kết cộng hố trị có tính định hướng nên cấu trúc tinh thể số phối trí định đặc