HI THO CHUYấN BI DNG HC SINH GII CC TRNG THPT CHUYấN KHU VC DUYấN HI V NG BNG BC B NM 2015 TRNG THPT CHUYấN NGUYN BNH KHIấM-QUNG NAM CHUYấN BI DNG HC SINH GII MễN HểA HC MT S VN V TINH TH NGI THC HIN: V TH LINH A PHN M U Lý chn ti Tinh th l mt trng thỏi quan trng ca s tn ti vt cht, nú cú nhng quy lut v khỏi nim khỏc so vi phn cu to nguyờn t, liờn kt, nng lng,nhng nu hiu v nú thỡ s giỳp cho vic gii quyt mt s tớnh cht ca nguyờn t nh tớnh cht vt lý ca kim loi, ca cỏc hp cht cú liờn kt ionrt c th Trong chng trỡnh sỏch giỏo khoa 10 ch núi rt ngn gn v tinh th, m bi phn tinh th thỡ li liờn quan n Toỏn v rt tru tng i vi hc sinh v c giỏo viờn v cỏc thi olimpic, hc sinh gii thỡ hu nh nm no cng cú bi phn Tinh th ú l lý tụi vit chuyờn ny mt phn no giỳp cỏc em hc sinh cú cỏi nhỡn chi tit hn v mng Tinh th Mc ớch ca ti Giỳp hc sinh cú cỏi nhỡn c th, chi tit hn v Tinh th, t ú dng gii quyt c cỏc bi v gii thớch c mt s tớnh cht vt lý chung ca cỏc cht theo tng kiu mng Chuyờn gm phn Phn 1: Cỏc khỏi nim, mt s quy lut ca th gii tinh th Phn : Xột tng i chi tit cỏc loi tinh th, cú vớ d minh B PHN NI DUNG MT S KHI NIM 1.1 Tinh th : l nhng cht cú s sp xp tun hon, u n cỏc yu t cu to ( cỏc nguyờn t, ion, phõn t) dn n s tn ti cỏc mt v cỏc gúc xỏc nh gia cỏc mt ú Hay Tinh th l dng cu trỳc lớ tng ca vt cht trng thỏi rn, l dng cú trt t cao nht ca s sp xp vt cht 1.2 Mng li tinh th hay cũn gi l cu trỳc tinh th : l mng li khụng gian ba chiu ú cỏc nỳt mng l cỏc n v cu trỳc (nguyờn t , ion, phõn t ) Mng tinh th gm + Tinh th kim loi + Tinh th ion + Tinh th nguyờn t ( Hay tinh th cng hoỏ tr) + Tinh th phõn t 1.3 H trc ta ca mng tinh th trựng vi h OXYZ 1.4 Khỏi nim v ụ c s: L mng tinh th nh nht m bng cỏch tnh tin nú theo hng ca ba trc tinh th ta cú th thu c ton b tinh th Hoc l mt hỡnh khụng gian nh nht cú i xng cao nht, cú s gúc vuụng nhiu nht, cú th tớch nht gi l ụ mng c s Mi ụ c s c c trng bi cỏc thụng s hay hng s mng: a, b, c, , , 1.5 Nguyờn lớ xp cỏc qu cu c khớt: Trong mng tinh th cỏc qu cu ng nht c khớt cú xu hng sp xp cht khớt nht Trong mt lp cú hai cỏch xp c khớt qu cu ng nht l cỏch xp bn phng v sỏu phng, cỏch xp sỏu phng c khớt hn c 1.6 S n v cu trỳc : l s nguyờn t trn hay s qu cu mt ụ mng c s Nú ph thuc vo tng kiu mng v luụn nhn giỏ tr nguyờn dng 1.7 S phi trớ: l s nguyờn t khỏc liờn kt vi nguyờn t cn tớnh v gia chỳng cú khong cỏch bng Nú ph thuc vo tng kiu mng v luụn nhn giỏ tr nguyờn dng 1.8 c khớt (P): l t l th tớch gia s qu cu mt ụ mng vi th tớch ca ton b ụ mng Nhỡn chung P cng ln thỡ mng cng bn P= Tụng thờ tớch cỏc qua cõu 100% Thờ tớch ụ mang XẫT KIU MNG TINH TH 2.1 TINH TH KIM LOI: Trong bng HTTH cú khong gn 80% nguyờn t l kim loi, nguyờn t kim loi cú ớt electron húa tr nờn hỡnh thnh cỏc phõn t kiu nh Li2, Be2, cũn cú obitan trng gn vi v trớ cỏc obitan phõn t (MO) b chim nờn cú xu hng xy tng tỏc to thnh mng li tinh th Vy tinh th kim loi c to thnh nh ch yu l liờn kt kim loi n v cu trỳc mng tinh th ú l cỏc nguyờn t kim loi S phi trớ thng t ti l 12 2.1.1 Mt s kiu mng tinh th kim loi a Mng lp phng tõm - Cỏc kim loi kim, Ba, Cr, Fe, W, cú cu trỳc ny ( cũn gi chung l cu trỳc tinh th vonfram) a a a = 4r - S qu cu mt ụ c s : Qu cu nm nh ca hỡnh lp phng v tõm ca hỡnh lp phng nờn s qu cu mt ụ mng c tớnh + 1/8 = - S phi trớ l: r 3 Tng th tớch qu cu = = a3 Th tớch ca mt ụ c s 3 (a ) = 68% a3 Vy c khớt l 68% b Mng tinh th lp phng tõm din a a a = 4.r - S qu cu mt ụ c s : Qu cu nm nh v tõm cỏc mt ca hỡnh lp phng nờn s qu cu tớnh : 1/2 + 1/8 = - S phi trớ l: 12 Tng th tớch qu cu 4 r 3 = Th tớch ca mt ụ c s a3 4 (a ) = = 74% a3 Vy c khớt l 74% - S hc t din l - S hc bỏt din l + 12.1/4 = - Cỏc kim loi Ni, Cu, Ag, Au, Al, cú cu trỳc tinh th lp phng tõm mt Ngi ta cũn gi l cu trỳc tinh th Cu c Mng tinh th lc phng cht khớt a 2a b= a a a a a = 2.r Ô sở a a a - S qu cu mt ụ c s : 6/2 = Hỡnh lc phng c khớt l s kt hp ca ụ c s : Qu cu nm cỏc nh ca hỡnh lc phng, tõm mt ỏy, nguyờn t t nờn s qu cu 12 1/6 + 1/2 + = r 3 Tng th tớch qu cu = Th tớch ca mt ụ c s a.a = 2a 2 a ( )3 = 74% a3 - Hc t din l - Hc bỏt din l - Cỏc kim loi Zn, Mg, Be, cú cu trỳc mng tinh th ny Ngi ta cũn gi l cu trỳc tinh th Mg Nhn xột: Bng tng quỏt cỏc c im ca cỏc mng tinh th kim loi Cu trỳc Hng s S S S mng ht phi hc (n) trớ T - Lp ===90 phng a=b=c o S hc O c Kim loi khớt (%) - 68 Kim loi kim, Ba, tõm Fe, V, Cr, (lptk:bcc) Lp ===90o phng a=b=c 12 74 Au, Ag, Cu, Ni, Pb, Pd, tõm din Pt, (lptd: fcc) Lc == 90o phng =120o 12 74 Be, Mg, Zn, Tl, Ti, c khớt abc (hpc) 2.1.2 Quy tc tớnh kiu mng tinh th kim loi Quy tc Engel v Brewer Quy tc ny cho bit cu trỳc kim loi v hp kim ph thuc vo s electron s v p c thõn trung bỡnh trờn mt nguyờn t kim loi trng thỏi kớch thớch l a Nu a < 1,5 : Lp phng tõm Nu 1,7 < a< 2,1 : Lc phng cht khớt Nu 2,5 < a < 3,2 : Lp phng tõm din Nu a : Mng tinh th kim cng 2.1.3 Khi lng riờng ca kim loi Cụng thc