Cấu tạo chất đại cương tập 2 trạng thái ngưng tụ của các chất

LÂM NGọC THIềM (Chủ biên) LÊ KIM LONG Cấu tạo chất ĐạI CƯƠNG Tập Trạng thái ngng tụ chất NHà XUấT BảN ĐạI HọC QUốC GIA Hà NéI MỤC LỤC Lời nói đầu Phần III Trạng thái ngưng tụ chất Chương 11 Các hệ ngưng tụ - Liên kết cấu trúc tinh thể 11.1 Mở đầu 11.2 Các để phân loại trạng thái 11.3 Trạng thái rắn 11.3.1 Tinh thể chất vơ định hình 11.3.2 Khái niệm hệ tinh thể 11.3.3 Phương pháp nghiên cứu tinh thể 11.3.4 Đặc điểm cấu trúc tinh thể 11.4 Liên kết hóa học tinh thể 11.4.1 Liên kết tinh thể ion 11.4.2 Liên kết hoá học mạng tinh thể kim loại 11.4.3 Liên kết mạng tinh thể nguyên tử 11.4.4 Liên kết mạng tinh thể phân tử 11.5 Hiện tượng đồng hình đa hình 11.5.1 Hiện tượng đồng hình 11.5.2 Hiện tượng đa hình 11.6 Một số trạng thái khác 11.6.1 Trạng thái tinh thể lỏng 11.6.2 Dung dịch rắn 11.6.3 Trạng thái Plasma Chương 12 Một số phương pháp phổ áp dụng cấu tạo chất 12.1 Mở đầu 12.2 Cơ sở phương pháp phổ phân tử 12.2.1 Sự xuất phổ 12.2.2 Sự tương tác xạ điện từ vật chất 12.2.3 Một số đại lượng đặc trưng thường dùng 12.2.4 Phổ kế 12.3 Phổ nhiễu xạ tia X   12.3.1 Nguyên lý nhiễu xạ tia X! 12.3.2 Nguyên tắc ghi phổ Rơnghen (tia X) 12.3.3 Một vài ứng dụng phổ tia X 12.4 Phổ electron 12.4.1 Đặc điểm chung 12.4.2 Một số ứng dụng 12.5 Phổ dao động phân tử hai nguyên tử 12.5.1 Các mức lượng Trang 7 8 9 10 14 16 20 20 40 46 49 50 50 50 51 51 52 52 60 60 61 61 61 64 65 65 66 67 67 69 69 70 72 72 12.5.2 Phổ dao động hấp thụ 12.5.3 Phổ dao động - quay 12.5.4 Ứng dụng phổ dao động - quay (phổ IR) hóa học 12.6 Phổ quay phân tử hai nguyên tử 12.6.1 Các mức lượng quay 12.6.2 Phổ quay hấp thụ 12.6.3 Ứng dụng 12.7 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân NMR 12.7.1 Khái niệm mở đầu 12.7.2 Sự cộng hưởng từ hạt nhận 12.7.3 Ứng dụng phổ NMR vào hóa học Phụ lục Tài liệu tham khảo 73 75 75 80 80 80 81 82 82 83 86 99 115 Lời nói đầu Đổi phương pháp giảng dạy môn “Cấu tạo chất đại cương” trình bầy theo chương trình chuẩn hội đồng ngành Hố ĐHQG Hà Nội thơng qua, nhằm cung cấp giảng cho sinh viên năm thứ ngành Hoá Nội dung giảng bao gồm kiến thức cấu tạo chất quy tụ phần: Phần I Cấu tạo nguyên tử − Định luật tuần hoàn Phần II Cấu tạo phân tử − Liên kết hóa học Phần III Trạng thái ngưng tụ chất Toàn kiến thức phần kiến thức bản, cần thiết chuẩn bị sở cho sinh viên tiếp thu mơn hóa học cụ thể năm Do đặc thù môn Cấu tạo chất tổng hợp kiến thức Toán − Lý − Hố, có tính khái qt cao trừu tượng nên việc giảng dạy môn năm thứ thường gặp mâu thuẫn yêu cầu trang bị kiến thức sâu, rộng với hạn chế thời gian mức độ chuẩn bị kiến thức tốn lý Để dung hồ điều này, chúng tơi cho nội dung giáo trình phải thể dạng mơ tả bảng biểu, đồ thị, hình vẽ trực giác kết hợp với nhiều dạng tập minh hoạ, tránh dẫn giải rườm rà sa vào thuật tốn khơng cần thiết làm lu mờ ý nghĩa khoa học vấn đề Chúng hy vọng “Cấu tạo chất đại cương” đáp ứng yêu cầu xây dựng khái niệm sở cho sinh viên năm đầu bậc đại học Xin chân thành cảm ơn đồng nghiệp động viên, khuyến khích chúng tơi biên soạn tập giáo trình mong bạn đọc đóng góp xây dựng cho tập sách ngày hoàn thiện Hà Nội, tháng 10 năm 2012 Tác giả PHẦN III TRẠNG THÁI NGƯNG TỤ CỦA CÁC CHẤT Chương 11 CÁC HỆ NGƯNG TỤ - LIÊN KẾT VÀ CẤU TRÚC TINH THỂ Mục tiêu Cần tập trung vào vấn đề: chương 11 Các khái niệm hệ ngưng tụ Tinh thể trạng thái vơ định hình Khái niệm hệ tinh thể: Mạng lưới, nút lưới, tế bào sở… Một số đặc điểm cấu trúc tinh thể: Sự xếp cầu khít Độ compact Tỷ số bán kính ion dương âm Khối lượng riêng tinh thể Liên kết tinh thể ion: Đặc điểm loại liên kết Năng lượng phương pháp xác định chúng Liên kết mạng tinh thể kim loại: Các nét đặc trung loại liên kết Lý thuyết vùng nămg lượng để giải thích tính dẫn bán dẫn vật liệu Miền dẫn Phương pháp Born-Lande Miền cấm Phương pháp Kapustinski Năng lượng mạng Lập phương Phương pháp Born-Haber Chỉ số Miller Bốn phương Mật độ xếp khít (độ compact) Lập phương đơn giản Sáu phương Tế bào sở Lập phương nội tâm Ba phương Phương trình Bragg Lập phương mặt tâm Trực thoi Hằng số mạng Đa hình… Đồng hình Một xiên Dung dịch rắn miền hóa trị Ba xiên Plasma Một số từ Mạng tinh thể khố Nút mạng 11.1 MỞ ĐẦU Nói chung, vật chất tồn ba trạng thái: Rắn (R), Lỏng (L) Khí (K) Nói chất trạng thái hay trạng thái khác tuỳ thuộc xem chúng vào điều kiện xác định Nói cách khác, trạng thái tập hợp chất cố định mà thay đổi tuỳ theo điều kiện tồn chúng 11.2 CÁC CĂN CỨ ĐỂ PHÂN LOẠI TRẠNG THÁI Muốn biết vật chất tồn trạng thái nào, ta vào yếu tố sau đây: − Chuyển động nhiệt hạt cho biết phân bố khuynh hướng chiếm tồn thể tích khơng gian xác định Yếu tố đánh giá động chuyển động nhiệt hạt (T) − Lực hút hạt Sự liên kết hạt lại với thành tập hợp chặt chẽ với cấu trúc xác định yếu tố đặc trưng cho trạng thái Yếu tố đánh giá tương tác hạt (U) Ở trạng thái khí, động chuyển động nhiệt lớn nhiều lần tương tác hạt Các hạt (phân tử khí) chuyển động gần tự (chuyển động Brown), chúng va chạm đàn hồi với với thành bình Chuyển động bao gồm chuyển động tịnh tiến, chuyển động quay lẫn chuyển động dao động Ở trạng thái lỏng, động chuyển động nhiệt không trội nhiều so với tương tác hạt Chuyển động chất lỏng bị ràng buộc lực van der Waals tự Vì vậy, chất lỏng tích xác định khơng có hình dạng xác định Ở trạng thái tinh thể, tương tác hạt lớn hẳn động chuyển động nhiệt hạt, đó, hạt xếp