TRƯỜNG ĐẠI SƯ PHẠM HUẾ KHOA VẬT LÝ Nội dung TÍNH ĐA HÌNH VÀ ĐỒNG HÌNH GVHD : PGS.TS TRƯƠNG MINH ĐỨC HVTH : NHÓM NGUYỄN HUY CƯỜNG HÀ THỊ KIM ANH NGUYỄN VĂN ĐIỂN ĐẶNG THANH HUY NGUYỄN THỊ ÁI DUYÊN LÊ THANH BÌNH HUỲNH THỊ HIẾU PHẠM MINH HẢI Lớp : LL&PPDH BỘ MÔN VẬT LÝ K24 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HUẾ KHOA VẬT LÝ CHƯƠNG TÍNH ĐA HÌNH VÀ ĐỒNG HÌNH 3.1 TÍNH ĐA HÌNH 3.2 ĐỒNG HÌNH VÀ DUNG DỊCH RẮN NỘI DUNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HUẾ KHOA VẬT LÝ 3.1 Tính đa hình TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HUẾ KHOA VẬT LÝ 3.1 Tính đa hình Đa hình tượng chất có thành phần hóa học lại kết tinh theo cấu trúc khác Đa hình tượng phổ biến Hầu tất chất tồn biến thể đa hình khác Mỗi dạng thù hình có phạm vi tồn biểu đồ trạng thái Ví dụ: sắt TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HUẾ KHOA VẬT LÝ 3.1 Tính đa hình Các thù hình cacbon khác cấu trúc mạng nguyên tử mà nguyên tử tinh khiết tạo Ba dạng biết nhiều cacbon vô định hình, graphit kim cương Một số thù hình kỳ dị khác tạo hay phát ra, bao gồm fullerene, cacbon ống nano lonsdaleit Muội đèn bao gồm bề mặt dạng graphit nhỏ Các bề mặt phân bổ ngẫu nhiên, cấu trúc tổng thể đẳng hướng TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HUẾ KHOA VẬT LÝ 3.1 Tính đa hình Ở dạng vô định hình, cacbon chủ yếu có cấu trúc tinh thể graphit không liên kết lại dạng tinh thể lớn Trái lại, chúng chủ yếu nằm dạng bột thành phần than, muội, bồ hóng, nhọ nồi than hoạt tính Ở áp suất bình thường cacbon có dạng graphit, nguyên tử liên kết với nguyên tử khác mặt phẳng tạo vòng lục giác, giống vòng hiđrôcacbon thơm Có hai dạng graphit biết, alpha (lục giác) beta (rhombohedral), hai có thuộc tính vật lý giống nhau, ngoại trừ cấu trúc tinh thể Các loại graphit có nguồn gốc tự nhiên chứa tới 30% dạng beta, graphit tổng hợp có dạng alpha Dạng alpha chuyển thành dạng beta thông qua xử lý học dạng beta chuyển ngược thành dạng alpha bị nung nóng 1000 °C TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HUẾ KHOA VẬT LÝ 3.1 Tính đa hình Ở áp suất cao nguyên tử cacbon tạo thành thù hình gọi kim cương, nguyên tử liên kết với nguyên tử khác Kim cương có cấu trúc lập phương silic gecmani độ bền liên kết cacbon-cacbon, với chất đẳng điện nitrua bo (BN) chất cứng việc chống lại mài mòn Sự chuyển hóa thành graphit nhiệt độ phòng chậm nhận thấy Dưới điều kiện khác, cacbon kết tinh Lonsdaleit, dạng giống kim cương có cấu trúc lục giác TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HUẾ KHOA VẬT LÝ 3.1 Tính đa hình So sánh dạng thù hình cacbon Kim cương Kim cương thuộc hệ lập phương Kim cương khoáng vật cứng tất khoáng vật Tinh thể suốt không dẫn điện, tỷ trọng 3,51 So sánh dạng thù hình cacbon Kim cương Cấu trúc: tinh thể kim cương, nguyên tử cacbon liên kết với nguyên tử cacbon lân cận nằm đỉnh tứ diện liên kết cộng hóa trị bền Mỗi nguyên tử nằm đỉnh lại liên kết với nguyên tử cacbon khác, nên kim cương cứng 3.2.3 Điều kiện để có thay đồng hình  Ảnh hưởng kích