tớnh lng riờng ca kim loi D= 3.M P (*) hoc D = (n.M) / (NA.V1 ụ ) r N A M : Khi lng kim loi (g) ; NA: S Avogaro, n: s nguyờn t ụ c s P : c khớt (mng lp phng tõm P = 68%; mng lp phng tõm din, lc phng cht khớt P = 74%) r : Bỏn kớnh nguyờn t (cm), V1ụ : th tớch ca ụ mng.: 2.1.4 nh hng ca liờn kt kim loi n tớnh cht vt lý ca kim loi Do cu trỳc c bit ca mng tinh th kim loi m cỏc kim loi rn cú nhng tớnh cht vt lý chung: tớnh dn in, tớnh dn nhit, tớnh do, ỏnh kim Cỏc tớnh cht vt lý chung ú u electron t kim loi gõy Ngoi c im ca liờn kt kim loi nh mt nguyờn t (hay c khớt), mt electron t do, in tớch ca cation kim loi cng nh hng n cỏc tớnh cht vt lý khỏc ca kim loi nh: cng, nhit núng chy, nhit sụi, t Bi 1: Tớnh lng riờng ca tinh th Ni, bit Ni kt tinh theo mng tinh th lp phng tõm mt v bỏn kớnh ca Ni l 1,24 A Gii: a= a 4r 4.1, 24 = = 3,507( A) ; P = 0,74 2 Khi lng riờng ca Ni: a 3.58, 7.0, 74 23 =9,04 (g/cm ) 4.3,14.(1, 24.10 ) 6, 02.10 a = 4.r Bi 2: ( HSG QG 2007) Thc nghim cho bit pha rn, vng ( Au) cú lng riờng l 19,4 g/cm3 v cú mng li lp phng tõm din di cnh ca ụ mng n v l 4,070.10 -10 m Khi lng mol nguyờn t ca vng l: 196,97 g/cm3 Tớnh phn trm th tớch khụng gian trng mng li tinh th ca vng Xỏc nh tr s ca s Avogadro Gii: - S nguyờn t ụ c s: 8.1/8 + 6.1/2 = a - Bỏn kớnh nguyờn t Au: a 4.r = a r= a /4= 1,435.10-8 cm a = 4.r Th tớch b chim bi cỏc nguyờn t: Vnguyờn t= 4/3..r3 = 4.4/3.3,14.(1,435.10-8 )3 = 5.10-23 cm3 Th tớch ụ n v: V1ụ = a3 = (4,070.10-8 )3 = 6,742.10-23 cm3 Phn trm th tớch khụng gian trng: (V1ụ - Vnguyờn t).100 / Vnguyờn t = 26% Tr s ca s Avogadro: NA = (n.M)/ ( D.Vụ) = 6,02.1023 Bi 3: ng kt tinh theo kiu lp phng tõm din a Tớnh cnh ca hỡnh lp phng ca mng tinh th v khong cỏch ngn nht gia hai tõm ca hai nguyờn t ng mng, bit nguyờn t ng cú bỏn kớnh bng 1,28A b Tớnh lng riờng ca ng theo g/ cm3 Cho Cu = 64 Gii: Bỏn kớnh nguyờn t Cu l: r = 1,28.10-8 cm T cụng thc: 4.r = a a= 4.r / = (4.1,28.10-8 )/1,41 = 3,63.10-8 cm Khong cỏch ngn nht gia tõm ca hai nguyờn t ng mng 2.r = 2,56.10-8 cm Khi lng riờng: D = (n.M) / (NA.V1 ụ ) = 8,896 g/cm3 Bi 4: ( HSG QG 2009) Mỏu c th ngi cú mu vỡ cha hemoglobin ( cht chuyn oxi cha st) Mỏu ca mt s ng vt nhuyn th khụng cú mu m cỏ mu khỏc vỡ cha kim loi khỏc ( X) T bo n v ( ụ mng c s) lp phng tõm din ca tinh th X cú cnh bng 6,62.10-8 cm Khi lng riờng ca nguyờn t ny l 8920 kg/m3 a Tớnh th tớch ca cỏc nguyờn t mt t bo v phn trm th tớch ca t bo b chim