Giáo trình Hóa học đại cương 4 Chơng 1 Cấu trúc tinh thể và sự hình thành 1.1. Cấu tạo và liê n kế t nguyê n tử nguyê n tử = hạ t nhâ n + electron = (proton + nơtron) + electron nơtron không mang điệ n proton mang điện d ơng = điệ n tí ch của electron ng/tử trung hoà Khá i niệm cơ bả n về cấ u tạ o nguyê n tử Cấu hì nh electron (electron configuration) chỉ rõ: số lợng tử chí nh (1, 2, 3 ), ký hiệ u phâ n lớp (s, p, d ), số l ợng electron thuộc phâ n lớp (số mũ trê n ký hiệ u phâ n lớp). Ví dụ: Cu có Z = 29 có cấ u hì nh electron là 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 1 qua đó biế t đ ợc số electron ngoà i cùng (ở đâ y là 1, hóa trị 1). Các kim loạ i chuyể n tiế p: Fe có Z = 26: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2 1.1.2. Các dạng liê n kế t nguyê n tử trong chất rắn Các loạ i vậ t liệ u khác nhau có thể tồn tạ i cá c dạng liê n kế t riê ng. Sự khá c nhau của cá c dạng liê n kế t đó cũng là nguyê n nhâ n tạ o nê n các tí nh chấ t khá c nhau. a. Liê n kế t đồng hóa trị a. Liê n kế t đồng hóa trịa. Liê n kế t đồng hóa trị a. Liê n kế t đồng hóa trị Là liê n kế t của hai (hoặ c nhiề u) nguyê n tử góp chung nhau một số electron hóa trị để có đủ tá m electron ở lớp ngoà i cùng. Có thể lấ y ba ví dụ nh sau (hì nh 1.1). Clo có Z=17 (1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 ), có 7e ở lớp ngoà i cùng, 2 nguyê n tử Cl mỗi nguyê n tử góp chung 1 electron để lớp ngoài cùng 8e (hì nh 1.1a). + a) b) c) Hì nh 1.1. Sơ đồ biểu diễn liên kết đồng hóa trị a. phân tử clo, b. giecmani (Ge), c. mêtan (CH 4 ) Giecmani (Ge, z=32) có 4e lớp ngoà i cùng (4s 2 , 4p 2 ), 4 nguyên tử góp chung (hì nh 1.1b). Liê n kế t giữa cá c nguyê n tử cùng loạ i (từ IVB VIIB nh Cl, Ge) là loạ i đồng cực, còn giữa cá c nguyê n tố khá c loạ i nh CH 4 là loạ i dị cực. Mê tan (CH 4 ). Cacbon (z=6), có 4e lớp ngoà i cùng và 4 nguyê n tử H để mỗi nguyê n tử nà y góp cho nó 1 electron là m cho lớp electron ngoà i cùng đủ 8 (hì nh 1.1c). b. Liê n kế t ion b. Liê n kế t ionb. Liê n kế t ion b. Liê n kế t ion KL nhóm IB (Cu, Ag, Au), IIB (Zn, Cd, Hg) trao e các nguyê n tố : VIB (O, S ), VIIB (H, F, Cl, Br, I). Cá c ôxit kim loạ i nh Al 2 O 3 , MgO, CaO, Fe 3 O 4 , NiO có xu thế mạ nh với tạ o liê n kế t ion. Liê n kế t ion cà ng mạ nh khi lớp ngoà i cùng (cho) chứa í t e, nhận nằ m cà ng gầ n hạ t nhâ n. Liên kế t không đị nh h ớng (đị nh h ớng thì xá c suấ t liê n kế t lớn nhấ t theo ph ơng nối tâ m cá c nguyên tử), vậ t liệu có liê n kế t ion thì tí nh giòn cao. C H H H H Ge Ge Ge Ge Ge Cl Cl Cl Cl 5 Hì nh 1.2. Sơ đồ biểu diễn liên kết ion trong phân tử LiF Hì nh 1.3. Sơ đồ liên kết kim loại c. Liê n kế t kim loại ( c. Liê n kế t kim loại (c. Liê n kế t kim loại ( c. Liê n kế t kim loại ( hì nh 1.3) o Đ/n: là liê n kết trong đó các cation kim loạ i nhấ n chì m trong đám mâ y electron tự do. o Nă ng l ợng liê n kế t là tổng hợp (câ n bằ ng) cá c ion kim loạ i có vị trí xác đị nh. Cá c nguyê n tố nhóm Ia có tí nh kim loạ i điể n hì nh, cà ng dị ch sang bê n phả i tí nh chấ t kim loạ i càng giả m, tí nh đồng hóa trị trong liê n kế t cà ng tă ng. o Tí nh chấ t của kim loạ i : liê n kế t này tạ o cho kim loạ i các tí nh chấ t điể n hì nh: á nh kim hay vẻ sá ng, dẫ n nhiệ t và dẫ n điệ n tốt và tí nh dẻ o, dai cao d. d.d. d. Liê n kế t hỗn hợp Liê n kế t hỗn hợpLiê n kế t hỗn hợp Liê n kế t hỗn hợp - Thực ra các liê n kế t trong các chấ t, vậ t liệu thông dụng th ờng mang tí nh hỗn hợp của nhiề u loạ i. Ví dụ: Na và Cl có tí nh â m điệ n lầ n lợt là 0,9 và 3,0. Vì thế liê n kế t giữa Na và Cl trong NaCl gồm khoả ng 52% liê n kế t ion và 48% liê n kế t đồng hóa trị . e. e.e. e. Liê n kế t yế u (Van de Liê n kế t yế u (Van deLiê n kế t yế u (Van de Liê n kế t yế u (Van der Waals) r Waals)r Waals) r Waals) Do sự khá c nhau về tí nh â m điệ n tạ o thành và phâ n tử phâ n cực. Các cực trái dấ u hút nhau tạ o ra liê n kế t Van der Waals. Liê n kế t nà y yếu, rấ t dễ bị phá vỡ khi tă ng nhiệ t độ. 1.2. 1.2.1.2. 1.2. Sắp xế p nguyê n tử trong vật chất Sắp xế p nguyê n tử trong vật chấtSắp xế p nguyê n tử trong vật chất Sắp xế p nguyê n tử trong vật chất 1.2.1. Chất khí 1.2.1. Chất khí1.2.1. Chất khí 1.2.1. Chất khí Trong chấ t khí có sự sắ p xế p nguyê n tử một cá ch hỗn loạ n không có hì nh dạng, kí ch th ớc xác đị nh. 1.2.2. 1.2.2.1.2.2. 1.2.2. Chất rắn tinh thể Chất rắn tinh thểChất rắn tinh thể Chất rắn tinh thể Li + F - Me + Me + Me + Me + Me + Me + Me + Me + Me + Me + Me + Me + Me + Me + Me + Me + Ion d ơng Mâ y Electron Chất rắn tinh thể : - Trật tự gần, mà còn có cả trật tự xa. - Các kiểu mạ ng tinh thể xác đị nh: lậ p ph ơng, lục giá c, (hì nh 1.4) Hì nh 1.4. Sơ đồ mạ ng tinh thể 6 1.2.3. 1.2.3.1.2.3. 1.2.3. Chất lỏng, chất rắn vô đị nh hì nh và vi tinh thể Chất lỏng, chất rắn vô đị nh hì nh và vi tinh thểChất lỏng, chất rắn vô đị nh hì nh và vi tinh thể Chất lỏng, chất rắn vô đị nh hì nh và vi tinh thể a. a.a. a. Chất lỏng Chất lỏngChất lỏng Chất lỏng Trong phạ m vi hẹ p (khoả ng 0,25nm) cá c nguyê n tử chấ t lỏng có xu thế tiế p xúc (xí t) nhau tạ o thà nh các đám nhỏ, do vậ y không co lạ i khi né n nh chấ t khí , các đá m nguyê n tử nà y luôn hì nh thà nh và tan rã . Chấ t lỏng chỉ có trậ t tự gầ n, không có trậ t tự xa. Giữa cá c đám có khoả ng trống do đó mậ t độ xế p của chấ t lỏng thấ p, khi đông đặ c th ờng kè m theo giả m thể tí ch (co ngót). b. b.b. b. Chất rắn vô đị nh hì nh Chất rắn vô đị nh hì nhChất rắn vô đị nh hì nh Chất rắn vô đị nh hì nh ở một số chấ t, trạ ng thá i lỏng có độ sệ t cao, các nguyê n tử không đủ độ linh hoạ t để sắ p xế p lại khi đông đặ c; chấ t rắn tạ o thà nh có cấ u trúc giống nh chấ t lỏng tr ớc đó gọi là chất rắ n vô đị nh hì nh. Thủy tinh (mà cấ u tạ o cơ bản là SiO 2 ) là chấ t rắ n vô đị nh hì nh Nh vậ y về mặt cấ u trúc, cá c chất rắ n gồm 2 loạ i: tinh thể và vô đị nh hì nh. Kim loạ i, hợp kim và phầ n lớn cá c chất vô cơ, rấ t nhiều polyme - tinh thể Tuỳ theo bả n chất của vậ t liệ u và tốc độ là m nguội khi đông đặ c tinh thể hoặc vô đị nh hì nh. Thủy tinh nóng chả y, cá c phâ n tử SiO 2 [trong