thành cấu trúc xác định Trong trường hợp này, hạt cịn khả dao động quanh vị trí cân Để dễ hình dung điều vừa trình bày đây, ta tóm tắt đặc trưng trạng thái vật chất bảng 11.1 Bảng 11.1 Các đặc trưng trạng thái vật chất Trạng thái Các đặc trưng Rắn (R) Lỏng (L) Khí (K) − Chuyển động Dao động Tịnh tiến, quay, dao động Tịnh tiến, quay, dao động − Khoảng cách hạt (d) Nhỏ, cỡ kích thước hạt Tăng lên, cỡ kích thước hạt Khá lớn − Quan hệ U T U>T U=T U rC ( 0,077 nm) Điều phù hợp với quy luật biến đổi bán kính ngun tử nhóm A 11.4.4 Liên kết mạng tinh thể phân tử Trong mạng tinh thể phân tử, phân tử chiếm giữ nút mạng lưới Lực liên kết phân tử tồn trạng thái cân gây lực van der Waals Mạng lưới phân tử thể rõ nét tính bền, nhiệt độ nóng chảy thấp cần tăng chuyển động nhiệt lên chút liên kết bị phá vỡ tức khắc Một thí dụ điển hình mạng tinh thể loại tinh thể nước đá Trên hình11.36 ta thấy, nguyên tử oxi bao quanh bốn nguyên tử hiđro thuộc phân tử nước nằm bốn đỉnh hình tứ diện Oxi thuộc dạng lai hoá sp3 Liên kết hình thành liên kết hiđro có độ dài ≈ 1,78 Å Khi tăng nhiệt độ, liên kết hiđro tinh thể nước đá bị phá huỷ pha rắn nước đá từ từ chuyển sang pha lỏng nước H 1,76 H H 0,99 H Hình 11.36 Sự xếp phân tử nước tinh thể nước đá Một cách khái quát, ta nói lực liên kết van der Waals hay liên kết hiđro yếu nên phân tử tinh thể phân tử dễ bị tách riêng Chính lẽ đó, tinh thể mạng phân tử tương đối mềm, có hệ số dãn nở thấp, nhiệt độ nóng chảy thấp (< 300oC) dễ tan dung môi không phân cực 49 o tC 100 - H 2O 60 20 HF H 2Te - 20 - 60 - H2Se H 2S HCl -100 - 20 HI HBr 60 100 M Hình 11.37 Sự phụ thuộc nhiệt độ nóng chảy tinh thể phân tử vào khối lượng phân tử Nói chung, tính chất nhiệt mạng tinh thể phân tử phụ thuộc vào lực liên kết phân tử Sự phụ thuộc nhiệt độ nóng chảy vào khối lượng phân tử biểu diễn hình 11.37 Do lực van der Waals phân tử halogen (F2, Cl2, Br2, I2) nguyên tử khí trơ (He, Ne, Ar, Kr, Xe) tăng lên với khả phân cực hố phân tử, nên nhiệt độ nóng cháy chất nhóm bảng hệ thống tuần hoàn tăng với khối lượng (xem hình 11.37) 11.5 HIỆN TƯỢNG ĐỒNG HÌNH VÀ ĐA HÌNH Chúng ta vừa xem xét dạng mạng tinh thể Bên cạnh dạng đó, tự nhiên tồn số tượng hay gặp 11.5.1 Hiện tượng đồng hình Ta định nghĩa, tượng đồng chất rắn có cơng thức hóa học dạng, có kiểu cấu trúc mạng lưới tinh thể Ví dụ: MgCO3, CaCO3, ZnCO3 SrSO4, BaSO4, PbSO4 Như thế, chất đồng hình rõ ràng phải thể yêu cầu: − Có kiểu mạng tinh thể − Nút mạng có dạng hình học kích thước phân tử gần tương đương Hiện tượng đồng hình phổ biến thiên nhiên giữ vai trò quan trọng việc hình thành nhiều khống chất 11.5.2 Hiện tượng đa hình Tuỳ theo điều kiện bên ngồi (về nhiệt độ, áp