thước ô mạng sở: Ví dụ: Na+ Li+ thay đồng hình cho hợp chất đơn giản (như clorua) kích thước chúng khác xa ion lại thay cho hợp chất phức tạp LiMnPO4 NaMnPO4 Sự chênh lệch độ lớn Na+ Li+ ảnh hưởng đến kích thước ô mạng NaCl LiCl không làm cho thông số mạng phốt phát khác đáng kể 3.2.3 Điều kiện để có thay đồng hình  Dạng lực liên kết chất: Trong thay đồng hình, chất dạng liên kết chất đóng vai trò đáng kể xác định kiểu cấu trúc dạng tinh thể Ví dụ: Trong hợp chất MgO (periclaz) ZnO (Zinkit), Mg2+ Zn2+ có bán kính gần (0,78A0 0,83A0 ) MgO (periclaz) ZnO (Zinkit) chung cấu trúc Mg2+ Zn2+ thay đồng hình cho nhau, dạng liên kết periclaz liên kết ion, Zinkit liên kết cộng hóa trị đồng cực 3.2.3 Điều kiện để có thay đồng hình Lưu ý: - Trong số trường hợp thay đồng hình cấu tử tạo dung dịch rắn Nguyên nhân cấu trúc có nút mạng bị khuyết hạt nguyên tố cấu tử khác chiếm chỗ để tạo nên dung dịch rắn - Một điều đặc trưng tượng đồng hình hạt tinh thể chất đồng hình mầm để khơi mào kết tinh từ dung dịch chậm đông chất khác đồng hình với Tìm hiểu vật liệu siêu dẫn  Hiện tượng siêu dẫn: Điện trở kim loại bình thường (ví dụ đồng) giảm dần nhiệt độ giảm đạt tới giá trị thấp gần K Ngược lại, điện trở thủy ngân lại giảm đột ngột đến mức đo nhiệt độ 4,2 K Hiện tượng gọi siêu dẫn, vật liệu có tính chất gọi vật liệu siêu dẫn Tìm hiểu vật liệu siêu dẫn Nhiệt độ, mà thấp nhiệt độ điện trở vật liệu đạt tới tuyệt đối gọi nhiệt độ tới hạn TC Trên nhiệt độ vật liệu gọi bình thường TC siêu dẫn Ngoài nhiệt độ, trạng thái siêu dẫn phụ thuộc vào nhiều biến số khác mà quan trọng từ trường B mật độ dòng J Đối với vật liệu siêu dẫn, nhiệt độ tới hạn vật liệu, từ trường mật độ dòng không vượt mặt phẳng T, B, J tới hạn không gian (đối với vật liệu siêu dẫn) Tìm hiểu vật liệu siêu dẫn Tìm hiểu vật liệu siêu dẫn  Tính chất từ vật liệu siêu dẫn: Nếu từ trường đủ mạnh áp vào vật liệu siêu dẫn nhiệt độ thấp nhiệt độ tới hạn, vật liệu siêu dẫn trở trạng thái bình thường Từ trường đặt vào cần thiết để tái thiết độ dẫn điện bình thường vật liệu siêu dẫn gọi từ trường tới hạn HC Đường cong HC phụ thuộc vào nhiệt độ (K) gần sau: Tìm hiểu vật liệu siêu dẫn  Phân loại vật liệu siêu dẫn: Theo tính chất vật liệu siêu dẫn từ trường áp đặt, chia siêu dẫn loại I loại II  Vật liệu siêu dẫn loại I (như Pb Sn), đặt vào từ trường nhiệt độ phòng, từ trường qua kim loại cách bình thường (hình a) Tuy nhiên, nhiệt độ siêu dẫn loại I làm lạnh xuống TC (7,19K Pb) từ trường HC, từ trường bị bật khỏi mẫu, ngoại trừ lớp thấm vào sắt mỏng cỡ 10-5 cm bề mặt (hình b) Tính chất ngăn chặn từ trường trạng thái siêu dẫn gọi hiệu ứng Meissner Tìm hiểu vật liệu siêu dẫn  Vật liệu siêu dẫn loại II Vật liệu có tính chất khác so với vật liệu siêu dẫn loại I đặt từ trường nhiệt độ TC Chúng nghịch từ cao giống siêu dẫn loại I từ trường áp đặt tới hạn HC1 có giá trị thấp HC (hình c) lúc đường từ thông bị bật khỏi vật liệu Trên HC1, từ trường bắt đầu thấm vào siêu dẫn loại II tiếp tục điểm tới hạn HC2 Giữa khoảng HC1 HC2 