đó ion O 2- ở các đỉ nh khối tứ diện (bốn mặ t) tam giác đề u, tâ m của khối là ion Si 4+ nh biể u thị ở hì nh 1.5a] là m nguội bì nh th ờng vô đị nh hì nh (hì nh 1.5b); là m nguội vô cùng chậ m các phâ n tử SiO 2 có đủ thời gian sắ p xế p lại theo trậ t tự xa sẽ đ ợc thủy tinh (có cấ u trúc) tinh thể (hì nh 1.5c). a) c) Hì nh 1.5. Cấu trúc khối tứ diện [ SiO 4 ] 4- (a), thủy tinh thờng SiO 2 (b) thủy tinh tinh thể SiO 2 (c) c. c. c. c. Chất rắn vi tinh thể Chất rắn vi tinh thểChất rắn vi tinh thể Chất rắn vi tinh thể Cũng với vậ t liệ u tinh thể kể trên khi là m nguội từ trạ ng thá i lỏng rấ t nhanh (trê n d ới 10 4 độ/s) sẽ nhậ n đợc cấu trúc tinh thể nh ng với kí ch th ớc hạ t rấ t nhỏ (cỡ nm), đó là vậ t liệu có tê n gọi là vi tinh thể (còn gọi là finemet hay nanomet). Tóm lạ i các vậ t liệ u có ba kiể u cấ u trúc: tinh thể (th ờng gặ p nhấ t), vô đị nh hì nh và vi tinh thể (í t gặ p). 1.3. 1.3.1.3. 1.3. Khái niệ m về mạng tinh thể Khái niệ m về mạng tinh thểKhái niệ m về mạng tinh thể Khái niệ m về mạng tinh thể Đ/n: mạ ng tinh thể là mô hì nh không gian biể u diễ n quy luậ t hì nh học của sự sắ p xế p nguyê n tử. Phầ n lớn vật liệu có cấ u trúc tinh thể , tí nh chấ t rấ t đa dạ ng phụ thuộc và o kiể u mạ ng. 1.3.1. 1.3.1.1.3.1. 1.3.1. Tí nh đối xứng Tí nh đối xứngTí nh đối xứng Tí nh đối xứng Mạ ng tinh thể mang tí nh đối xứng, là một trong những đặ c điể m quan trọng, thể hiệ n cả ở hì nh dá ng bê n ngoà i, cấu trúc bê n trong cũng nh cá c tí nh chấ t của vậ t rắ n tinh thể . - Oxy - Si (b) 7 Tí nh đối xứng là tí nh chấ t hì nh học khi quay một điể m hay một phầ n tử xung quanh 1 điể m hay một đ ờng với một góc chúng sẽ trùng lặ p nhau. Điể m hay đ ờng đ ợc quay xung quanh đó đ ợc gọi là tâm hay trục đối xứng. Đối xứng qua mặ t phẳ ng đợc gọi là đối xứng gơng. Gọi n = 2 / là bậ c đối xứng, chỉ có n = 1, 2, 3, 4, 6; ký hiệ u L 1 , L 2 , L 3 , L 4 , L 6 . n=2 (L 2 ) n=3 (L 3 ) n=4 (L 4 ) n=6 (L 6 ) 1.3.2. 1.3.2.1.3.2. 1.3.2. Ô c ơ s ở Ô c ơ s ở Ô c ơ s ở Ô c ơ s ở - - ký hiệ u phơng, mặt tinh thể ký hiệ u phơng, mặt tinh thể ký hiệ u phơng, mặt tinh thể ký hiệ u phơng, mặt tinh thể a. a.a. a. Ô c ơ s ở Ô c ơ s ởÔ c ơ s ở Ô c ơ s ở Đ/n: là hì nh khối nhỏ nhất có cá ch sắp xế p nguyê n tử đại diện cho toà n bộ mạ ng tinh thể . Do tí nh đối xứng bằ ng ph ơng phá p xoay và tị nh tiế n ta sẽ suy ra toà n bộ mạ ng tinh thể Thông số mạ ng (hằ ng số mạ ng) là kí ch th ớc của ô cơ sở, th ờng là kí ch th ớc cá c cạ nh của ô cơ sở từ đó có thể Hì nh 1.6. Ô cơ sở và hệ tọa độ xá c đị nh toà n bộ kí ch th ớc của ô cơ sở (hì nh 1.6) b. b.b. b. Nút mạng Nút mạngNút mạng Nút mạng Nút mạ ng t ơng ứng với vị trí cá c nguyê n tử trong mạ ng tinh thể . c. c.c. c. Chỉ số phơng Chỉ số phơngChỉ số phơng Chỉ số phơng Ph ơng là đ ờng thẳ ng đi qua cá c nút mạ ng, đ ợc ký hiệ u bằ ng [u v w]; Ba chỉ số u, v, w là ba số nguyê n tỷ lệ thuận với tọa độ của nút mạ ng nằ m trê n ph ơng đóở gần gốc tọa độ nhất (hì nh 1.7). Chú ý: Ph ơng và mặ t tinh thể có kí ch th ớc vô hạn Trê n hì nh 1.7 