suất), chất tạo hai hay vài dạng cấu trúc tinh thể khác Đó tượng đa hình 50 Hiện tượng đa hình phổ biến tự nhiên Có nhiều chất điều kiện xác định tồn nhiều dạng cấu trúc khác Ví dụ, cacbon tồn dạng graphit hệ sáu phương kim cương dạng tinh thể lập phương Sắt tồn dạng tinh thể α, β, γ, δ ứng với nhiệt độ 760oC, 906oC, 1401oC, 1539oC Dạng Fe (α, β, γ) có cấu trúc lập phương nội tâm, cịn dạng Fe (δ) lại có cấu trúc lập phương mặt tâm Nhiệt độ xảy chuyển dạng cấu trúc tinh thể gọi điểm chuyển Trong kỹ thuật đại, biết điểm chuyển, người ta sử dụng để tạo tinh thể có cấu trúc đáp ứng yêu cầu sử dụng Ví dụ Fe (α) có khả chống ăn mịn có khả hoà tan cacbon Sự khác biến dạng đa hình thể rõ ràng liên kết hóa học khơng loại Ví dụ, than chì có màu đen, D = 2,22 g/cm3; dẫn điện, mềm Trong kim cương suốt, D = 3,51 g/cm3, không dẫn điện cứng Hiện tượng đa hình đóng vai trị quan trọng kỹ nghệ luyện kim để tạo vật liệu đáp ứng yêu cầu công nghệ 11.6 MỘT SỐ TRẠNG THÁI KHÁC Ngoài trạng thái rắn mà ta vừa đề cập mục 11.3, trạng thái lỏng khí trình bày giáo trình Hố học Đại cương, nói đơi điều số trạng thái thường xuất tài liệu hóa học 11.6.1 Trạng thái tinh thể lỏng Trong hóa học hữu cơ, người ta quan sát thấy có tượng lạ chuyển chất từ trạng thái rắn (tinh thể) sang trạng thái lỏng đẳng hướng qua trạng thái trung gian: trạng thái dị hướng lỏng Trạng thái trung gian gọi trạng thái tinh thể lỏng Ví dụ p,p’-azoxiphenetol: C2H5 O N+ N O C2H5 N Khi nâng nhiệt độ chất nghiên cứu lên từ từ, ta nhận thấy có số trình biến đổi sau: Lúc đầu, phần trật tự xa cấu trúc bị phá huỷ làm cho chất tinh thể lỏng chuyển thành chất lỏng đục có tính chất quang kép Nếu ta lại tiếp tục nâng nhiệt độ lên cao đến nhiệt độ định đó, chất lỏng đục chuyển hẳn sang chất lỏng suốt, chất lỏng đẳng hướng 51 Sở dĩ có tồn trạng thái tinh thể lỏng hợp chất hữu mạch dài có momen lượng cực vĩnh cửu hay cảm ứng tác dụng với phân tử bên cạnh dẫn đến cấu trúc mạng tinh thể song song Cấu trúc này, gần đặc trưng cho trạng thái tinh thể lỏng Khi cấu trúc bị phá vỡ (bằng nhiệt) tinh thể lỏng trở thành chất lỏng bình thường Trong cơng nghệ đại, tinh thể lỏng có vị trí quan trọng Nó ứng dụng để chế tạo thiết bị điện quang, thiết bị quang phổ kỹ thuật chế tạo máy tính, đồng hồ v.v 11.6.2 Dung dịch rắn Khi nghiên cứu phân bố hạt chất vào tồn thể tích chất thứ hai ta thu dung dịch có cấu trúc đặc biệt Dung dịch gọi dung dịch rắn Thông thường tồn hai kiểu dung dịch rắn Dung dịch rắn thay Đó dung dịch, hạt thứ chất rắn thay vào vị trí hạt thứ hai chất rắn mạng tinh thể Kết quả, ta thu kiến trúc tinh thể hỗn tạp Dung dịch rắn xâm nhập Đó dung dịch, hạt thứ phân bố vào khoảng không gian trống