Khác với cấu trúc tinh thể các vật rắn đã xét, trong đó mỗi đơn vị cấu thành (ơ cơ sở) tạo nên từ một vài nguyên tử (ion, phân tử), polymer được tạo
Hình 1.16: Ơ cơ sở mạng tinh thể: a) CaF2; b) Cu2O; c) TiO2và BaTiO3
nên từ rất nhiều phân tử, mỗi phân tử lại có thể tạo bởi hàng triệu nguyên tử, lấy polyetylen phân tử, mỗi phân tử lại có thể tạo bởi hàng triệu nguyên tử. Lấy
polyetylen (C2H4)n làm ví dụ : mỗi phân tử của polyetylen cấu tạo bởi các liên kết đồng hóa trị mạnh và có hướng giữa cacbon và hyđro:
Liên kết theo cho phân tử polyetylen mạch kín. Nếu liên kết kép giữa hai nguyên tử C “mở” sang hai phía: Lúc đó có thể sẽ có vơ hạn các phân tử liên kết với nhau, cho một mạch hở dạng:
Mạch polymer tạo thành thớ gọi là mạch thẳng. Tuy nhiên, khái niệm “thằng” chỉ là tương đối bởi vì góc tạo bởi giữa các liên kết của nguyên tử cacbon là 109,5º giống như trong kim cương
Cần lưu ý rằng, không phải lúc nào mạch polymer cũng thằng, giá trị n
trong công thức phân tử đạt từ 103đến 106, vì vậy có những mạch dài đến 10μm. Liên kết giữa các mạnh trong polymer thực hiện bằng lực van der Waals.Thường thường polymer là vật liệu vơ định hình , tuy nhiên khi các mạch sắp xếp theo một tự xác định sẽ được polymer tinh thể . Quá trình”kết tinh” của
polymer phụ thuộc vào từng điều kiện cụ thể và cấu trúc của các mạch thành phần.
Trong thực tế, khơng có được polymer hồn tồn trật tự (tinh thể). Giữa các vùng trật tự bao giờ cũng tồn tại những vùng khơng trật tự (vơ định hình). Đó là polyme bán tinh thể vùng sắp xếp trật tự trong polymer cũng cấu tạo từ các ô cơ sở .
4.5. Dạng thù hình
Đó là sự tồn tại hai hay nhiều cấu trúc mạng tinh thể khác nhau của cùng một nguyên tố hoặc một hợp chất hóa học. Quá trình thay đổi cấu trúc mạng từ
dạng thù hình này sang dạng thù hình khác gọi là chuyển biến hình. Các dạng
thù hình thường được ký hiệu bằng các chữ cái Hy Lạp như : α, ß, γ,…
Cacbon là một trong những nguyên tố có nhiều dạng thù hình rất nhiều dạng thù hình rất khác nhau, khơng những về cấu trúc mạng mà cịn ở tính chất: bồ hóng (vơ định hình), graphit (mạng A9), kim cương (mạng A4), sợi cacbon (
cấu trúc lớp cuộn), fullere (cấu trúc cầu C60, C100,…)
Sự tồn tại các dạng thù hình phụ thuộc vào hai yếu tố cơ bản là nhiệt độ và áp suất. Ví dụ, graphit có thể tạo được ở điều kiện bình thường, trong khi chuyển biến thù hình graphit sang kim cương chỉ xảy ra ở nhiệt độ và áp suất rất
Các dạng thù hình của sắt (Fe) cũng có thể được coi là một ví dụ điển hình, có nhiều ý nghĩa trong kỹ thuật. Cấu trúc mạng A2 của α-Fe tồn tại ở nhiệt độ thấp hơn 911ºC, α-Fe là vật liệu sắt từ điển hình ở nhiệt độ dưới 769ºC. Từ 911ºC đến 1392ºC là γ-Fe, mạng A1. Nhiệt độ 1932ºC là nhiệt độ chuyển biến thù hình γ-Fe → δ-Fe (mạng A2 giống α-Fe).
Sự khác nhau về cấu trúc mạng tinh thể (số lượng, kích thước lỗ hổng cho
phép γ-Fe có khả năng hịa tan được nhiều hơn đáng kể các nguyên tử của một
số nguyên tố khác nhau (ví dụ: 2,14% C (trọng lượng) ở 1147ºC) so với α-Fe
(tương ứng 0,02%C (trọng lượng) ở 727ºC). Đó chính là cơ sở của các cơng nghệ nhiệt luyện như tơi, ram, hóa – nhiệt luyện nhằm điều chỉnh tính chất của thép theo yêu cầu và điều kiện làm việc cụ thể.