giới thiệu ba ph ơng điể n hì nh trong mạ ng tinh thể của hệ lậ p ph ơng: - đ ờng ché o khối [111], đ ờng ché o mặ t [110], cạ nh [100]. Các ph ơng có cá c giá trị tuyệ t đối u, v, w giống nhau, tạ o nên họ ph ơng <uvw>. Ví dụ họ <110> gồm các ph ơng sau đây chúng có cùng quy luật sắ p xế p nguyê n tử: L a 3 5 2 1 4 Hì nh 1.7. Các phơng điển hì nh của Hì nh 1.8. Các mặt điển hì nh của hệ lập phơng hệ lập phơng a x y z [ 110 ] [111] [100] [ 010 ] [ 001 ] 8 [110], [011], [101], [1 1 0], [01 1 ], [ 1 01], [ 1 10], [0 1 1], [10 1 ], [ 11 0], [0 11 ], [ 1 0 1 ] (cá c đ ờng chéo) d. Chỉ số Miller của mặt tinh thể d. Chỉ số Miller của mặt tinh thểd. Chỉ số Miller của mặt tinh thể d. Chỉ số Miller của mặt tinh thể Mặ t tinh thể là tập hợp cá c mặ t có cách sắ p xế p nguyê n tử giống hệ t nhau, song song và cách đều nhau, chúng có cùng một ký hiệ u. Ngời ta ký hiệ u mặ t bằng chỉ số Miller (h k l). Cá c chỉ số h, k, l đ ợc xá c đị nh theo cá c b ớc nh sau: . tì m giao điể m của mặt phẳ ng trê n ba trục theo thứ tự Ox, Oy, Oz, . xác đị nh tọa độ cá c giao điể m, rồi lấ y các giá trị nghị ch đả o, . quy đồng mẫ u số, lấ y cá c giá trị của tử số, đó chí nh là cá c chỉ số h, k, l . Ví dụ, xá c đị nh cá c chỉ số Miller cho cá c mặ t mặ t điể m cắ t các trục nghị ch đả o chỉ số 1 1, 1, 1/2 1, 1, 2 (112) 2 1, 1, 1 1, 1, 1 (111) 3 1, 1, 1, 1, 0 (110) 4 1, , 1, 0, 0 (100) 5 1, 1, 2 1, 1, 1/2 (221) Hì nh 1.8 Sơ đồ ký hiệ u mặ t tinh thể theo chỉ số Miller Các mặt có cá c chỉ số giá trị tuyệ t đối h, k, l giống nhau tạ o nê n họ mặt {h k l}. Ví dụ, cá c mặ t hộp tạ o nê n họ {100} gồm (100), (010), (001), (100), (010), (001). e. e.e. e. Chỉ số Miller Chỉ số Miller Chỉ số Miller Chỉ số Miller - - Bravais trong hệ Bravais trong hệ Bravais trong hệ Bravais trong hệ lục giác lục giáclục giác lục giác Chỉ số Miller - Bravais với hệ có bốn trục tọa độ Ox, Oy, Ou, Oz (hì nh 1.9). Chỉ số Miller - Bravais đ ợc ký hiệ u bằ ng (h k i l), trong đó chỉ số thứ ba i (của trục Ou) có quan hệ : i = - (h + k) Hã y thử so sá nh hai chỉ số nà y cho cá c mặ t trong hệ lục giác đ ợc trì nh bà y ở hì nh 1.9: mặ t chỉ số Miller chỉ số Miller - Bravais ABHG (100) (10 1 0) BCIH (010) (01 1 0) AGLF (110) (1 1 00) ABCDEF (001) (0001) ACIG (1120) Hì nh 1.9. Hệ tọa độ trong hệ lục giá c và các mặt Cách ký hiệ u theo Miller - Bravais thể hiệ n đ ợc cá c mặ t bê n cùng họ và cùng cá ch sắp nguyê n tử. 1.3.3. 1.3.3.1.3.3. 1.3.3. Mật độ nguyê n tử Mật độ nguyê n tửMật độ nguyê n tử Mật độ nguyê n tử a. a. a. a. Mật độ xế p Mật độ xế pMật độ xế p Mật độ xế p Là mức độ dà y đặ c của nguyê n tử trong mạ ng tinh thể . Mậ t độ xế p theo ph ơng (chiề u dài) M l , theo mặ t M s hay trong toà n bộ thể tí ch mạ ng M v đ ợc xá c đị nh theo cá c công thức: M l = l / L, M s = s / S, M v = v / V x y u A B C D E F z G H I J K L 3 5 2 1 4 9 trong đó: l, s, v lầ n l ợt là chiề u dài, diệ n tí ch, thể tí ch bị nguyê n tử (ion) chiế m chỗ, L, S, V lần l ợt là tổng chiề u dà i, diệ n tí ch, thể tí ch xem xé t. b. b.b. b. Số phối trí (số sắp xế p) Số phối trí (số sắp xế p)Số phối trí (số sắp xế p) Số phối trí (số sắp xế p): là số l ợng nguyê n tử cá ch đều gầ n nhấ t một nguyê n tử đã cho. Số sắ p xế p cà ng lớn chứng tỏ mạ ng tinh thể cà ng dà y đặ c. c. c.c. c. Lỗ hổng Lỗ hổngLỗ hổng Lỗ hổng Là không gian trống giữa cá c nguyê n tử (coi nguyê n tử là hì nh cầ u đặ c). Kí ch th ớc lỗ hổng đ ợc đá nh giá bằng đ ờng kí nh hay bá n kí nh quả cầu lớn nhất có thể đặt lọt vào. 1.4. 