Chuyên đề “một số vấn đề về tinh thể

Một trong những xu hướng phát triển của bài tập hóa học hiện đại là tăng cường khả năng tư duy hóa học cho học sinh ở cả ba phương diện: Lý thuyết, thực hành và ứng dụng. Một trong những nhiệm vụ trọng tâm của các trường THPT Chuyên nói chung và trường THPT Chuyên Bắc Giang nói riêng là giảng dạy học sinh các lớp chuyên và bồi dưỡng học sinh trong đội tuyển học sinh giỏi quốc gia vì vậy rất cần có những chuyên đề bài tập riêng phục vụ cho chương trình dạy chuyên và đội tuyển Quốc gia. Trong những chuyên đề Hóa học có chuyên đề về tinh thể học sinh khi học còn gặp rất nhiều khó khăn trong việc tìm tài liệu tham khảo. Chính vì vậy chúng tôi chọn chuyên đề “ Một số vấn đề về Tinh thể’’.

Phần thứ MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Một xu hướng phát triển tập hóa học đại tăng cường khả tư hóa học cho học sinh ba phương diện: Lý thuyết, thực hành ứng dụng Một nhiệm vụ trọng tâm trường THPT Chuyên nói chung trường THPT Chuyên Bắc Giang nói riêng giảng dạy học sinh lớp chuyên bồi dưỡng học sinh đội tuyển học sinh giỏi quốc gia cần có chun đề tập riêng phục vụ cho chương trình dạy chuyên đội tuyển Quốc gia Trong chuyên đề Hóa học có chuyên đề tinh thể học sinh học cịn gặp nhiều khó khăn việc tìm tài liệu tham khảo Chính chúng tơi chọn chuyên đề “ Một số vấn đề Tinh thể’’ Tính đề tài Tính đề tài thể chỗ: Lần chuyên đề “ Một số vấn đề tinh thể’’ đề cập đến cách tổng thể chi tiết đến nội dung, chuẩn hóa kiến thức lý thuyết lẫn tập học sinh giáo viên làm liệu tham khảo Mục đích nghiên cứu Nhóm tác giả chúng tơi làm đề tài với mục tiêu sau đây: Biên soạn tài liệu bồi dưỡng kiến thức chuyên đề tinh thể thuộc phần hoá học đại cương cho giáo viên, học sinh giỏi tham dự kỳ thi Học sinh giỏi cấp tỉnh, cấp quốc gia thi chọn đội tuyển thi Olympic Hoá học Quốc tế Phạm vi đối tượng nghiên cứu Chương trình Hóa học THPT Chun sâu lớp 10, 11 12; yêu cầu đề thi học sinh giỏi cấp Tỉnh, Quốc gia Olympic Quốc tế năm Bài giảng giáo viên trường THPT Chuyên Bắc Giang số giáo viên trường khác kỳ sinh hoạt chuyên môn thi Giáo viên giỏi cấp Tỉnh Phương pháp nghiên cứu Các phương pháp nghiên cứu chủ yếu sử dụng phân tích, đối chiếu, phân loại tổng hợp Cấu trúc chuyên đề Phần thứ nhất: Mở đầu Phần thứ hai: Nội dung Chương I: Sơ lược số vấn đề lí thuyết tinh thể Chương II: Một số vấn đề tập tinh thể Phần thứ ba: Kết luận 1 Phần thứ hai NỘI DUNG Chương I SƠ LƯỢC MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ LÝ THUYẾT TINH THỂ I.1 Tổng quan I.1.1 Cấu trúc tinh thể - Mạng lưới tinh thể (cấu trúc tinh thể) mạng lưới không gian ba chiều nút mạng đơn vị cấu trúc (nguyên tử , ion, phân tử ) - Các loại cấu trúc tinh thể: + Tinh thể kim loại + Tinh thể ion + Tinh thể nguyên tử ( Hay tinh thể cộng hoá trị) + Tinh thể phân tử I.1.2 Khái niệm ô sở (tế bào bản) - 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, α, β, γ Số đơn vị cấu trúc : n Số phối trí Độ đặc khít I.2 Một số kiểu mạng tinh thể I.2.1 Mạng tinh thể kim loại - Nguyên tử kim loại coi cầu cứng, có kích thước nhau, xếp chặt khít vào thành lớp - Kim loại kết tinh chủ yếu theo ba kiểu mạng tinh thể + Mạng lập phương tâm diện (lptd) + Mạng lục phương chặt khít (lpck) + Mạng lập phương tâm khối (lptk) I.2.1.1 Một số kiểu mạng tinh thể kim loại a) Mạng lập phương đơn giản - Đỉnh nguyên tử kim loại hay ion dương kim loại - Số phối trí = - Số đơn vị cấu trúc: 2 b) Mạng lập phương tâm khối - Đỉnh tâm khối hộp lập phương nguyên tử hay ion dương kim loại - Số phối trí = - Số đơn vị cấu trúc: c) Mạng lập phương tâm diện - Đỉnh tâm mặt khối hộp lập phương nguyên tử ion dương kim loại - Số phối trí = 12 - Số đơn vị cấu trúc: d) Mạng sáu phương đặc khít (mạng lục phương) - Khối lăng trụ lục giác gồm ô