cấu trúc mạng lưới chất thứ hai Trong trình công nghệ luyện kim, ta hay gặp tượng hình thành dung dịch rắn Cũng từ khái niệm này, người ta điều chế loại thép hợp kim có tính chất khác nhau, đáp ứng yếu cầu kỹ thuật 11.6.3 Trạng thái Plasma Ngoài ba trạng thái rắn − lỏng − khí, người ta cịn nói đến trạng thái thứ tư, trạng thái plasma Vậy trạng thái xuất ? Khi làm nóng chất tới nhiệt độ cao, thường hàng ngàn, chí hàng triệu độ, chất chuyển sạng trạng thái khí bị ion hố phần hay tồn Đó trạng thái plasma Trạng thái plasma thường quan sát thấy chất mặt trời ngơi khí vũ trụ Trạng thái phát tượng quanh ta tia chớp, hồ quang Có nhiều cách để phân biệt loại plasma Một cách phân loại theo nhiệt độ: − Plasma lạnh có nhiệt độ từ 10 ÷ 100 ngàn độ − Plasma nóng có nhiệt độ tới hàng triệu độ 52 Từ plasma phát nay, ứng dụng nhiều lĩnh vực khác Trong hóa học, người ta ứng dụng plasma lạnh để tiến hành tổng hợp nhiều hợp chất hóa học khác Trong lĩnh vực vật lý, người ta ứng dụng plasma nóng để thực phản ứng tổng hợp hạt nhân H + 3H ⎯→ 4He + 1n ; Q Q nguồn lượng khổng lồ cần khai thác Từ điều trình bày đây, ta nói trạng thái tinh thể lỏng, dung dịch rắn hay plasma trạng thái trung gian ba trạng thái rắn − lỏng − khí điều kiện xác định mà người ta tạo *Bài tập minh họa tham khảo 11.13 (trích đề thi Olympic 2010 Nhật Bản): Thông thường, cấu trúc electron hệ ngưng tụ khác với hệ lập, ví dụ, mức lượng theo chiều (1D) chuỗi nguyên tử Na biểu diễn hình bên Từ hình vẽ này, ta nhận thấy khoảng cách mức lượng 3s Na hẹp dần lại số nguyên tử Na tăng lên làm thành dải lượng (xem hình vẽ) Như thế, electron 3s Na giải tỏa toàn chuỗi, coi electron tự chuyển động hộp chiều a) Năng lượng electron tự hộp chiều biểu diễn công thức: En = n 2h (n = 1, 2, 3, …) 8mL2 Ở n số lượng tử , h số Planck, m khối lương electron, L chiều rộng chuỗi chiều nguyên tử Na Chiều rộng tính theo cơng thức gần sau: L = ao(N – 1), N số nguyên tử Na ao khoảng cách gần nguyên tử cạnh Hãy tính mức lượng bị chiếm cao dạng công thức tổng quát b) Chúng ta giả sử có 1,00 mg Na để hình thành chuỗi 1D với chiều rộng ao = 0,360 nm Hãy tính độ rộng ∆E (khe lượng) mức lượng bị chiếm cao (HOMO mức chưa bị chiếm thấp (LUMO) c) Tại nhiệt độ phòng, lượng nhiệt đo 25 meV, phải có ngun tử Na cần phải đáp ứng để khe lượng, ∆E, thấp 25 meV? Hãy tính số nguyên tử Na (lấy số nguyên) Trả lời: a) Theo lý thuyết mức lượng có electron với spin xếp đối song với Số lượng tử n mức bị chiếm cao N/2 N chẵn (N+1)/2 53 N lẻ Chiều rộng chuỗi tính theo biểu thức: L = ao(N – 1) Trên sở này, mức lượng cao bị chiếm là: EN N2h = N chẵn 32ma o2 (N − 1) E N +1 = (N + 1) h N lẻ 32ma o2 (N − 1) b) Số nguyên tử Na có 