bi cỏc nguyờn t b Xỏc nh nguyờn t X Gii: S nguyờn t mt t bo: 8.1/8 + 6.1/2 = Tớnh bỏn kớnh nguyờn t: r = 1,276.10-8 cm Th tớch b chim bi cỏc nguyờn t V nguyờn t = 4.4/3..r3 = 3,48.10-23 cm3 Th tớch ụ mng c s V 1ụ = a3 = 4,7.10-23 cm3 Phn trm th tớch t bo b chim bi cỏc nguyờn t: 74% Khi lng mol phõn t: M = 63,1 g/mol Vy X l ng Bi 5: Xỏc nh lng riờng ca Na, Mg, K Sau ú in vo bng v so sỏnh lng riờng ca cỏc kim loi ú, gii thớch kt qu tớnh c Kim loi Nguyờn t (v.C) Bỏn kớnh nguyờn t ( A ) Mng tinh th c khớt Khi lng riờng lý thuyt (g/cm3) Khi lng riờng thc nghim (g/cm3) Gii: D= Na 22,99 1,89 Lptk 0,68 Mg 24,31 1,6 Lpck 0,74 Al 26,98 1,43 Lptm 0,74 0,97 1,74 2,7 Xỏc nh lng riờng ca cỏc kim loi trờn theo cụng thc: 3.M P r N A Kim loi Nguyờn t (v.C) Bỏn kớnh nguyờn t ( A ) Mng tinh th c khớt Khi lng riờng lý thuyt (g/cm3) Khi lng riờng thc nghim (g/cm3) Na 22,99 1,89 Lptk 0,68 0,919 0,97 Mg 24,31 1,6 Lpck 0,74 1,742 1,74 Al 26,98 1,43 Lptm 0,74 2,708 2,7 Nhn xột: Khi lng riờng tng theo th t: DNa < DMg < DAl: l s bin i cu trỳc mng tinh th kim loi, c khớt tng dn v lng mol nguyờn t tng dn Bi T nhit phũng n 1185K st tn ti dng Fe vi cu trỳc lp phng tõm khi, t 1185K n 1667K dng Fe vi cu trỳc lp phng tõm din 293K st cú lng riờng d = 7,874g/cm3 a) Hóy tớnh bỏn kớnh ca nguyờn t Fe b) Tớnh lng riờng ca st 1250K (b qua nh hng khụng ỏng k s dón n nhit) Thộp l hp kim ca st v cacbon, ú mt s khong trng gia cỏc nguyờn t st b chim bi nguyờn t cacbon Trong lũ luyn thộp (lũ thi) st d núng chy cha 4,3% cacbon v lng Nu c lm lnh nhanh thỡ cỏc nguyờn t cacbon c phõn tỏn mng li lp phng ni tõm, hp kim c gi l martensite cng v dũn Kớch thc ca t bo s ng ca Fe khụng i c) Hóy tớnh s nguyờn t trung bỡnh ca C mi t bo s ng ca Fe vi hm lng ca C l 4,3% d) Hóy tớnh lng riờng ca martensite (cho Fe = 55,847; C = 12,011; s N = 6,022 1023 ) Gii: a) S nguyờn t Fe mt mng c s lp phng tõm l: d Fe = m 2.55,847 2.55,847 = a = = 2,87.10 cm = 2,87 A V 6, 022.1023.a 6, 022.1023.7,874 a = 4r r = a = 1, 24 A b) nhit 1250 st tn ti dng Fe vi cu trỳc mng lp phng tõm din 4.55,847 g = 8,58 g / cm3 Ta cú: a = 2.r = 2.1, 24 = 3,51 A ; d Fe = 6, 022.1023.(3,51.108 cm)3 c) S nguyờn t trung bỡnh ca C mi t bo s ng ca Fe l: mC %C.mFe 4,3.2.55,847 = = = 0, 418 12, 011 % Fe.12, 011 95, 7.12, 011 d) Khi lng riờng ca martensite: (2.55,847 + 0, 418.12, 011) g = 8, 20 g / cm3 6, 022.1023.