Chuyên đề cấu trúc tinh thể

Khái niệm về mạng lưới tinh thể Nếu hình dung các tiểu phân trong tinh thể như những điểm vật chất thì hệthống điểm đặt các tiểu phân sẽ tạo thành một mạng lưới không gian của tinh thể h

HỘI CÁC TRƯỜNG THPT CHUYÊN KHU VỰC DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ

Hải Phòng, 11/2015

MỤC LỤC

Trang

MỤC LỤC 1

PHẦN MỞ ĐẦU 3

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 3

2 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI 3

3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 3

4 GIẢ THUYẾT KHOA HỌC 3

5 NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI 4

6 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 4

7 PHẠM VI NGHIÊN CỨU 4

NỘI DUNG 5

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT VỀ CẤU TRÚC TINH THỂ 5

1.1 MẠNG LƯỚI TINH THỂ 5

1.1.1 Khái niệm về mạng lưới tinh thể 5

1.1.2 Ô mạng cơ sở 5

1.2 NGUYÊN LÍ SẮP XẾP ĐẶC KHÍT NHẤT 5

1.2.1 Nguyên lí sắp xếp đặc khít nhất 5

1.2.2 Trường hợp tinh thể gồm những hạt cùng dạng 5

1.2.3 Trường hợp tinh thể gồm hai loại hạt khác nhau 6

1.3 CÁC DẠNG CẤU TRÚC TINH THỂ 6

1.3.1 Khái niệm chung 6

1.3.2 Cấu trúc mạng tinh thể kim loại 7

1.3.3 Tinh thể hợp chất ion 10

1.3.4 Tinh thể nguyên tử 17

1.3.4 Mạng tinh thể phân tử 20

CHƯƠNG 2: PHÂN DẠNG VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VỀ CẤU TRÚC TINH THỂ 25

2.1 BÀI TẬP VỀ TINH THỂ KIM LOẠI 25

2.2 BÀI TẬP VỀ HỢP CHẤT ION MX VÀ MX2 31

2.3 BÀI TẬP VỀ MẠNG TINH THỂ NGUYÊN TỬ 38

2.4 BÀI TẬP VỀ MẠNG TINH THỂ PHÂN TỬ 40

KẾT LUẬN 44

TÀI LIỆU THAM KHẢO 45

PHẦN MỞ ĐẦU

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Trong quá trình giảng dạy ở phổ thông đặc biệt là trường chuyên, nhiệm vụphát triển tư duy cho học sinh là nhiệm vụ rất quan trọng, đòi hỏi tiến hành đồng bộ ởcác môn Hóa học là môn khoa học thực nghiệm đề cập đến nhiều vấn đề của khoahọc, sẽ góp phần rèn luyện tư duy cho học sinh ở mọi góc độ đặc biệt là qua phần bàitập hóa học Bài tập hóa học không những có tác dụng rèn luyện kỹ năng vận dụng,đào sâu và mở rộng kiến thức đã học một cách sinh động, phong phú mà còn thôngqua đó để ôn tập, rèn luyện một số kỹ năng cần thiết về hóa học, rèn luyện tính tíchcực, tự lực, trí thông minh sáng tạo cho học sinh, giúp học sinh hứng thú trong học tập

Kiến thức về cấu trúc tinh thể là một trong những kiến thức mới, trong nhữngnăm gần đây liên tục xuất hiện trong các đề thi học sinh giỏi Quốc gia Do đó, việc xâydựng hệ thống bài tập về cấu trúc tinh thể là hết sức cần thiết, phục vụ cho nhu cầu bồidưỡng học sinh dự thi học sinh giỏi cấp tỉnh và cấp Quốc gia

Từ những lý do trên, tôi đã chọn đề tài: “Cấu trúc tinh thể” Với hy vọng đề

tài này sẽ là một tài liệu tham khảo phục vụ cho việc học tập của các em học sinh dựthi học sinh giỏi các cấp

