VẬT LÍ TINH THỂ CHƯƠNG GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN HỌC VIÊN THỰC HIỆN: PGS.TS TRƯƠNG MINH ĐỨC TRẦN THỊ THANH BÌNH NGUYỄN CAO TRÚC GIANG HOÀNG THỊ HUYỀN LÊ THỊ DIỄM MY CHÂU THỊ BÍCH NGỌC NGUYỄN THỊ NỤ NGUYỄN THỊ MINH TRÂM VẬT LÍ TINH THỂ Chương Những tính chất vật lý thông thường tinh thể mối liên quan chúng với tính chất đối xứng cấu trúc tinh thể NỘI DUNG 4.1 Tính cát khai hay tính dễ tách tinh thể NỘI DUNG 4.2 Ðộ cứng 4.3 Tính dẫn nhiệt 4.4 Tính áp điện, hỏa điện, sắt điện 4.5 Quang tính 4.1 TÍNH CÁT KHAI HAY TÍNH DỄ TÁCH CỦA TINH THỂ Định nghĩa: Tính cát khai tinh thể khả vỡ hay tách theo mặt tác dụng lực học Phân loại: Tùy theo mức độ dễ tách người ta phân làm loại: - Cát khai hoàn toàn: ví dụ mica, clorite - Cát khai hoàn toàn: ví dụ galen, canxit - Cát khai trung bình: ví dụ pyroxen, amphibon - Cát khai không hoàn toàn: ví dụ Ôlivin - Không cát khai: ví dụ thạch anh, granat 4.1 TÍNH CÁT KHAI HAY TÍNH DỄ TÁCH CỦA TINH THỂ Ôlivin: [Mg,Fe]2SiO4 nhóm nesosilicat phổ biến, đá magma nhiệt độ cao Nguyên tử oxy nesosilicat xếp chặt theo luật sáu phương …ABABAB… theo hướng [100]; khiến cho olivin có tỉ trọng độ cứng tương đối cao, có cát khai (010) (100) Hình ảnh thực tế Cấu trúc tinh thể ôlivin Mica Mica là  tên  gọi  chung  cho  các  khoáng  vật  dạng  tấm  thuộc nhóm  silicat lớp bao gồm các loại vật liệu có mối liên kết chặt chẽ, có tính cát  khai cơ bản hoàn toàn. Tất cả chúng đều có cấu trúc tinh thể thuộc hệ  một phương có xu hướng tinh thể giả hệ sáu phương và có thành phần  hóa  học  tương  tự.  Tính  cát  khai  cao  là  tính  chất  đặc  trưng  nhất  của  mica, điều này được giải thích là do sự sắp xếp của các nguyên tử dạng  tấm lục giác chồng lên nhau 4.1 TÍNH CÁT KHAI HAY TÍNH DỄ TÁCH CỦA TINH THỂ Pyrôxen: nhóm khoáng vật quan trọng Nó thành phần nhiều loại đá tạo thành nhiệt độ cao Ðó silicat có thành phần khác đáng kể điôpsit, enstatit 4.1 TÍNH CÁT KHAI HAY TÍNH DỄ TÁCH CỦA TINH THỂ Canxit CaCO3 Cát khai hoàn hảo theo hướng với góc 74° 55' 4.1 TÍNH CÁT KHAI HAY TÍNH DỄ TÁCH CỦA TINH THỂ Đặc điểm: Tinh thể chất bị tách theo mặt mica , thạch cao; theo mặt amfibol, pyrôxen; theo mặt halit, canxit Mức độ cát khai theo mặt khác khác 4.1 TÍNH CÁT KHAI HAY TÍNH DỄ TÁCH CỦA TINH THỂ Đặc điểm: Khả cát khai có quan hệ chặt chẽ với đặc điểm cấu trúc tinh thể Bravais người cắt nghĩa tượng Phát triển lý thuyết mạng tinh thể, ông giả thiết mặt cát khai thường song song với mặt mạng có mật độ hạt lớn nhất, mặt mạng thường cách khoảng lớn 4.5 QUANG TÍNH 4.5.5 Hiện tượng phân cực ánh sáng Ánh sáng phân cực tạo từ trình vật lí phổ biến làm lệch hướng chùm tia sáng, hấp thụ, khúc xạ, phản xạ, nhiễu xạ (hoặc tán xạ) trình gọi lưỡng chiết (đặc điểm khúc xạ kép) Khi xét tác động ánh sáng không phân cực lên bề mặt cách điện phẳng, có góc mà sóng ánh sáng phản xạ bị phân cực hoàn toàn vào mặt phẳng Góc thường gọi góc Brewster, dễ dàng tính phương trình sau chùm ánh sáng truyền qua không khí: n = sin(θi)/sin(θr) = sin(θi)/sin(θ90-i) = tan(θi) 4.5 QUANG TÍNH 4.5.5 Hiện tượng phân cực ánh sáng Hình 5.3 : Góc Brewster 4.5 QUANG TÍNH 4.4.5 Hiện tượng phân cực ánh sáng Ánh sáng phân cực elip phân cực tròn Các nguồn sáng ánh sáng Mặt Trời, ánh sáng đèn nóng sáng đèn huỳnh quang, phát ánh sáng có vectơ điện định hướng ngẫu nhiên không gian thời gian Ánh sáng thuộc loại gọi không phân cực Ngoài ra, tồn vài trạng thái ánh sáng phân cực elip nằm phân cực thẳng không phân cực, vectơ điện trường có hình dạng elip mặt phẳng vuông góc với hướng truyền sóng ánh sáng 4.5 QUANG TÍNH 4.5.5 Hiện tượng phân cực ánh sáng Sự phân cực elip, không giống ánh sáng phân cực phẳng không phân cực, có “cảm giác” quay theo hướng quay vectơ điện xung quanh trục truyền (tới) chùm tia sáng Khi nhìn từ phía sau lại, hướng phân cực xoay sang trái xoay sang phải, tính chất gọi độc khuynh phân cực elip Sự quét vectơ xoay theo chiều kim đồng hồ cho phân cực phải (thuận), quét vectơ xoay ngược chiều kim đồng hồ phân cực trái (nghịch) Trong trường hợp mà trục trục vectơ phụ elip phân cực sóng ánh sáng rơi vào loại ánh sáng phân cực tròn phân cực trái phải Một trường hợp thường xảy trục thành phần vectơ điện ánh sáng phân cực elip tiến tới không ánh sáng trở nên phân cực thẳng 4.5 QUANG TÍNH 4.5.5 Hiện tượng phân cực ánh sáng Hình 5.4: Sóng ánh sáng phân cực elip phân cực tròn 4.5 QUANG TÍNH 4.5.5 Hiện tượng phân cực ánh sáng Hình 5.4: Lăng kính phân cực Nicol 4.5 QUANG TÍNH 4.5.5 Hiện tượng phân cực ánh sáng Một hai tia sáng ló khỏi tinh thể lưỡng chiết gọi tia thường, tia gọi tia bất thường Tia thường bị khúc xạ mức độ cao lực tĩnh điện tinh thể chạm tới bề mặt hàn góc tới hạn phản xạ nội toàn phần Kết tia bị phản xạ khỏi lăng kính bị loại trừ hấp thụ mép thiết bị Tia bất thường truyền qua lăng kính ló dạng chùm ánh sáng phân cực thẳng truyền thẳng tới tụ sáng mẫu vật 4.5 QUANG TÍNH 4.5.5 Hiện tượng phân cực ánh sáng Ứng dụng phân cực ánh sáng Một ứng dụng thông dụng thực tế phân cực hiển thị tinh thể lỏng (LCD) dùng hàng loạt dụng cụ đồng hồ đeo tay, hình máy tính, đồng hồ bấm giờ, đồng hồ treo tường nhiều vật dụng khác Các hệ hiển thị dựa tương tác phân tử kết tinh chất lỏng dạng que với điện trường sóng ánh sáng phân cực 4.5 QUANG TÍNH 4.5.5 Hiện tượng phân cực ánh sáng Các tinh thể không đối xứng dùng để tạo ánh sáng phân cực áp điện trường vào bề mặt Một dụng cụ phổ biến sử dụng ý tưởng có tên tế bào Pockels, dùng chung với ánh sáng phân cực làm thay đổi hướng phân cực 90 độ Tế bào Pockels bật tắt nhanh dòng điện thường dùng làm cửa chắn nhanh cho phép ánh sáng qua khoảng thời gian ngắn (cỡ nano giây) 4.5 QUANG TÍNH 4.5.5 Hiện tượng phân cực ánh sáng Các ứng dụng khác ánh sáng phân cực: kính râm Polaroid, lọc phân cực đặc biệt dùng cho thấu kính camera, phân cực đôi phòng chiếu sáng sân khấu để làm giảm ánh chói tăng độ rọi sáng, mang kính để cảm nhận chiều sâu với phim ba chiều, phân cực bắt chéo dùng quần áo du hành vũ trụ để làm giảm đột ngột khả ánh sáng phát từ Mặt Trời vào mắt nhà du hành vũ trụ lúc ngủ, sử dụng kính hiển vi   Ngoài ra, việc sử dụng phân cực cho phép đo đạc tính chất quang học khoáng vật chất tương tự giúp phân loại nhận