siêu dẫn nằm trạng thái trung gian HC2 trở trạng thái bình thường Trong vòng HC1 HC2, siêu dẫn dẫn dòng điện lòng vật liệu khối, vùng từ trường dùng để dẫn dòng lớn, siêu dẫn từ trường cao NiTi Ni3Sb siêu dẫn loại II Tìm hiểu vật liệu siêu dẫn  Vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao: Ta xét hợp chất YBa2Cu3Oy Từ quan điểm cấu trúc tinh thể, hợp chất YBa2Cu3Oy xem có cấu trúc perovskite khiếm khuyết với ba tế bào đơn vị perovskite lập phương chồng lên Cấu trúc perovskite CaTiO3 trình bày hình Tìm hiểu vật liệu siêu dẫn Đối với việc chồng ba tế bào đơn vị perovskite lập phương lý tưởng, hợp chất YBa2Cu3Oy phải có thành phần YBa2Cu3O9, y phải Tuy nhiên, phân tích y thay đổi từ 6,65 tới 6,69 vật liệu có tính chất siêu dẫn Tại y = 6,69, nhiệt độ TC cao (khoảng 90K) y = 6,65, tính chất siêu dẫn biến Như vậy, khuyết tật Oxy đóng vai trò hành vi siêu dẫn YBa2Cu3Oy Nếu dung lượng oxy gần với y = 7, TC gần 90K tế bào đơn vị có kích thước a = 3,82 A0, b = 3,88 A0 c = 11,6 A0 Tìm hiểu vật liệu siêu dẫn Để có giá trị TC cao, nguyên tử oxy mặt (001) phải xếp cho khuyết tật Oxy nằm hướng a Tính siêu dẫn tin bị hạn chế mặt phẳng CuO2, với khuyết tật Oxy đảm bảo điện tử kết hợp mặt CuO2 Hình ảnh kính hiển vi điện tử truyền qua chồng nguyên tử Ba Y cấu trúc YBa2Cu3Oy Một số ứng dụng vật liêu siêu dẫn: Vật liệu siêu dẫn NbTi Nb3Sn ứng dụng đĩa đệm từ xe cộ loại tàu hoả tốc độ cao nam châm siêu dẫn trường cao sử dụng máy gia tốc hạt trường vật lý lượng cao - Một số vật liêu siêu dẫn nhiệt độ cao sử dụng làm đường dây cáp siêu dẫn có khả tải điện xa mà không bị tổn hao lượng điện trở; vật liệu làm màng mỏng cho ứng dụng điện tử, thí dụ máy tính tốc độ cao THE END ***** Cảm ơn thầy bạn theo dõi! [...]... VẬT LÝ 3.1 Tính đa hình TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HUẾ KHOA VẬT LÝ * Các loại biến đổi đa hình: 1 Loại biến đổi đa hình có kèm theo sự thay đổi số phối trí Ví dụ: ở điều kiện thường RbCl kết tinh theo kiểu NaCl sft = 6 nhưng khi ở nhiệt độ thấp và áp suất cao thì tinh thể RbCl có cấu trúc kiểu CsCl với sft 8 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HUẾ KHOA VẬT LÝ Buerger đã đưa ra qui luật chung cho các biến đổi đa hình... 1985 Các thuộc tính của các fulleren vẫn chưa được phân tích đầy đủ Tất cả các tên gọi của các fulleren lấy theo tên gọi của Buckminster Fuller, nhà phát triển của kiến trúc mái vòm, nó bắt chước cấu trúc của các "buckyball" TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HUẾ KHOA VẬT LÝ 3.1 Tính đa hình TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HUẾ KHOA VẬT LÝ 3.1 Tính đa hình Khi biến thể này chuyển thành biến thể khác thì các tính chất của... hình là những chất có hình dạng cấu trúc tinh thể khá giống nhau Hợp chất cấu tạo nên tinh thể cũng có công thức hóa học rất giống nhau và chỉ có một số khác biệt trong thành phần các nguyên tố Ví dụ 1: Cặp hợp chất KH2PO4 và KH2AsO4 + Về công thức cấu tạo: Chỉ khác nhau ở nguyên tố P là As + Về hình dạng tinh thể: KH2PO4 và KH2AsO4 kết tinh cùng một dạng đa diện là hình ghép của hai hình đơn: lăng... trong trường thạch kali.