1,00 mg Na là: N = 6.02.1023 E N − E1 = 1, 0.10−3 = 2, 617.1019 23, h2 32ma o2 E N +1 − E1 = ⎧⎪ N − ⎫⎪ N chẵn ⎨ 2⎬ ⎪⎩ (N − 1) ⎭⎪ h ⎧⎪ (N + 1) − ⎪⎫ ⎨ ⎬ N lẻ 32ma o2 ⎪⎩ (N − 1) ⎭⎪ Ta tính sẵn giá trị chung cho trường hợp: h2 = 1,16.10−19 J 32ma o Ta xét trường hợp: ∆E = E N − E N là: +1 h2 ∆E = 32ma o2 h (N + 1) ⎪⎧ (N + 2) − N ⎪⎫ ⎨ ⎬= 2 ⎪⎩ (N − 1) ⎪⎭ 8ma o (N − 1) c) Giải phương trình dẫn đến: h (N + 1) ∆E = = E NhiÖt (25 meV) 8ma o2 (N − 1) (N − 1) h2 = = 116, N +1 8ma o2 E NhiƯt Như vậy, ta thu phương trình bậc 2: N − 118, 2N − 115, = Giải phương trình có N = 119,2 Từ kết thu được, ta đến kết luận số lượng ngun tử Na phải có 120 Na đáp ứng yêu cầu khe lượng, ∆E, nhỏ lượng nhiệt ứng với 25 meV 54 Những điểm trọng yếu chương 11 Khái quát chung Nói chung, vật chất tồn ba trạng thái: rắn (R), lỏng (L) khí (K) Khi nói chất trạng thái hay trạng thái khác tuỳ thuộc xem chúng vào điều kiện xác định Nói cách khác, trạng thái tập hợp chất cố định mà thay đổi tuỳ theo điều kiện tồn chúng Một số khái niệm hệ tinh thể a) Hằng số mạng Một mạng lưới khơng gian z xem hình hộp tạo thành vectơ tịnh tiến làm thành mạng tinh thể Trong mạng lưới c0 không gian, hạt chiếm giữ điểm mạng gọi nút mạng lưới Thông thường, tinh thể học người ta chọn hệ α β b0 toạ độ mà ba trục qua điểm mạng trùng với y phương cạnh hình hộp Một hình hộp sở a gọi tế bào hay tế bào sở Chiều dài x γ vectơ ao, bo, co góc α, β, γ gọi số mạng b) Hệ tinh thể Dựa vào tính đối xứng phân tử, người ta chia tinh thể thành hệ sau đây: Hệ tinh thể Các cạnh Lập phương Các góc Ví dụ o NaCl o Sn trắng α = β = γ = 90 ao = bo = co Bốn phương (tứ giác) ao = bo ≠ co α = β = γ = 90 Sáu phương (lục giác) ao = bo ≠ co α = β = 90o; γ = 120o Ba phương (mặt thoi) CaCO3 o α = β = γ ≠ 90 ao = bo = co Than chì o Trực thoi ao ≠ bo ≠ co α = β = γ = 90 S (trực thoi) Một xiên (đơn tà) ao ≠ bo ≠ co α = β = 90o; γ ≠ 90o S (đơn tà) o ao ≠ bo ≠ co Ba xiên (tam tà) α ≠ β ≠ γ ≠ 90 CuSO4.5H2O c) Chỉ số Miller Để mô tả mặt khối mạng tinh thể, người ta sử dụng số Miller, ký hiệu (hkl) Sau số số Miller mạng lập phương: c a c b (001) c b a (100) a b (010) 55 c c a b b a (110) (111) Một số đặc trưng quan trọng tinh thể Mật độ xếp khít tương đối P (Độ compact) P = N VC VTb Khối lượng riêng (D) D=N M N A Vtb Tỷ số r+ r− Xét cụ thể cho dạng tinh thể khác Các phương pháp để xác định lượng mạng lưới ion Phương pháp tính Born - Landé Uo = − N AA Z + Z − e2 r02 ⎛ ⎝ × k ⎜1 − 1⎞ ⎟ n⎠ Phương pháp bán kinh nghiệm Kapustinski Uo = 287,2 ⎛ × ⎜⎜1 − ⎝ Z+ Z− ∑ν r+ + r− 0,345 r+ + r− ⎞ ⎟⎟ ⎠ Tính theo chu trình Born-Haber Năng lượng mạng lưới Uo tinh thể ion xác định theo chu trình Born Haber dựa vào định luật Hess Các dạng