dạng chất chưa biết 4.5 QUANG TÍNH Sự khác tinh thể hạng trung hạng thấp Ở tinh thể hạng trung có trục quang học, nghĩa có phương mà ánh sáng truyền theo phương không bị lưỡng chiết,còn theo phương khác bị tách thành tia, tia thường (tuân theo định luật khúc xạ phản xạ Ðề các) tia bất thường.Trục quang học trùng với trục đối xứng bậc cao tinh thể  Ở tinh thể hạng thấp có trục quang học, nghĩa có phương mà ánh sáng truyền theo không bị lưỡng chiết, theo phương khác bị tách thành tia tia bất thường  4.5 QUANG TÍNH 4.5.6 Ý nghĩa quang tính - Khi nghiên cứu tính - Lưỡng chất quangchiếu học suất cao tinh cao vào đượctính coi đối thểhoặc phụ thuộc dấucao hiệu phát xứng hayđểthấp củahiện tinh khoáng thể,cácdựa vào đóvậtcócóthểcấu dễ trúcdự mạch lớp biểu dàng đoán tinh thể ánh sáng phân cực - Một số cấu trúc chứa khuyết tật chiếu ánh sáng vào phát màu sắc để từ ta khắc phục trình chế tạo vật liệu Hình 5.5 : Tinh thể thạch anh KẾT LUẬN Tính chất vật lý tính chất quan trọng vật thể Với trình nghiên cứu lâu dài, nhà khoa học hệ thống mối liên hệ tính chất vật lý cấu trúc tinh thể Mỗi cấu trúc tinh thể thể tính chất vật lý mức độ riêng Khi nghiên cứu vật liệu mới, người ta dựa vào tính chất vật lý mà thể bên để đoán biết cấu trúc bên Vậy nên, muốn sử dụng vật thể tự nhiên vào chế tạo dụng cụ thực tế nào, người bỏ qua hay xem thường tính chất vật lý chúng Các tính chất vật lý thông thường tinh thể trình bày công cụ hỗ trợ để nhà khoa học tìm hiểu cấu trúc bên vật thể, từ biết cách sử dụng vật thể vào mục đích định KẾT LUẬN Hiện nay, khoáng vật tự nhiên ngày cạn kiệt, người tìm cách chế tạo vật liệu nhân tạo (ví dụ: kim cương, thạch anh, graphit,…) để phục vụ cho sản xuất nghiên cứu Sự hiểu biết tính chất vật lý cụ thể góp phần tích cực vào qua trình Ngoài tính chất trên, số tính chất khác phạm vi môn học thời lượng trình bày nên nhóm không nhắc đến Mặc dù cố gắng hạn chế kiến thức thời gian nên viết chắn thiếu sót Kính mong thầy, anh chị bạn góp ý bổ sung để làm nhóm hoàn thiện CẢM ƠN thầy, CÁCANH CHỊ VÀ CÁC BẠN ĐÃ LẮNG NGHE! [...]... bị phá huỷ - Ðộ bền vững của lực liên kết trong mạng tinh thể trước tác động cơ học bên ngoài lại liên quan đến đặc điểm đối xứng của quỹ đạo electron tham gia tạo mối liên kết - Độ cứng phụ thuộc vào khoảng giữa các mặt mạng Khoảng cách nhỏ thì độ cứng lớn Ví dụ: Tinh thể kim cương có độ cứng rất cao 4.2 ĐỘ CỨNG CỦA TINH THỂ 4.2.1 Đặc điểm của độ cứng Trong cấu trúc tinh thể, sự sắp xếp nguyên tử... Mohs CỦA TINH THÊ 4.2.2.2 Một số phương pháp đo độ cứng chính xác 4.2.2.2.1 Nguyên tắc chung để đo độ cứng 4.2.2.2.2 Một số phương pháp đo độ cứng chính xác hiện nay 4.2 ĐỘ CỨNG CỦA TINH THỂ 4.2.1 Đặc điểm của độ cứng Ðộ cứng của tinh thể là mức độ đề kháng của nó đối với các tác dụng cơ học Ðộ cứng của một chất liên quan với khả năng bề mặt của nó chống lại tác động mài; chất bị mài mòn khi lực liên. .. mặt của họ mặt mạng này gắn kết với nhau bằng lực yếu hơn nên cát khai tốt hơn Cát khai theo mặt {111} trong kim cương và mặt {110} trong sphalerit 4.1 TÍNH CÁT KHAI HAY TÍNH DỄ TÁCH CỦA TINH THỂ Ý