2 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI

Việc thực hiện đề tài nhằm tuyển chọn, xây dựng hệ thống câu hỏi, bài tập vàphương pháp giải phần Cấu trúc tinh thể có tính chọn lọc áp dụng cho học sinh giỏinhằm nâng cao hiệu quả học tập của học sinh

3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Hệ thống kiến thức, bài tập nhằm bồi dưỡng, nâng cao chất lượng học tập chohọc sinh giỏi Hoá học, cụ thể là phần Cấu trúc tinh thể

4 GIẢ THUYẾT KHOA HỌC

Nếu xây dựng thành công một hệ thống câu hỏi và bài tập từ cơ bản đến nângcao, từ vận dụng đến sáng tạo, có sự kết nối chặt chẽ các vấn đề cơ bản, chọn lọc phầnCấu trúc tinh thể sẽ góp phần xác định đúng phẩm chất và năng lực quan trọng nhấtcủa học sinh để tuyển chọn, bồi dưỡng học sinh giỏi Hoá học

5 NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI

Hệ thống kiến thức, bài tập bồi dưỡng cho học sinh lớp chuyên, đội tuyển họcsinh giỏi môn Hoá học phần Cấu trúc tinh thể

Đề xuất phương pháp giải bài tập phần Cấu trúc tinh thể nhằm tổ chức, bồidưỡng cho lớp chuyên Hoá, học sinh giỏi Hoá học

6 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu nội dung kiến thức Hoá học phần Cấu trúc tinh thể

7 PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Đề tài chỉ đề ra nhiệm vụ phát triển tư duy sáng tạo, năng lực tự học, tự nghiêncứu của học sinh thông qua việc tuyển chọn, xây dựng hệ thống câu hỏi và bài tập vàphương pháp giải phần Cấu trúc tinh thể có chất lượng, đồng thời sử dụng chúng mộtcách thích hợp, hiệu quả nhất

NỘI DUNG CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN LÝ THUYẾT VỀ CẤU TRÚC TINH THỂ

1.1 MẠNG LƯỚI TINH THỂ

1.1.1 Khái niệm về mạng lưới tinh thể

Nếu hình dung các tiểu phân trong tinh thể như những điểm vật chất thì hệthống điểm đặt các tiểu phân sẽ tạo thành một mạng lưới không gian của tinh thể hay

“mạng lưới tinh thể”

– Các điểm đặt gọi là nút mạng

– Những nút trên cùng một đường thẳng gọi là hàng

– Mặt phẳng được xác định bởi 3 nút mạng không thẳng hàng gọi là mặt mạng

– Hình bình hành có cạnh là những hàng song song gọi là mắt mạng

– Hình hộp có đỉnh là các nút mạng gọi là ô mạng

– Ô mạng chỉ có nút ở đỉnh gọi là ô mạng đơn giản

– Ô mạng có các nút ở mặt hoặc tâm gọi là ô mạng phức tạp

1.1.2 Ô mạng cơ sở

Trong một mạng lưới tinh thể có thể chọn một mạng có thể tích cực tiểu, còngiữ lại được những đặc tính đối xứng của toàn bộ mạng lưới Ô mạng được chọn saocho có số góc vuông là cực đại Ô mạng thỏa mãn những tính chất đó được gọi là ômạng cơ sở

Một mạng lưới tinh thể bất kì đều được cấu tạo từ những ô mạng cơ sở đặctrưng cho nó bằng cách tịnh tiến ô mạng đó theo 3 phương trong không gian sao chocác cạnh của nó luôn song song với nhau

Nội dung nguyên lí:

“Trong tinh thể các hạt có khuynh hướng sắp xếp đặc khít nhất sao cho thể tích khoảng không gian tự do còn lại giữa chúng là nhỏ nhất”.

Một cách dẫn đến cấu trúc lục phương đặc khít nhất, còn cách thứ hai dẫn đến cấu trúclập phương đặc khít được gọi là cấu trúc lập phương tâm diện.