liên kết a) Trong mạng tinh thể ion có liên kết ion mang chất tĩnh điện b) Trong mạng tinh thể kim loại tồn liên kết công hố trị khơng định cư theo thuyết vùng lượng c) Trong mạng tinh thể nguyên tử, có diện liên kết cộng hố trị hình thành AO lai hoá xen phủ tạo d) Trong mạng tinh thể phân tử xuất liên kết phân tử (lực van der Waals, liên kết hiđro) Câu hỏi tập 56 Người ta phải dựa tiêu chí (đặc trưng chính) để phân biệt trạng thái vật chất là: R (rắn); L (lỏng); K (khí)? Căn vào đặc trưng để nhận biết khác tinh thể trạng thái vô định hình ? Dựa vào khái niệm số Miller mặt tinh thể cho đây, viết số a) chứa trục x y ; b) chứa trục y z c) chứa trục x z ; d) cắt trục x, y, z tọa độ tương ứng 2ao, 2bo, co Đáp số: a) (001); b) (100); c) (010); d) (112) Áp dụng cơng thức tính gần Kapustinski, tính giá trị lượng mạng lưới timh thể cho trường sau đây: a) Tinh thể CsCl với r+ = 1,69 Å; r– = 1,81 Å; b) Tinh thể LiF với r+ = 0,68 Å; r– = 1,39 Å Đáp số: a) – 612 kJ/mol; b) – 1035 kJ/mol Người ta biết nguyên tố vonfram (W) có dạng tinh thể lập phương khối tâm Hãy: a) Vẽ mạng lưới tế bào sở tinh thể cho biết số nguyên tử W ô mạng b) Xác định bán kính nguyên tử W theo Å biết khối lượng riêng W 19,30 g/cm3 Cho: W = 183,9 ; NA = 6,023.1023 Đáp số: a) Độc giả tự vẽ; b) rw = 1,37 Å Căn vào số liệu cho đây, hãy: a) Xây dựng chu trình Born - Haber cho phân tử CaCl2 b) Xác định lượng mạng lưới ion theo chu trình thiết lập Biết: Entanpi thăng hoa Ca(r) → Ca(k) 192 kJ Năng lượng ion hoá thứ thứ hai canxi 18,12 eV Ái lực với electron Cl –3,78 eV Năng lượng phân ly liên kết Cl2 242 kJ/mol Nhiệt hình thành CaCl2 –402 kJ/mol Cho: NA = 6,02.1023 mol–1; eV = 1,6.10–19 J; RH = 109700 cm–1; h = 6,62.10–34 J.s; me = 9.1.10–31 kg; c = 3.108 m/s Đáp số: a) Độc giả tự lập chu trình; b) Uo = – 2217,23 kJ/mol Biết tinh thể CsBr kết tinh dạng mạng lập phương tâm khối, tinh thể AgBr lại kết tinh dạng mạng lập phương tâm diện Giả thiết cation anion mạng tinh thể nói cầu với rc đứng tiếp xúc với a) Hãy chứng minh tỷ số bán kính cation bán kính anion cho trường hợp mạng tinh thể nói b) Từ cơng thức rút câu (a) áp dụng cho kiện thực nghiệm để tính tỷ số rc cho biết nhận xét dạng tinh thể Cho: rAg + = 1,13 Å; rCs+ = 1, 67 Å; rBr − = 1,96 Å Đáp số: a) Xem giáo trình ; 57 b) + rAg − rBr + rCs − rBr = 0,576 → AgBr thuộc mạng lập phương tâm diện = 0,875 → CsBr thuộc mạng lập phương tâm khối Dựa vào số liệu cho tinh thể ion LiF hãy: a) Xác định lượng mạng lưới ion (kJ/mol) theo chu trình Born - Haber b) Dùng cơng thức kinh nghiệm Kapustinski để tính đại lượng Từ kết tính trên, cho biết nhận xét Cho: Entanpi thăng hoa: Li(r) → Li(k) 153 kJ/mol; Năng lượng ion hoá Li 