1.4.1.4. 1.4. Cấu trúc tinh thể điể n hì nh của chất rắn Cấu trúc tinh thể điể n hì nh của chất rắnCấu trúc tinh thể điể n hì nh của chất rắn Cấu trúc tinh thể điể n hì nh của chất rắn 1.4.1 1.4.11.4.1 1.4.1. Chất rắn có liê n kế t kim loại (kim loại nguyê n chất) Chất rắn có liê n kế t kim loại (kim loại nguyê n chất)Chất rắn có liê n kế t kim loại (kim loại nguyê n chất) Chất rắn có liê n kế t kim loại (kim loại nguyê n chất) Đặ c tí nh cấ u trúc của kim loạ i là : nguyê n tử (ion) luôn có xu h ớng xế p xí t chặt với kiểu mạng đơn giản (nh lập ph ơng tâ m mặt, lậ p ph ơng tâ m khối, lục giá c xế p chặ t). a. a.a. a. Lập phơng tâm khối A2 Lập phơng tâm khối A2Lập phơng tâm khối A2 Lập phơng tâm khối A2 Ô cơ sở là hì nh lậ p phơng, cạ nh bằ ng a, cá c nguyê n tử (ion) nằ m ở cá c đỉ nh và tâ m khối (hì nh 1.10a, b và c). Số l ợng nguyê n tử cho mỗi ô: n v = 8 đỉ nh. 1/8 + 1 giữa = 2 nguyê n tử (a) (b) (c) d) Th ờng dùng cách vẽ t ợng tr ng (hì nh c). Nguyê n tử nằ m xí t nhau theo ph ơng <111>, do đó: - đ ờng kí nh nguyên tử d ng.t = 2 3 a , số sắ p xế p là 8. Các mặt tinh thể xếp dày đặ c nhấ t là họ {110}. Mậ t độ xế p thể tí ch M v = 68%. Có hai loạ i lỗ hổng: hì nh 4 mặ t và hì nh 8 mặ t nh trì nh bà y ở hì nh d. Loạ i 8 mặ t có kí ch th ớc bằ ng 0,154 d ng.t nằ m ở tâm các mặ t bên {100} và giữa cá c cạnh a. Loạ i 4 mặ t có kí ch th ớc lớn hơn một chút, bằ ng 0,291 d ng.t nằ m ở 4 1 trê n cạ nh nối điể m giữa cá c cạ nh đối diệ n của cá c mặ t bên. Nh vậ y trong mạ ng A2 có nhiề u lỗ hổng a lỗ hổng 4 mặt lỗ hổng 8 a a {100} {110} Hì nh 1.10. Ô cơ sở mạng lập phơng tâm khối (a, b), các lỗ hổng (c) và cách xếp các mặt tinh thể { 100 } và { 110 } (d) 10 nh ng kí ch th ớc đề u nhỏ, lớn nhấ t cũng không quá 30% kí ch th ớc (đ ờng kí nh) nguyê n tử. Các kim loạ i có kiể u mạ ng A1 th ờng gặ p là : Fe , Cr, Mo, W. Mạ ng chí nh ph ơng tâ m khối chỉ khá c mạng A2 ở a = b c b. b.b. b. Lập phơng tâm mặt A1 Lập phơng tâm mặt A1Lập phơng tâm mặt A1 Lập phơng tâm mặt A1 o Khá c với kiể u mạ ng A2 là thay cho nguyê n tử nằ m ở trung tâ m khối là nguyê n tử nằ m ở trung tâ m các mặ t bê n, nh biể u thị ở cá c hì nh 1.11a, b và c. a) b) c) d) o Số nguyê n tử trong 1 ô là: n v = 8 đỉ nh. 1/8 + 6 mặ t. 1/2 = 4 nguyê n tử. o Trong mạ ng A1, các nguyên tử xếp xí t nhau theo ph ơng đờng ché o mặ t <110>, do đó: đ ờng kí nh d ng.t = 2 2 a , số sắ p xế p là 12. o Cá c mặ t tinh thể dà y đặc nhất là họ {111}. Mật độ xếp thể tí ch M v =74%, mạ ng A1 nà y là kiể u xế p dà y đặ c hơn A2 và là một trong hai kiể u xếp dày đặc nhấ t. Có 2 loạ i lỗ hổng hì nh 4 