Hình 2.1 Cách sắp xếp sáu phương

Hình 2.2 Cấu trúc lập phương tâm diện

Hình 2.3 Cấu trúc lục phương 1.2.3 Trường hợp tinh thể gồm hai loại hạt khác nhau

Trong trường hợp này việc chọn cách sắp xếp đặc khít phụ thuộc vào tỉ số bánkính giữa 2 hạt

1.3 CÁC DẠNG CẤU TRÚC TINH THỂ

1.3.1 Khái niệm chung

Khi kết tinh, mỗi chất tinh thể kết tinh theo một dạng cấu trúc nào đó tùy thuộcvào các yếu tố sau đây:

– Trước hết là thành phần các loại hạt tham gia xây dựng mạng lưới, nghĩa là phụthuộc vào công thức hóa học của chất tinh thể Gross đã khám phá ra một qui luật thựcnghiệm là: “Một chất có thành phần hóa học cang đơn giản thì mạng lưới tinh thể cótính chất đối xứng cao”

– Tỉ lệ giữa bán kính các loại hạt trong mạng lưới

– Lực tương tác giữa các hạt (độ mạnh và tính định hướng của các mối liên kết giữacác hạt)

AA

– Cuối cùng, các điều kiện bên ngoài (nhiệt độ, áp suất, ) đôi khi cũng có ảnh hưởngđến cấu trúc tinh thể.

Để biểu diễn dạng cấu trúc của các chất tinh thể, người ta thường dùng kháiniệm “số phối trí”

*Định nghĩa “số phối trí”

Mỗi nguyên tử, ion trong phân tử hay trong tinh thể luôn luôn được bao quanhbởi các nguyên tử, ion hay phân tử khác Số hạt (ion, nguyên tử hay phân tử) trực tiếpbao quanh nguyên tử hay ion khảo sát được gọi là số phối trí của nguyên tử hoặc ionđó

– Nguyên tử, ion khảo sát được gọi là nguyên tử hoặc ion trung tâm

– Nguyên tử, phân tử hay ion bao quanh được gọi là phối tử

Dưới đây là một số dạng cấu trúc điển hình của các đơn chất và hợp chất vô cơ

1.3.2 Cấu trúc mạng tinh thể kim loại

Trong bảng tuần hoàn có khoảng 76% số nguyên tố là kim loại Nguyên tử kimloại có ít electron hóa trị (thường từ 1 ÷ 3) Khi hình thành các phân tử kiểu như Li2,

Be2, còn có obitan trống gần với vị trí các obitan phân tử (các MO) bị chiếm nên có

xu hướng xảy ra tương tác tạo thành mạng lưới tinh thể Vậy tinh thể kim loại đượchình thành nhờ chủ yếu là tinh thể kim loại Yếu tố hay đơn vị cấu trúc mạng tinh thể

– Tinh thể kim loại gồm:

+ Các cation kim loại nằm ở các nút mạng

+ Các electron hoá trị chuyển động tự do trong toàn tinh thể

+ Lực liên kết kim loại càng mạnh khi số electron hoá trị chuyển thành electron tự docàng lớn

– Thuyết khí electron giải thích các rính chất vật lý của kim loại:

Do các electron liên kết kim loại chuyển động tự do nên:

+ Khi các lớp trượt lên nhau thì không xuất hiện lực đẩy bổ sung Tinh thể kim loại chỉbiến dạng mà không bị phá vỡ

+ Các electron này có thể chuyển động thành dòng khi đặt một hiệu điện thế vào haiđầu kim loại

+ Các electron này có khả năng truyền dao động nhiệt từ nơi này đến nơi khác trongmạng tinh thể

+ Các electron này phản xạ tốt ánh sáng chiếu đến nên kim loại có ánh kim

b Thuyết vùng (thuyết MO áp dụng cho hệ nhiều nguyên tử)

– N AO có mức năng lượng gần nhau tổ hợp thành N MO có mức năng lượng khácnhau, N càng lớn thì các mức năng lượng càng gần nhau và tạo thành vùng năng lượng– Các AO hoá trị s, p, d của kim loại có năng lượng khác nhau sẽ tạo ra những vùngnăng lượng khác nhau Các vùng này có thể xen phủ hoặc cách nhau một vùng không

có MO gọi là vùng cấm

– Các electron chiếm các MO có năng lượng từ thấp đến cao, mỗi MO có tối đa haielectron Vùng gồm các MO đã bão hoà electron gọi là vùng hoá trị Vùng MO không

bị chiếm hoàn toàn trong đó electron có khả năng chuyển động tự do là vùng dẫn.– Các electron trong vùng hoá trị không có khả năng dẫn điện

