Bài giảng vật liệu học - Chương 3: Cấu trúc của vật liệu vô cơ ppt

VẬT LIỆU HỌC... Cấu trúc c ủa vật liệu... Cation Rc, nm Cation Rc, nm Anion Ra,nm... 3.3.2.Cấu trúc vô định hìnhLiên kết ionMạng xô lệch, đứt => Cấu trúc vô định hình Thủy tinh thạch an

VẬT LIỆU HỌC

Chương 3 Cấu trúc của vật liệu vô cơ 3.1.Bản chất & Phân loại

3.2.Liên kết nguyên tử

3.3 Cấu trúc c ủa vật liệu

3.1.Bản chất & Phân loại

 Gốm (đất nung) : vật liệu chế tạo từ đất sét

(cao lanh :Al 2 O 3 2SiO 2 2H 2 O)

 Thuỷ tinh : SiO 2 -CaO-Na 2 O

 Ximăng : CaO-SiO 2 -Al 2 O 3

3.1.Bản chất & Phân loại

 Bản chất:

Ceramic (Vật liệu vô cơ) được tạo thành từ các hợp chất hóa học giữa kim loại (Me) với á kim (B, C, N, O) Hoặc các á kim với nhau

 Phân loại: theo đặc điểm kết hợp

 Gốm và Vật liệu chịu lửa

 Thuỷ tinh và Gốm thủy tinh

 Ximăng và Bêtông

3.2.Liên kết nguyên tử

 V.vô cơ = Ngtố KL + Ngtố á kim=>

Ng.tử :  kích thước;  vỏ điện tử ;  lực liên kết

 Độ âm điện: χ kl  χ akim 

Điện tử hóa trị “e” của k.loại  dịch chuyển về phía

Á kim =>Liên kết ion

 Ví dụ : Vật liệu silicat : SiO 2

O: Z=8

Si: Z = 14

 Si có 4 e tham gia liên kết :

Điện tử “e” của Si dich chuyển về 4 ngtử Oxy 

Si 4+ , O 2- => Liên kết ion

2S 2

• Mỗi ion Si 4+ bao quanh bởi 4 ion O 2- =>

Tứ diện tam giác đều (SiO 4 ) 4- ( Đa diện phối trí (SiO 4 ) 4- )

• Mỗi ion Si 4+ bao quanh bởi 4 ion O 2- =>

Tứ diện tam giác đều (SiO 4 ) 4- ( Đa diện phối trí (SiO 4 ) 4- )

• Để đảm bảo trung hòa về điện : Mỗi ion O 2- là

đỉnh chung của 2 khối tứ dịên

=> Liên kết cộng hóa trị  Mạng tinh thể

Hợp chất LK ion, % Hợp chất LK ion, %

K-O 90 Al-O 60 Mg-O 80 B-O 45 Zr-O 67 Si-O 40 Ti-O 63 C-O 22

 Liên kết ion: chủ yếu

Liên kết cộng hóa trị : ít

 Năng lượng liên kết : E = 100 – 500 kj/mol

(đối với kim loại E =60 – 250 kj/mol)

3.3.Cấu trúc của vật liệu

3.3.1.Cấu trúc tinh thể

3.3.2.Cấu trúc vô định hình

3.3.3.Vật liệu đa pha và đa tinh thể

3.3.4.Khuyết tật trong mạng tinh thể

3.3.1.Cấu trúc tinh thể

Cấu trúc = f (Liên kết ion, Liên kết cộng hóa trị)

 Liên kết hóa học  Tỷ số

Vì  (e-cho của cation) =  (e-nhận của anion) =>

Trung hoà điện tích: =>

const Ion

Ion





 ) (

) (

 Liên kết ion:  Sắp xếp các ion ???

 Các ion hút nhau theo mọi hướng 

Đạt độ xếp chặt & tính đối xứng cao =>

Cấu trúc bền vững:

Cation Rc, nm Cation Rc, nm Anion Ra,nm

 Cấu trúc : Mạng tinh thể của anion

Nút mạng : Ion (-) Lỗ hổng : Ion (+)

 Số phối trí n: số aniom xếp bao quanh cation

 Kiểu mạng tinh thể & Số phối trí = f(r + /r - )

 n = 2

 Kiểu mạng tinh thể & Số phối trí = f(r + /r - )

 n = 3

2

3 30

cos AO

r

)

( 2

/ : r

-225

2 2

2 2

2

2

3 2

BH

2

2 3

2 1

1 2

 n = 6 : Xét tam giác AEC :

(1) Khi 2 ion trái dấu tiếp xúc

(2)

D E

 AC  2   AE  2   EC  2

2

2 2

2 r   a

 Kiểu mạng tinh thể & Số phối trí = f(r + /r - )

2

414

• Cấu trúc MX

ZnS: Rc = 0.074nm

Ra= 0.184 nm Rc/Ra = 0.402 Số sắp xếp # = 4

Tỷ số Cation/Anion = 1/1

Dạng cấu trúc (dạng phân bố)?

• Cấu trúc MX 2 hay M 2 X

CaF 2 : Rc = 0.10nm

Ra= 0.133 nm Rc/Ra = 0.75

Số sắp xếp # = 8

 Cấu trúc tinh thể

 Mạng tinh thể :  Đa diện phối trí (Ô cơ sở)

 Đa diện ph.trí [SiO 4 ] 4- L.kết qua đỉnhM.tinh thể

3.3.2.Cấu trúc vô định hình

Liên kết ionMạng xô lệch, đứt => Cấu trúc vô định hình

Thủy tinh thạch anh (SiO 2 )

Thủy tinh Alumosilicat

3.3.3.Vật liệu đa pha & Đa tinh thể

 Vật liệu đa pha :

 CT tinh thể + CT vô định hình

 Ví dụ : Sứ, gốm chịu lửa, gốm thủy tinh

 Vật liệu đa tinh thể :

 nhiều hạt tinh thể : cấu trúc 

3.3.4.Khuyết tật trong mạng tinh thể

 Tạp chất trong mạng tinh thể

 Tạp chất Dung dịch rắn thay thế (d.dh rắn xen kẽ)

Kích thước : giống nhau