(K2O.Al2O3.6SiO2 ) TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HUẾ KHOA VẬT LÝ 4 Loại biến đổi đa hình liên quan đến sự quay các phân tử (hay radican) trong tinh thể Hiện tượng này phổ biến trong các hợp chất hữu cơ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HUẾ KHOA VẬT LÝ * Ứng dụng của biến đổi đa hình: - Tạo nên các tính chất kỹ thuật cần thiết Ví dụ: Chế tạo kim cương nhân tạo - Chế tạo 1 số vật liệu có độ cứng...So sánh 3 dạng thù hình của cacbon Tinh thể có cấu trúc lập phương nên có tính đối xứng cao và chứa những nguyên tử cacbon bậc 4 Vì có một nguyên tử cacbon liên kết với 4 nguyên tử cacbon gần nhất nên kim cương có rất nhiều tính chất riêng Kim cương So sánh 3 dạng thù hình của cacbon Ứng dụng: được dùng làm đồ trang sức, chế tạo mũi khoan, dao cắt thủy tinh, làm bột mài So sánh 3 dạng thù hình... Ca2+ (1,04 A0) Như vậy, để tạo nên được hợp chất đồng hình thì cần thiết có sự tương tự về mặt cấu trúc tinh thể cũng như về kích thước của các đơn vị cấu trúc trong các tinh thể đó + Hai vật chất gọi là đồng hình thì phải có khả năng tạo nên những tinh thể hỗn hợp, nghĩa là trong cấu trúc của một tinh thể có mặt cả hai vật chất trên Gọi là dung dịch rắn  Tìm hiểu về dung dịch rắn a Dung dịch rắn... hình ghép của hai hình đơn: lăng trụ và tháp đôi bốn phương Ví dụ 2: Muối cacbonat của các kim loại hóa trị 2 như: ZnCO3, MgCO3, FeCO3 MgCO3 ZnCO3 FeCO3 HÌNH DẠNG TINH THỂ + Về công thức cấu tạo: + Về cấu tạo tinh thể: cùng chung cấu trúc tinh thể, thông số mạng lưới của chúng xấp xỉ nhau - Sự đồng hình là sự tổng hợp của 3 hiện tượng sau: + Sự tương tự về mặt hóa học: nguyên tố của vật chất này có... dụng: được dùng làm đồ trang sức, chế tạo mũi khoan, dao cắt thủy tinh, làm bột mài So sánh 3 dạng thù hình của cacbon Than chì Than chì hay graphit kết tinh trong hệ lục phương Graphit mềm hơn, tinh thể màu đen và dẫn điện tốt, tỷ trọng 2,22 Trong mạng tinh thể, một nguyên tử cacbon (C) liên kết với 4 nguyên tử C phụ cận Trong cùng một mặt phẳng, các nguyên tử C liên kết với nhau bằng liên kết cộng hóa... hợp chất muối cacbonat + Sự tương tự về mặt cấu trúc tinh thể Ví dụ: Cặp hợp chất CaSO4 và SrSO4 tương tự về mặt hóa học nhưng không bộc lộ khả năng đồng hình vì bán kính của Sr2+(1,27A0) lớn hơn hẳn của Ca2+ (1,04A0) Do đó, Sr thay cho Ca sẽ phá vỡ sự bền vững của cấu trúc sunfat và dẫn đến sự hình thành cấu trúc mới + Sự tương tự về mặt cấu trúc tinh thể Ví dụ khác: cặp hợp chất CaSO4, NaClO4 tuy... VẬT LÝ 2 Khi chuyển đổi đa hình số phối trí luôn được bảo toàn nhưng cách thức gắn kết các hình phối trí của các cation thay đổi Ví dụ: Trong 3 dạng thù hình của SiO2 là thạch anh, tridimit Cristobalit thì nguyên tử Si đều có số phối trí 4 nhưng ở mỗi dạng thù hình hình phối trí tứ diện của Si gắn kết với nhau theo cách riêng TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HUẾ KHOA VẬT LÝ 3 Biến đổi đa hình kèm theo sự thay