– Các electron trong vùng dẫn có thể dẫn điện khi có năng lượng đủ lớn thắng đượclực hút của các cation kim loại

Hình 3.1 Sự hình thành các vùng năng lượng trong tinh thể kim loại Li và Mg 1.3.2.2 Một số cấu trúc tinh thể kim loại

a Cấu trúc lập phương tâm khối

– Đỉnh và tâm khối hộp lập phương là nguyên tử hay ion dương kim loại

1s 2s 2p 3s

Vïng

Vïng cÊm Vïng xen phñ

dÉn

ho¸ trÞ

Vïng ho¸ trÞ

Vïng dÉn ®iÒn ®Çy mét nöa

ChÊt b¸n dÉn cã vïng cÊm hÑp ( E < 3 eV) E

Vïng dÉn

Vïng ho¸ trÞ Vïng cÊm réng

ChÊt c¸ch ®iÖn cã vïng cÊm réng ( E > 3 eV) E

Vïng ho¸ trÞ E

Vïng dÉn.

nhiÒu electron cã mÆt (kh«ng cã vïng cÊm)

Kim lo¹i cã vïng dÉn vµ

vïng ho¸ trÞ xen phñ nhau

Hình 3.2 Minh họa cấu trúc mạng tinh thể lập phương tâm khối

Các kim loại kiềm, Ba, V, Cr, Fe–α, –β, –δ, có cấu trúc này Trong số cácnguyên tố kim loại có cấu trúc mạng tinh thể loại này, người ta thường nói đếnvonfram (W) nên thường gọi cấu trúc mạng tinh thể lập phương tâm khối là mạng cấutrúc tinh thể vonfram

b Cấu trúc lập phương tâm diện

– Đỉnh và tâm các mặt của khối hộp lập phương là các nguyên tử hoặc ion dương kimloại

– Số phối trí = 12

Hình 3.3 Minh họa cấu trúc mạng tinh thể lập phương tâm diện

Các kim loại Ni, Cu, Ag, Au, Al, có cấu trúc tinh thể lập phương tâm diện.Trong số các kim loại có cấu trúc tinh thể này, người ta thường đề cập đến Cu Vì vậyngười ta gọi cấu trúc tinh thể này là cấu trúc tinh thể đồng

Hình 3.4 Minh họa cấu trúc mạng tinh thể lục phương

Một số kim loại như Zn, Be, Mg, Cd, Co, Sc, Y, La, Ti, Hf, có cấu trúc tinhthể dạng này Người ta thường gọi cấu trúc này là cấu trúc tinh thể magie

*Quy tắc Engel và Brewer cho biết cấu trúc tinh thể kim loại hoặc hợp kim phụ thuộcvào số electron s và p độc thân trung bình trên một nguyên tử kim loại ở trạng tháikích thích: a

a < 1,5: lập phương tâm khối

1,7 < a < 2,1: lục phương

2,5 < a < 3,2: lập phương tâm diện

a ~ 4: mạng tinh thể kim cương

Áp dụng:

Na: 1s22s22p63s1 → a = 1 → tinh thể mạng phương tâm khối

Mg: 1s22s22p63s2→ 1s22s22p63s13p1 → a = 2 → tinh thể mạng lục phương

Al: 1s22s22p63s23p1→ 1s22s22p63s13p2 → a = 3 → tinh thể mạng lập phương tâm diện

Bảng tổng quát các đặc điểm của các mạng tinh thể kim loại

B

Khi phần không gian này bị chiếm bởi các chất có bản chất khác thì thành phầnhóa học thay đổi Mạng các quả cầu ban đầu thường được gọi là mạng chủ.