mạng sở Mỗi ô mạng sở khối hộp hình thoi Các đỉnh tâm khối hộp hình thoi nguyên tử hay ion kim loại - Số phối trí = 12 - Số đơn vị cấu trúc: I.2.1.2 Số phối trí, hốc tứ diện, hốc bát diện, độ đặc khít mạng tinh thể, khối lượng riêng kim loại a) Hình phối trí mạng tinh thể kim loi Lập ph ơng tâm khối Lập ph ơng tâm mặt C A B B A A Lục ph ơng chặtkhít b) Hc t din v hc bát diện Hèc b¸t diƯn Hèc tø diƯn *Trong mạng lập phương tâm mặt: 4 O T O LËp ph ơng tâ m mặ t - Hc t din - Hốc bát diện là: + 12.1/4 = * Trong mạng lục phương: T T O T Lục ph ơng chặt khít - Hc t din - Hốc bát diện là: + 12.1/4 = c) Độ đặc khít mạng tinh thể * Mạng tinh thể lập phương tâm khối 5 a a a =4r Số cầu ô sở : + 1/8 = Tổng thể tích cầu Thể tích ô sở = π r 3 a3 3 π ( a ) = a3 = 68% * Mạng tinh thể lập phương tâm diện a a a = 4.r Số cầu ô sở : 1/2 + 1/8 = Tổng thể tích cầu Thể tích sở = 4 π r 3 a = 4 π ( a ) a = 74% * Mạng tinh thể lục phương chặt khít Số cầu ô sở: 1/6 + 1/12 + = Tổng thể tích cầu Thể tích sở = π r 3 2a a.a 2 = a π ( )3 a3 = 74% a 2a b= a a a a a =2.r Ô cơsở a a a Bảng tổng quát đặc điểm mạng tinh thể kim loại Cấu trúc Hằng số Số Số Số Số hốc Độ đặc mạng hạt phối hốc O khít (%) (n) trí T o Lập 68 α=β=γ=90 phương a=b=c tâm khối (lptk:bcc) Lập 12 74 α=β=γ=90o phương a=b=c tâm diện (lptd: fcc) Lục 12 74 α=β= 90o phương γ =120o đặc khít a≠b≠c (hpc) d) Khối lượng riêng kim loại * Công thức tính khối lượng riêng kim loại Kim loại Kim loại kiềm, Ba, Feα, V, Cr, … Au, Ag, Cu, Ni, Pb, Pd, Pt, … Be, Mg, Zn, Tl, Ti, … 3.M P D = 4π r N A (*) D = (n.M) / (NA.V1 ô ) M : Khối lượng kim loại (g) ; NA: Số Avogađro, n: số nguyên tử ô sở P : Độ đặc khít (mạng lập phương tâm khối P = 68%; mạng lập phương tâm diện, lục phương chặt khít P = 74%) r : Bán kính nguyên tử (cm), V1ơ : thể tích mạng I.2.2 Mạng tinh thể ion I.2.2.1 Tổng quan 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 lptm, lpck, lập phương đơn giản Các cation có kích thước nhỏ nằm hốc tứ diện bát diện 7 * Tinh thể hợp chất ion dạng MX Điều kiện bền cấu trúc: rM 0,22 < rX < 0,41 kiểu phối trí tứ diện (số phối trí M 4): mạng sphalerit vuarit ZnS rM 0,41 < rX < 0,73 kiểu phối trí bát diện (số phối trí M 6): mạng NaCl NiAs rM 0,73 < rX < kiểu phối trí lập phương (số phối trí M 8): mạng CsCl I.2.2.2 Một vài tinh thể ion tiêu biểu a) Tinh thể NaCl Na Cl - Các ion Cl- xếp theo kiểu lập phương tâm mặt, cation Na+ nhỏ chiếm hết số hốc bát diện Tinh thể NaCl gồm hai mạng lập phương tâm mặt lồng vào Số phối trí Na+ Cl- - Số ion Cl- ô sở: 8.1/8 + 6.1/2 = - Số ion Na+ ô sở: 12.1/4 + 1.1 = - Số phân tử NaCl ô sở b) Tinh thể NiAs 8 Ni As - Các ion As3- xếp theo kiểu lục phương chặt khít Các ion Ni3+ chiếm hết số hốc bát diện Số phối trí Ni As c) Tinh thể CsCl Cs Cl 9 - Tinh thể CsCl gồm hai mạng lập phơng đơn giản lồng vào Số phối trí Cs Cl d) Tinh thể vuarit - Các ion S2- xếp theo kiểu lục phương, A A' B B' A S Zn ion Zn2+ chiếm nửa số hốc tứ diện Mạng vuarit bao gồm hai mạng lục phương chặt khít lồng vào - Cùng kiểu mạng vuarit có cácchất AlN, ZnO, BeO, GaN, InN, SiC, HgS, CdS Vuarit ZnS S Zn Sphalerit ZnS 10 e) Tinh thể sphalerit 10 ... loại cấu trúc tinh thể: + Tinh thể kim loại + Tinh thể ion + Tinh thể nguyên tử ( Hay tinh thể cộng hoá trị) + Tinh thể phân tử I.1.2 Khái niệm ô sở (tế bào bản) - Là mạng tinh thể nhỏ mà cách... trục tinh thể ta thu tồn tinh thể - Mỗi ô sở đặc trưng thông số: Hằng số mạng: a, b, c, α, β, γ Số đơn vị cấu trúc : n Số phối trí Độ đặc khít I.2 Một số kiểu mạng tinh thể I.2.1 Mạng tinh thể. ..Phần thứ hai NỘI DUNG Chương I SƠ LƯỢC MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ LÝ THUYẾT TINH THỂ I.1 Tổng quan I.1.1 Cấu trúc tinh thể - Mạng lưới tinh thể (cấu trúc tinh thể) mạng lưới không gian ba chiều nút mạng