(2,87.108 cm)3 2.2 TINH TH ION: 2.2.1 Khỏi nim - Tinh th hp cht ion c to thnh bi nhng cation v anion hỡnh cu cú bỏn kớnh xỏc nh Hỡnh thnh bi liờn kt ion, ph thuc vo cu trỳc hỡnh hc xỏc nh loi tinh th 0,732[...]... tử trong một nhóm A 2.4 TINH THỂ PHÂN TỬ 2.4.1 Một số mạng tinh thể phân tử a) Mạng tinh thể phân tử của iot Phân tử iot là phân tử hai nguyên tử, các phân tử iot nằm trên các đỉnh và tâm các mặt của hình lập phương, gọi là tinh thể lập phương tâm diện Tinh thể phân tử iot không bền, có thể chuyển thẳng từ thể rắn sang thể hơi (sự thăng hoa) b) Mạng tính thể phân tử của nước đá Mạng tinh thể nước đá... nhau Số phối trí của Cu+ và Clđều bằng 6 14 Số ion Cl- trong một ô cơ sở: 8.1/8 + 6.1/2 = 4 Số ion Cu+ trong một ô cơ sở: 12.1/4 + 1.1 = 4; Số phân tử CuCl trong một ô cơ sở là 4 Khối lượng riêng củaCuCl là: D = (n.M) / (NA.a3 ) → a = 5,42.10-8 cm ( a là cạnh của hình lập phương) Có: 2.(r Cu+ + rCl-) = a = 5,42.10-8 cm → rCu+ = 0,87.10-8 cm; 2.3 TINH THỂ NGUYÊN TỬ HAY TINH THỂ CỘNG HÓA TRỊ * Trong tinh. .. mặt, các cation Na+ nhỏ hơn chiếm hết số hốc bát diện Tinh thể NaCl gồm hai mạng lập phương tâm mặt lồng vào nhau Số phối trí của Na+ và Clđều bằng 6 Số ion Cl- trong một ô cơ sở: 8.1/8 + 6.1/2 = 4 Số ion Na+ trong một ô cơ sở: 12.1/4 + 1.1 = 4 Số phân tử NaCl trong một ô cơ sở là 4 a Có: 2.(r Na+ + rCl-) = a = 5,58.10-8 cm → r Na+ = 0,98.10-8 cm; b Khối lượng riêng của NaCl là: D = (n.M) / (NA.V1 ô )... tinh thể nước đá thuộc loại tinh thể phân tử Mỗi phân tử liên kết với bốn phân tử khác gần nó nhất nằm trên bốn đỉnh của một hình tứ diện đều Cấu trúc của tinh thể phân tử nước đá thuộc cấu trúc tứ diện, là cấu trúc rỗng nên nước đá có tỉ khối nhỏ hơn khi nước ở trạng thái lỏng, thể tích nước đá ở trạng thái đông đặc lớn hơn khi ở trạng thái lỏng 2.4.2 Tính chất chung của tinh thể phân tử Lực tương tác... cacbon có thể chiếm tâm của ô mạng cơ sở và bán kính o kim loại sắt γ là 1,26 A Có thể kết luận gì về khả năng xâm nhập của cacbon vào 2 loại tinh thể sắt trên Giải: Độ dài cạnh a của ô mạng cơ sở của sắt α là: a = o 4r 4 ×1, 24 = = 2,86 A 3 3 Khi sắt α có chứa cacbon, độ tăng chiều dài cạnh a của ô mạng cơ sở là: o ∆ = 2 × (rFe−α + rC ) − a = 2(1, 24 + 0, 77) − 2,86 = 1,16 A Độ dài cạnh a của ô mạng... lượng riêng của oxit ZrO2: 4(M Zr +2M O ) 4(91 + 2.16) = = 6, 27 g / cm3 23 −7 3 N A V 6, 023.10 (0,507.10 ) d= Khối lượng riêng của oxit bằng 6,27 g/cm3 C KẾT LUẬN - Đã sơ bộ tìm hiểu các dạng bài tập và lí thuyết