*Xác định các hốc tứ diện và bát diện trong mạng lập phương tâm diện

Hình 3.8 Hốc tứ diện và bát diện trong mạng lập phương tâm diện

– Số hốc tứ diện: 8 hốc

T

O O

– Số hốc bát diện: 1 + 12×1/4 = 4 hốc.

*Xác định các hốc tứ diện và bát diện trong mạng lục phương

Hình 3.9 Hốc tứ diện và bát diện trong mạng lục phương

– Số hốc tứ diện: 4

– Số hốc bát diện: 2

1.3.3.2 Quy tắc sắp xếp các ion trong mạng tinh thể

– Quy tắc 1: tinh thể trung hòa về điện

– Quy tắc 2: các ion có bán kính nhỏ r chiếm các hốc tinh thể và tiếp xúc với các ionbán kính lớn R của mạng chủ (2 ion có điện tích trái dấu)

a Hốc lập phương

– Số phối trí: 8

a 3

Rr

a 2

– Nếu có sự tiếp xúc các ion trái dấu:

2(R r)2(R r) a 3 a

– Không có sự tiếp xúc các ion cùng dấu:

1.3.3.3 Tính chất của tinh thể hợp chất ion

– Tinh thể hợp chất ion được tạo thành bởi những cation và anion hình cầu có bán kínhxác định

– Lực liên kết giữa các ion là lực hút tĩnh điện không định hướng

– Hợp chất ion được hình thành từ những nguyên tử có hiệu độ âm điện lớn Nhữngelectron hoá trị của những nguyên tử có độ âm điện nhỏ được coi như chuyển hoàntoàn sang các obitan của nguyên tử có độ âm điện lớn tạo ra các ion trái dấu hút nhau.– Các anion thường có bán kính lớn hơn cation nên trong tinh thể người ta coi anionnhư những quả cầu xếp khít nhau theo kiểu lập phương tâm diện, lục phương hoặc lập

phương đơn giản Các cation có kích thước nhỏ hơn nằm ở các hốc tứ diện hoặc bátdiện.

1.3.3.4 Cấu trúc của các hợp chất ion MX

a Cấu trúc kiểu cesi clorua (CsCl)

Trong cấu trúc kiểu CsCl:

– Các ion Cl– tạo một mạng lập phương đơn giản tương ứng với sự có mặt 1 ion Cl–trong mỗi ô mạng

– Các ion Cs+ chiếm mọi hốc lập phương cùng số lượng bằng nhau để thỏa mãn điềukiện trung hòa điện

Như vậy mỗi ion Cs+ được bao quanh bởi 8 ion Cl– và ngược lại

Trong cấu trúc kiểu NaCl:

– Các ion Cl– tạo mạng lập phương tâm diện tương ứng với 4 ion Cl– trong mỗi ômạng

– Điều kiện trung hòa điện áp đặt sự chiếm mọi hốc bát diện (4) bởi các ion Na+

Như vậy mỗi ion Na+ được bao quanh bởi 6 ion Cl– và ngược lại

Cs Cl

Hình 3.11 Cấu trúc mạng tinh thể NaCl

Có khoảng 200 chất rắn có cấu trúc mạng tinh thể kiểu NaCl, trong đó có NaF,KCl, CaO, MgO, FeO,…

c Cấu trúc kiểu sphalerit (blande)

Kẽm sunfua có nhiều dạng thù hình, sphalerit là dạng lập phương

Trong cấu trúc tinh thể ZnS sphalerit:

– Các ion S2– tạo mạng lập phương tâm diện, kéo theo sự có mặt của 4 ion S2– trongmột ô mạng

– Để thỏa mãn tính trung hòa điện của mạng, các ion Zn2+ chiếm 4 trong số 8 hốc tứdiện, tức là có 4 ion Zn2+ cho một ô mạng

Hình 3.12 Cấu trúc mạng tinh thể ZnS sphalerit

Như vậy mỗi ion Zn2+ được bao quanh bởi 4 ion Zn2– và ngược lại

Các hợp chất CdS, AlSb, CuBr,… kết tinh theo mạng này

d Cấu trúc kiểu vuazit

Một dạng thù hình khác của ZnS là cấu trúc kiểu vuazit

Trong tinh thể ZnS vuazit:

Na Cl

SZn

– Các ion S2– tạo mạng lục phương, kéo theo sự có mặt của 2 ion S2– trong một ômạng.