nghĩa: Nhờ lý thuyết của Bravais và Vulf mà đôi khi chỉ dựa vào tính cát khai - một hiện tượng cơ học đơn thuần - người ta có thể rút ra những kết luận nhất định về cấu trúc bên trong của một tinh thể. .. quả cầu kiểu sáu phương với tỉ lệ rất gần với tỉ số lí tưởng c/a bằng 1,633 Điều đó có nghĩa là không có bất kì một dị thường nào về khoảng cách giữa các nguyên tử trong cấu trúc magnesi kim loại và do đó không có khả năng cát khai theo mặt đáy 4.1 TÍNH CÁT KHAI HAY TÍNH DỄ TÁCH CỦA TINH THỂ Đặc điểm: 3 Lực liên kết hóa học trong tinh thể ảnh hưởng đến tính cát khai của tinh thể Vulf là người đầu tiên... độ cứng khối hoặc hoặc độ cứng tổng thể của một loại vật liệu, đặc biệt là vật liệu có cấu trúc không đồng đều Các vết xướt và độ nhám bề mặt hầu như không ảnh hưởng tới phép thử Brinell Tuy nhiên phương pháp thử này không phù hợp với đo các vật thể nhỏ 4.2 ĐỘ CỨNG CỦA TINH THỂ 4.2.2.2 Một số phương pháp xác định độ cứng chính xác 4.2.2.2.2.1 Phương pháp đo độ cứng BRINELL c Ưu điểm và nhược điểm... CỨNG CỦA TINH THỂ 4.2.2.1 Phương pháp xác định gần đúng theo thang Mohs - Là phương pháp dùng để xác định độ cứng của các vật liệu dạng khoáng, trên cơ sở dựa vào bảng thang độ cứng Morh bao gồm 10 khoáng vật mẫu được sắp xếp theo mức độ cứng tăng dần Muốn tìm độ cứng của một loại vật liệu dạng khoáng nào đó ta đem những khoáng vật chuẩn rạch lên vật liệu cần thử Độ cứng của vật liệu sẽ tương ứng với. .. với độ cứng của khoáng vật mà khoáng vật đứng ngay trước nó không rạch được vật liệu, còn khoáng vật đứng ngay sau nó lại dễ dàng rạch được vật liệu Độ cứng của các khoáng vật xếp trong bảng chỉ nêu ra chúng hơn kém nhau mà thôi, không có ý nghĩa định lượng chính xác 4.2 ĐỘ CỨNG CỦA TINH THỂ 4.2.2.1 Phương pháp xác định gần đúng theo thang Mohs  Khi xác định, người ta dùng vật này cào lên vật kia Nếu... Corundum (dạng thù hình của Al2O3) Kim cương (C) 10 4.2 ĐỘ CỨNG CỦA TINH THỂ 4.2.2.2 Một số phương pháp xác định độ cứng chính xác 4.2.2.2.1 Nguyên tắc chung để đo độ cứng • Nguyên tắc chung của phương pháp đo độ cứng: dưới áp lực P xác định, một mũi thử bằng vật liệu chọn trước, có hình dáng và kích thước nhất định có thể thâm nhập vào bề mặt của vật liệu thử một chiều sâu là h có giá trị tùy thuộc vào độ cứng của vật. .. xếp nguyên tử theo các hướng khác nhau thường không giống nhau; vì thế độ cứng cũng thay đổi theo hướng (dị hướng), nhưng thường không nhiều Ví dụ: khoáng vật disten Al2SiO5 có độ cứng trên mặt (100) thay đổi từ 4 dến 7 tuỳ thuộc vào hướng 4.2 ĐỘ CỨNG CỦA TINH THỂ 4.2.1 Đặc điểm của độ cứng - Độ cứng của tinh thể còn phụ thuộc vào độ chặt sít nguyên tử trong tinh thể Ví dụ: CaCO3: Có độ chặt sít 2,72,... cào, chứng tỏ vật này mềm hơn vật kia và ngược lại Thang độ cứng Mohs không chỉ rõ độ cứng tuyệt đối Ví dụ: Không phải độ cứng 9 là cứng gấp 3 lần độ cứng 3 Nó chỉ có nghĩa là 1 khoáng nào đó có thể vạch được tất cả các khoáng vật xếp dưới nó trong thang độ cứng và ngược lại, sẽ bị các khoáng vật xếp trên nó vạch được Hai khoáng vật có cùng độ cứng sẽ vạch được lẫn nhau 4.2 ĐỘ CỨNG CỦA TINH THỂ 4.2.2.1