mặ t và hì nh 8 mặ t nh trì nh bà y ở các hì nh 1.11c. Loạ i bốn mặt có kí ch th ớc 0,225 d ng.t (đỉ nh1 và tâ m ba mặ t 2,3,4). Đáng chú ý là loạ i lỗ hổng hì nh tá m mặ t, nó có kí ch th ớc lớn hơn cả, bằ ng 0,414d ng.t , nằm ở trung tâ m khối và giữa cá c cạ nh a. So với mạ ng A2, mạng A1 tuy dà y đặ c hơn song số l ợng lỗ hổng lạ i í t hơn mà kí ch th ớc lỗ hổng lạ i lớn hơn hẳ n (0,225 và 0,41 so với 0,154 và 0,291). Chí nh điề u nà y (kí ch th ớc lỗ hổng) mới là yếu tố quyế t đị nh cho sự hòa tan d ới dạ ng xen kẽ . Khá nhiề u kim loại điể n hì nh có kiể u mạ ng nà y: sắ t (Fe ), Ni, Cu, Al với hằ ng số a mạng lầ n l ợt bằ ng 0,3656, 0,3524, 0,3615, 0,4049nm; ngoà i ra còn có Pb, Ag, Au. a 1 2 3 4 A B { 100 } {111} B A C Hì nh 1.11. Ô cơ sở mạng lập phơng tâm mặt (a, b), các lỗ hổng (c) và cách xếp các mặt tinh thể {100} và {111} (d) 11 c. c.c. c. Lục giác Lục giácLục giác Lục giác xế p chặt A3 xế p chặt A3 xế p chặt A3 xế p chặt A3 Các nguyên tử nằ m trê n 12 đỉ nh, tâm của 2 mặ t đáy và tâm của ba khối lă ng trụ tam giá c cá ch đề u nhau (hì nh 1.12a, b và c). a) b) c) d) Hì nh 1.12. Ô cơ sở mạng lục giác xếp chặt (a,b,c) và cách xếp các mặt tinh thể {0001} (d) Số l ợng nguyê n tử trong 1 ô: n v = 12 đỉ nh/6 + 2 giữa mặ t/2 + 3 tâ m = 6 nguyê n tử Nguyê n tử xế p xí t nhau theo cá c mặ t đáy (0001). 3 nguyê n tử ở giữa song song với mặ t đáy sắ p xế p nguyê n tử giống nh 2 mặ t đáy, nh ng nằ m ở các hõm cách đề u nhau (hì nh 1.12d). Mạ ng lục giá c xế p chặt thì c/a = 38 hay 1,633. Tuy nhiê n trong thực tế c/a có xê dị ch nên quy ớc: c/a = 1,57 ữ 1,64 thì mạng đ ợc coi là xế p chặ t, 1,57 < c/a < 1,64 không xế p chặt. Các kim loạ i có kiể u mạ ng nà y í t thông dụng hơn là : Ti với a = 0,2951nm, c = 0,4679nm, c/a = 1,5855 (xế p chặ t), Mg với a = 0,3209nm, c = 0,5210nm, c/a = 1,6235 (xế p chặ t), Zn với a = 0,2664nm, c = 0,4945nm, c/a = 1,8590 (không xế p chặ t). 1.4.2. 1.4.2.1.4.2. 1.4.2. Chất rắn có liê n kế t đồng hóa trị Chất rắn có liê n kế t đồng hóa trịChất rắn có liê n kế t đồng hóa trị Chất rắn có liê n kế t đồng hóa trị a. a.a. a. Kim cơng A4 Kim cơng A4Kim cơng A4 Kim cơng A4 Kim c ơng là một dạ ng tồn tạ i (thù hì nh) của cacbon với cấ u hì nh electron là 1s 2 2s 2 2p 2 , vậ y số e lớp tham gia liê n kế t là N = 4, số sắ p xế p sẽ là 4 tức là mỗi một nguyê n tử cacbon có 4 nguyê n tử bao quanh gầ n nhấ t. Hì nh 1.14. ô cơ sở của mạng tinh thể kim cơng (a), vị trí các nguyên tử (b) và liên kết (c) Ô cơ sở mạ ng kim c ơng (hì nh 1.14a), đ ợc tạ o thà nh trê n cơ sở của ô cơ sở A1 có thêm bốn nguyên tử bê n trong với các tọa độ (xem hì nh 1.14b): 1/4, 1/4, 1/4 (1); 3/4, 3/4, 1/4 (2); 1/4, 3/4,3/4 (3); 3/4, 1/4, 3/4 (4). nằ m ở tâ m của bốn khối 1/8 cá ch đề u nhau. Cá c nguyê n tử cacbon đề u có liê n kế t đồng hóa trị với nă ng l ợng lớn nê n kim c ơng có độ cứng rấ t cao (cao nhấ t trong thang độ cứng). A B 12 b. b.b. b. Mạng grafit Mạng grafitMạng grafit Mạng grafit Có mạ ng lục giác lớp (hì nh 1.15a), trong một lớp khoả ng cách giữa cá c nguyê n tử