5,26 eV; Năng lượng phân ly liên kết F2 151 kJ/mol; Ái lực với electron Cl – 353 kJ/mol; Nhiệt hình thành Li – 610,3 kJ/mol; rLi+ = 0,63 Å; rF− = 1,30 Å; N A = 6,02.1023 mol−1; eV = 1,6.10−19 J Đáp số: a) Theo Born - Haber: Uo = – 1067,94 kJ/mol b) Theo Kapustinski: Uo = - 1022,61 kJ/mol Kết giá trị thu Uo phương pháp nằm phạm vi sai số cho phép Khi dùng tia X với bước sóng λ = 2,63 Å chiếu vào bề mặt tinh thể khảo cứu người ta đo góc phản xạ θ = 15,55o a) Hãy cho biết khoảng cách lớp tinh thể nano mét với n = b) Tính góc θ n = Đáp số: a) d = 4,91 nm; b) θ = 32,4o 10 Bằng phương pháp vật lý, người ta biết titan (Ti) kết tinh dạng lập phương tâm khối với số mạng 120,01 pm Hãy: a) Vẽ mạng tế bào sở; b) Cho biết số nguyên tử Ti tế bào sở; c) Tính bán kính Ti; d) Xác định khối lượng riêng Ti Cho biết khối lượng mol Ti 47,91 g/mol Đáp số: a) Độc giả tự vẽ; b) NTi = 2; c) rTi = 51,97; d) D = 1133,97 g/cm3 58 11 Kim loại bạc (Ag) tồn dạng rắn thuộc lập phương tâm diện Hãy: a) Vẽ ô mạng (tế bào sở) b) Có nguyên tử ô mạng? c) Khối lượng riêng bạc xác định 10,5 g/cm3 Chiều dài cạnh ô mạng sở bao nhiêu? d) Bán kính nguyên tử bạc tinh thể bao nhiêu? Đáp số: a) Độc giả tự vẽ b) Số nguyên tử Ag ô mạng c) a = 4, 09 Å d) rAg = 1,44 Å 12 Hãy xác định cạnh a tế bào sơ đẳng tinh thể lập phương tâm khối CsCl Biết bán kính ion r+ = 1,69 Å; r– = 1,81 Å Đáp số: 4,04 Å 13 Người ta biết kim loại palađi (Pd) kết tinh dạng lập phương mặt tâm nhiệt độ 20oC, xác định cạnh tế bào sở a = 3,88 Å Từ số liệu cho, hãy: a) Vẽ cấu trúc tế bào sở mạng lưới tinh thể kim loại khảo sát b) Cho biết số nguyên tử Pd tế bào sở c) Tính khoảng cách ngắn (Å) nguyên tử Pd mạng sở d) Xác định khối lượng riêng tinh thể Pd theo g/cm3 Đáp số: a) Độc giả tự vẽ; b) 4; c) 2,74 Å; d) 12 g/cm3 14 Dựa vào mơ hình dải lượng, cho biết lý có khác chất dẫn điện, chất bán dẫn chất cách điện 15 Kết dùng phương pháp nhiễu xạ tia X để khảo sát tinh thể Si với số liệu thu là: độ dài bước sóng λ = 1,54 Å; góc phản xạ θ = 14,22o; n = Từ liệu cho, xác định khoảng cách mặt phẳng theo picomét Đáp số: 313 pm 59 ... PHẦN III TRẠNG THÁI NGƯNG TỤ CỦA CÁC CHẤT Chương 11 CÁC HỆ NGƯNG TỤ - LIÊN KẾT VÀ CẤU TRÚC TINH THỂ Mục tiêu Cần tập trung vào vấn đề: chương 11 Các khái niệm hệ ngưng tụ Tinh thể trạng thái vơ.. .2 MỤC LỤC Lời nói đầu Phần III Trạng thái ngưng tụ chất Chương 11 Các hệ ngưng tụ - Liên kết cấu trúc tinh thể 11.1 Mở đầu 11 .2 Các để phân loại trạng thái 11.3 Trạng thái rắn 11.3.1... đầu 12. 2 Cơ sở phương pháp phổ phân tử 12. 2.1 Sự xuất phổ 12. 2 .2 Sự tương tác xạ điện từ vật chất 12. 2.3 Một số đại lượng đặc trưng thường dùng 12. 2.4 Phổ kế 12. 3 Phổ nhiễu xạ tia X    12. 3.1