– Để thỏa mãn tính trung hòa điện của mạng, các ion Zn2+ chiếm các hốc tứ diện thỏamãn điều kiện là trong một ô mạng có 2 ion Zn2+

Hình 3.13 Cấu trúc mạng tinh thể ZnS vuazit

Những hợp chất như HgS, ZnO, SiC, AlN,… có mạng lưới tinh thể kiểu vuazit

a Canxi florit (CaF 2 )

Các ion Ca2+ sắp xếp theo kiểu lập phương tâm diện, các ion F– chiếm các hốc tứdiện Cùng kiểu mạng này có tinh thể của Na2O

SZn

Hình 3.15 Cấu trúc mạng tinh thể CaF2

– Vì lực liên kết mạnh, các ion đều tích điện nên các hợp chất ion chỉ tan trong dungmôi phân cực

– Vì trong ion, các electron chuyển động trên các obitan định chỗ trên các ion nên ởtrạng thái tinh thể các hợp chất ion không dẫn điện Nhưng ở trạng thái nóng chảy vàdung dịch thì chúng dẫn được diện

1.3.4 Tinh thể nguyên tử

1.3.4.1 Tính chất của tinh thể nguyên tử

– Trong tinh thể nguyên tử, các đơn vị cấu trúc chiếm các điểm nút mạng là cácnguyên tử, liên kết với nhau bằng liên kết cộng hoá trị nên còn gọi là tinh thể cộng hoátrị

– Do liên kết cộng hoá trị có tính định hướng nên cấu trúc tinh thể và số phối trí đượcquyết định bởi đặc điểm liên kết cộng hoá trị, không phụ thuộc vào điều kiện sắp xếpkhông gian của nguyên tử

CaF

OTi

– Vì liên kết cộng hoá trị là liên kết mạnh nên các tinh thể nguyên tử có độ cứng đặcbiệt lớn, nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi cao, không tan trong các dung môi Chúng

là chất cách điện hay bán dẫn

1.3.4.2 Một số mạng tinh thể nguyên tử

a Kim cương

Hình 3.17 Cấu trúc mạng tinh thể kim cương

– Các nguyên tử C chiếm vị trí các đỉnh, các tâm mặt và một nửa số hốc tứ diện Sốphối trí của C bằng 4

– Mỗi tế bào gồm 8.1/8 + 6.1/2 + 4 = 8 nguyên tử

*Liên kết trong kim cương

– Các nguyên tử C ở trạng thái lai hoá sp3 tạo ra 4 AO lai hoá hướng về 4 đỉnh hình tứdiện Các nguyên tử C sử dụng các AO lai hoá này tổ hợp với nhau tạo ra các MO–σ – Có N nguyên tử → tạo ra 4N MO trong đó có 2N MO liên kết tạo

thành vùng hoá trị và 2N MO phản liên kết tạo thành vùng dẫn Vùng hoá trị đã đượcđiền đầy, vùng dẫn hoàn toàn còn trống, hai vùng cách nhau một vùng cấm có ∆E = 6eV

– Vùng cấm rộng do e trong liên kết cộng hoá trị có tính định vị cao Dẫn đến kimcương là chất cách điện

*Tính chất của kim cương

– Do cấu trúc không gian ba chiều đều đặn và liên kết cộng hoá trị bền vững nên kimcương có khối lượng riêng lớn (3,51), độ cứng lớn nhất, hệ số khúc xạ lớn, nhiệt độsôi, nhiệt độ nóng chảy cao, giòn, không tan trong các dung môi, không dẫn điện