về mạng tinh thể - Đưa ra một số ví dụ minh hoạ, các ví dụ này được tuyển chọn trong các bài thi chọn học sinh giỏi quốc gia môn hoá học, bài tập chuẩn bị, hoặc đề thi của một số tỉnh ở Việt... 256,1 là hằng số kinh nghiệm *Lực liên kết giữa các ion là lực hút tĩnh điện không định hướng * Các anion thường có bán kính lớn hơn cation nên trong tinh thể người ta coi anion như những quả cầu xếp khít nhau theo kiểu lptm, lpck, hoặc lập phơng đơn giản Các cation có kích thước nhỏ hơn nằm ở các hốc tứ diện hoặc bát diện 2.2.3 MỘT SỐ HÌNH ẢNH VỀ MẠNG TINH THỂ ION THƯỜNG GẶP 11 12 Bài 1: Tinh thể NaCl... trúc lập phương tâm mặt của các ion Na+, còn các ion Cl- chiếm các lỗ trống tám mặt trong ô mạng cơ sở của các ion Na+, nghĩa là có 1 ion Cl- chiếm tâm của hình lập 0 phương Biết cạnh a của ô mạng cơ sở là 5,58 A Khối lượng mol của Na và Cl lần lượt là 22,99 0 g/mol; 35,45 g/mol Cho bán kính của Cl- là 1,81 A Tính : a) Bán kính của ion Na+ b) Khối lượng riêng của NaCl (tinh thể) Giải: 13 Na Cl Các... tương tác giữa các phân tử rất yếu nên các chất có cấu tạo tinh thể phân tử thường mềm, có nhiệt độ nóng chảy thấp, dễ bay hơi Bài 1: 17 Trong các tinh thể α (cấu trúc lập phương tâm khối) các nguyên tử cacbon có thể chiếm các mặt của ô mạng cơ sở o 1 Bán kính kim loại của sắt là 1,24 A Tính độ dài cạnh a của ô mạng cơ sở o 2 Bán kính cộng hóa trị của cacbon là 0,77 A Hỏi độ dài cạnh a sẽ tăng lên bao... Bài 2: Phân tử CuCl kết tinh dưới dạng lập phương tâm diện Hãy biểu diễn mạng cơ sở của CuCl a) Tính số ion Cu+ và Cl - rồi suy ra số phân tử CuCl chứa trong mạng tinh thể cơ sở b) Xác định bán kính ion Cu+ 0 Cho: D(CuCl) = 4,136 g/cm3 ; rCl-= 1,84 A ; Cu = 63,5 ; Cl = 35,5 Giải: Các ion Cl - xếp theo kiểu lập phương tâm mặt, các cation Cu+ nhỏ hơn chiếm hết số hốc bát diện Tinh thể CuCl gồm hai mạng ... ) Mng tinh th gm + Tinh th kim loi + Tinh th ion + Tinh th nguyờn t ( Hay tinh th cng hoỏ tr) + Tinh th phõn t 1.3 H trc ta ca mng tinh th trựng vi h OXYZ 1.4 Khỏi nim v ụ c s: L mng tinh th... tỏc to thnh mng li tinh th Vy tinh th kim loi c to thnh nh ch yu l liờn kt kim loi n v cu trỳc mng tinh th ú l cỏc nguyờn t kim loi S phi trớ thng t ti l 12 2.1.1 Mt s kiu mng tinh th kim loi a... 0,87.10-8 cm; 2.3 TINH TH NGUYấN T HAY TINH TH CNG HểA TR * Trong tinh th nguyờn t, cỏc n v cu trỳc chim cỏc im nỳt mng l cỏc nguyờn t, liờn kt vi bng liờn kt cng hoỏ tr nờn cũn gi l tinh th cng hoỏ