a = 0,246nm, liê n kế t đồng hoá trị . Khoả ng cá ch giữa cá c lớp c = 0,671nm, t ơng ứng với liê n kế t yếu Van der Waals, grafit rất dễ bị tách lớp , rấ t mề m, nó đợc coi nh là một trong những chấ t rắ n có độ cứng thấ p nhấ t. c. c.c. c. Cấu trúc của sợi cacbon và fullerene Cấu trúc của sợi cacbon và fullereneCấu trúc của sợi cacbon và fullerene Cấu trúc của sợi cacbon và fullerene Phâ n tử cacbon C 60 gọi là fullerene do hai nhà khoa học H. Kroto (Anh) và R. Smalley (Mỹ) tạo ra 1985 (Nobel năm 1995) (hì nh 1.15c): 60 nguyê n tử C nằ m trên mặ t cầu gồm 12 ngũ giác và 20 lục giác đều, nằ m xen kẽ nhau tạo đối xứng tròn, ứng với độ bền và độ cứng rất cao của nó chắc chắn hứa hẹn sẽ có những ứng dụng kỳ lạ trong kỹ thuậ t. Sợi cacbon đ ợc trì nh bày ở hì nh 1.15b Hì nh 1.15. Cấu trúc mạng của grafit (a), sợi cacbon (b) và fullerene (c). d. d.d. d. Cấu trúc của SiO Cấu trúc của SiOCấu trúc của SiO Cấu trúc của SiO 2 22 2 Hì nh 1.5a, là mô hì nh sắ p xế p không của các khối tứ diệ n tam giác đề u SiO 4 4- của SiO 2 . Thạ ch anh với cấ u trúc lục giá c (hì nh 1.16a), cristobalit với cấ u trúc lậ p ph ơng (hì nh 1.16b). Trong điề u kiện nguội nhanh sẽ nhận đ ợc thủy tinh (vô đị nh hì nh) nh ở hì nh 1.5b. Hì nh 1.15. Sắp xếp khối tứ diện (SiO 4 ) 4- trong thạch anh (a), cristobalit (b). 1.4.3. 1.4.3.1.4.3. 1.4.3. Chất rắn có liê n kết ion Chất rắn có liê n kế t ionChất rắn có liê n kế t ion Chất rắn có liê n kế t ion Cấ u trúc tinh thể của hợp chấ t hóa học có liê n kết ion phụ thuộc và o hai yế u tố: [...]... 2) Có tỷ lệ chí nh xá c giữa cá c nguyê n tố theo công thức hóa học AmBn 3) Tí nh chấ t : khá c hẳ n cá c nguyê n tố thà nh phầ n giòn 4) Có nhiệ t độ chả y xá c đị nh, khi tạ o thà nh tỏa nhiệ t 5) khá c vớ i cá c hợp chấ t hóa học thông thờng, cá c pha trung gian không hoà n toà n tuâ n theo quy luậ t hó a trị khô ng có thà nh phầ n hóa học chí nh xá c theo công thức, có liê n kế t kim loạ i Cá... 2) Có tỷ lệ chí nh xá c giữa cá c nguyê n tố theo công thức hóa học AmBn 3) Tí nh chấ t : khá c hẳ n cá c nguyê n tố thà nh phầ n giòn 4) Có nhiệ t độ chả y xá c đị nh, khi tạ o thà nh tỏa nhiệ t 5) khá c vớ i cá c hợp chấ t hóa học thông thờng, cá c pha trung gian không hoà n toà n tuâ n theo quy luậ t hó a trị khô ng có thà nh phầ n hóa học chí nh xá c theo công thức, có liê n kế t kim loạ i Cá... Pb, b trớc cùng tinh với 40%Sn [ độc lập là các hạt lớn màu đen bị bao bọc bởi cùng tinh [+] 3.2.6 Giản đồ loại IV Đ/n: Là GĐP hai cấ u tử có tạ o thà nh hợp chấ t hóa học AmBn, Dạ ng đ iể n hì nh là hệ HK Mg-Ca (hì nh 3.14) với hợp chấ t hoá học ổn đị nh Mg4Ca3, = tổng của hai giả n đ ồ loạ i I: Mg - Mg4Ca3 và Mg4Ca3-Ca Đợc khả o sá t nh 2 giả n đồ độc lậ p nhiệ t độ , Đ/điể m: hai loạ i dung dị ch rắ... ổn đị nh (1), giả ổn đị nh (2) nê n cá c pha khá c nhau và không ổn đ ị nh (3) Tạ o thà nh hỗ n hợp cơ học A + B tá c: Khi có tơng tác: 2 trờng hợp xả y ra: - hòa tan thà nh dung dị ch rắ n, tổ chức một pha nh kim loạ i nguyê n chấ t (hì nh 3.2b) dung môi - phả n ứ ng với