3N

AO - p

AO - s N

2N MO plk cßn trèng

2N MO lk b·o hoµ Vïng cÊm E = 6 eV

– Cùng kiểu mạng tinh thể với kim cương có tinh thể của các nguyên tố Si, Ge và Sn( α )

và một số hợp chất cộng hoá trị như: SiC, GaAs, BN, ZnS, CdTe Tuy nhiên liên kếtcộng hoá trị trong các tinh thể này là liên kết cộng hoá trị phân cực

b Tinh thể bo nitrua mạng kim cương (Borazon)

Hình 3.18 Cấu trúc mạng tinh thể borazon

– Borazon cứng, cách điện như kim cương Tuy nhiên borazon có tính bền về mặt cơ

và nhiệt hơn kim cương (khi nung nóng trong chân không đến 2700oC borazon hoàntoàn không đổi, chịu nóng ngoài không khí đến 2000oC và chỉ bị oxi hoá nhẹ bề mặt,trong lúc đó kim cương bị cháy ở 900oC)

c Than chì

– Các nguyên tử C lai hoá sp2 liên kết với nhau bằng liên kết cộng hoá trị σ, độ dài liênkết C–C: 1,42 Å nằm trung gian giữa liênkết đơn (1,54 Å) và liên kết đôi (1,39 Å –benzen)

– Hệ liên kết π giải toả trong toàn bộ của lớp, do vậy so với kim cương, than chì có độhấp thụ ánh sáng đặc biệt mạnh và có khả năng dẫn điện giống kim loại tính chất vật

lý của than chì phụ thuộc vào phương tinh thể

– Liên kết giữa các lớp là liên kết yếu Van der Waals, khoảng cách giữa các lớp là3,35Å, các lớp dễ dàng trượt lên nhau, do vậy than chì rất mềm

3,35 A

1,42 A

Hình 3.19 Cấu trúc mạng tinh thể than chì

c Tinh thể Bonitrua dạng mạng than chì

– Tinh thể BN có màu trắng

– Cấu tạo của BN giống như than chì, các nguyên tử B và N cùng lai hoá sp2

– Giống than chì BN mềm, chịu lửa (tnc ∼ 3000oC)

– Do nguyên tử N có độ âm điện lớn nên các MO π định vị chủ yếu ở N, dẫn đến các e

π không được giải toả như ở than chì và BN không dẫn điện (∆E = 4,6 – 3,6 eV)

Hình 3.20 Cấu trúc mạng tinh thể Bonitrua dạng mạng than chì

1,446 A

Hình 3.22 Tinh thể He

b Tinh thể phân tử iot

– Mạng lưới của tinh thể I2 có đối xứng dạng trực thoi với các thông số a = 7,25 Å, b =9,77 Å, c = 4,78 Å Tâm các phân tử I2 nằm ở đỉnh, tâm của ô mạng măt thoi

– Khoảng cách ngắn nhất I–I trong tinh thể là 2,70 Å xấp xỉ độ dài liên kết trong phân

tử khí I2 2,68 Å.→ liên kết cộng hoá trị I–I thực tế không thay đổi khi thăng hoa

Hình 3.23 Tinh thể iot

– Khoảng cách ngắn nhất của hai nguyên tử I thuộc hai phân tử I2 là 3,53 Å Các phân

tử định hướng song song theo hai hướng đối xứng nhau qua mặt phẳng xOz một góc

32o

– Lực liên kết giữa các phân tử là lực Van der Waals yếu nên I2 dễ thăng hoa khi nhiệt

độ ∼60o

c Tinh thể phân tử xenonflorua (XeF 2 )

– Tinh thể XeF2 được tạo bởi các phân tử thẳng XeF2 Tâm của các nguyên tử Xe nằm

ở đỉnh và tâm của khối hình chữ nhật

– XeF2 là chất rắn, không màu tnc = 140oC, khối lượng riêng 4,32 g/cm3, phân tử códạng đường thẳng, dXe–F = 2,00 Å

Hình 3.24 Tinh thể XeF2

d Tinh thể phân tử XeF 4

– Phân tử XeF4 cấu tạo vuông phẳng, Xe lai hoá sp3d2

– XeF4 là chất rắn, dễ bay hơi, khá bền ở nhiệt độ thường D = 4,04 g/cm3; tnc = 114oC