nhau thà nh hợp chấ t hóa học, tạ o thà nh kiể u mạ ng mới khá c hẳ n 3.1.2 Dung dị ch rắn a Khái niệ m - phâ n loạ i phân loại Đ/n:... ổn đị nh (1), giả ổn đị nh (2) nê n cá c pha khá c nhau và không ổn đ ị nh (3) Tạ o thà nh hỗ n hợp cơ học A + B tá c: Khi có tơng tác: 2 trờng hợp xả y ra: - hòa tan thà nh dung dị ch rắ n, tổ chức một pha nh kim loạ i nguyê n chấ t (hì nh 3.2b) dung môi - phả n ứ ng với nhau thà nh hợp chấ t hóa học, tạ o thà nh kiể u mạ ng mới khá c hẳ n 3.1.2 Dung dị ch rắn a Khái niệ m - phâ n loạ i phân loại Đ/n:... Pb, b trớc cùng tinh với 40%Sn [ độc lập là các hạt lớn màu đen bị bao bọc bởi cùng tinh [+] 3.2.6 Giản đồ loại IV Đ/n: Là GĐP hai cấ u tử có tạ o thà nh hợp chấ t hóa học AmBn, Dạ ng đ iể n hì nh là hệ HK Mg-Ca (hì nh 3.14) với hợp chấ t hoá học ổn đị nh Mg4Ca3, = tổng của hai giả n đ ồ loạ i I: Mg - Mg4Ca3 và Mg4Ca3-Ca Đợc khả o sá t nh 2 giả n đồ độc lậ p nhiệ t độ , Đ/điể m: hai loạ i dung dị ch rắ... liê n kế t ion vẫ n có cá c kiể u mạ ng đơn giả n (A1, A2) nhng sự phâ n bố cá c ion trong đó khá phức tạ p nê n vẫ n đ ợc coi là có mạ ng phứ c tạ p Có thể hì nh dung mạ ng tinh thể cá c hợp chấ t hóa học với liê n kế t ion đợc tạ o thà nh trê n cơ sở của ô cơ sở của ion â m, cá c ion d ơng còn lạ i chiế m một phầ n hay toà n bộ cá c lỗ hổng Tỉ mỉ về cấ u trú c củ a chấ t rắ n có liê n kế t ion đợc... tinh thể , phầ n còn lạ i là vô đ ị nh hì nh 1.4.5 Dạng thù hì nh Thù hì nh hay đ a hì nh là sự tồn tạ i hai hay nhiề u cấ u trúc mạ ng tinh thể khá c nhau củ a cù ng mộ t nguyê n tố hay một hợp chấ t hóa học, mỗi cấ u trúc khá c biệ t đó đợc gọ i là dạ ng thù hì nh: ký hiệ u , , , , Quá trì nh thay đổi từ dạ ng thù hì nh nà y sang dạ ng thù hì nh khá c đ ợc gọi là chuyể n biế n thù hì nh Cá c yế u tố... c/mm2 S hạ t, mm2 9 256 4096 2.10-4 10 512 8200 1.10-4 11 1024 16400 6.10-5 12 2048 32800 3.10-5 13 4096 65600 1,6.10-5 14 8200 131200 7,88.10-6 17 Hì nh 1.21 Thang ảnh cấp hạt chuẩn ứng với độ phóng đại x100 c Siê u hạ t Nế u nh khối đa tinh thể gồm cá c hạ t (kí ch thớc hà ng chục - hà ng tră m àm) vớ i ph ơ ng mạ ng lệ ch nhau một góc đá ng kể (hà ng chục độ), đế n lợt mỗ i hạ t nó cũ ng gồ m nhiề... của tinh thể (hạ t), hai loạ i mầ m: tự sinh và ngoạ i lai Mầ m tự sinh Cá c đ á m nguyê n tử có kí ch thớc đủ lớn r rth (coi chúng là cá c hì nh cầ u bá n kí nh r) mà theo tí nh toá n về nhiệ t động học, rth (bá n kí nh tới hạ n của mầ m) đợc tí nh theo công thức: rth = 2 , trong đó: Gv - sức că ng bề mặ t giữ a rắ n và lỏng, Gv - chê nh lệ ch nă ng lợng tự do (GL - GR) tí nh cho một đơn vị thể tí . Giáo trình Hóa học đại cương 4 Chơng 1 Cấu trúc tinh thể và sự hình thành 1.1. Cấu. các tí nh chấ t khá c nhau. a. Liê n kế t đồng hóa trị a. Liê n kế t đồng hóa trịa. Liê n kế t đồng hóa trị a. Liê n kế t đồng hóa trị Là liê n kế t của. 1.4.2. 1.4.2.1.4.2. 1.4.2. Chất rắn có liê n kế t đồng hóa trị Chất rắn có liê n kế t đồng hóa trịChất rắn có liê n kế t đồng hóa trị Chất rắn có liê n kế t đồng hóa trị a. a.a. a. Kim cơng A4 Kim cơng A4Kim