Giao trinh bai tap chương 2 động lực học chất điểm

Ví dụ: Viên kim cương Tinh thể phèn nhôm -kali b Đa tinh thể: Tập hợp các tinh thể nhỏ, kết tinh chồng chất lên nhau và chèn ép nhau.Tuy nhiên, các thông số của mạng tinh thể vẫn khô

Chương II : TRẠNG THÁI RẮN II.1 CHẤT TINH THỂ VÀ CHẤT VÔ ĐỊNH HÌNH

1.Chất tinh thể:

Chất tinh thể có các tiểu phân sắp xếp trật tự theo những quy luật lặp đi lặp lại nghiêm ngặt trong toàn bộ tinh thể

Do đó chất tinh thể có:

- cấu trúc và hình dáng xác định

- có trật tự xa

- có tính dị hướng

- có nhiệt độ nóng chảy xác định

SiO 2

2 Chất vô định hình:

Chất vô định hình có cấu trúc gần như cấu trúc chất

Do đó chất vô định hình có:

- Cấu trúc và hình dáng không xác

định

- Có trật tự gần

- Có tính đẳng hướng

- Có nhiệt độ nóng chảy không xác

định

Kết luận:Trạng thái tinh thể luôn bền hơn trạng thái vô định hình

3 Đơn tinh thể và đa tinh thể

a) Đơn tinh thể : Là một tinh thể hòan chỉnh

Ví dụ: Viên kim cương Tinh thể phèn nhôm -kali

b) Đa tinh thể: Tập hợp các tinh thể nhỏ, kết tinh

chồng chất lên nhau và chèn ép nhau.Tuy nhiên, các thông số của mạng tinh thể vẫn không bị thay đổi

Trong tự nhiên các chất thường nằm dưới dạng các

đa tinh thể Rất hiếm gặp các đơn tinh thể trong tự nhiên

II.2 HỆ TINH THỂ

1 Các yếu tố đối xứng của tinh thể

a) Tâm đối xứng là điểm giữa của tất cả

các đoạn thẳng nối từ bất kỳ điểm nào

trên bề mặt này sang bề mặt kia của tinh

thể và đi qua nó

b) Mặt phẳng đối xứng là mặt phẳng phân

chia tinh thể ra làm hai phần mà phần

này là ảnh của phần kia trong gương

c) Trục đối xứng là đường thẳng mà khi

quay tinh thể xung quanh nó 360o thì tinh

thể trùng với hình n lần, n được gọi là

bậc của trục

(Hình bên có trục đối xứng bậc 4 (L4)

2 Cấu tạo bên trong tinh thể

Mạng tinh thể được tạo thành từ các mặt mạng Điểm giao nhau của các mặt mạng là các nút mạng

Mặt mạng (a) và mạng tinh thể với ô cơ bản(b)

Ô cơ bản là hình khối nhỏ nhất tạo nên mạng tinh thể

Mỗi ô cơ bản được đặc trưng bằng

giá trị 3 cạnh (a,b,c) và 3 góc (α, β,

γ) Mỗi chất có một ô cơ bản với

các giá trị cạnh và góc xác định, vì

vậy chúng là các thông số ô cơ bản

của mạng tinh thể

Các tiểu phần (ion, nguyên tử, phân tử) phân bố tại nút mạng

CsCl Ar I 2

2 Các hệ tinh thể và ô mạng cơ sở của chúng

Mạng tinh thể có tối thiểu một yếu tố đối xứng Có tất cả 32 tổ hợp yếu tố đối xứng ứng với 32 lớp tinh thể 32 lớp tinh thể này được quy về 7 hệ tinh thể Đó

là:

Hệ tam tà (triclinic) có tâm đối xứng Không

có trục và mặt đối xứng

a ≠ b ≠ c ; α ≠ β ≠ γ ≠ 90o

K2Cr2O7; CuSO4.5H2O

Hệ đơn tà (monoclinic) có 1 trục đối xứng

bậc 2 và 1 mặt phẳng đối xứng hoặc chỉ có

một trong hai yếu tố đối xứng này

a ≠ b ≠ c ; α = γ = 90o; β ≠ 90o

Lưu huỳnh đơn tà (Sβ), thạch cao (CaSO4.2H2O)

Hệ tà phương (orthorhombic) có vài trục

đối xứng bậc 2 và vài mặt phẳng đối

xứng hoặc một trong hai yếu tố đối

xứng này

a ≠ b ≠ c ; α = β = γ = 90o

Lưu huỳnh tà phương (Sα), baritin (BaSO4)

Hệ tam phương (rhombohedral) có ít nhất

một trục đối xứng bậc 3

a = b = c ; α = β = γ ≠ 90o

Canxit (CaCO3), NaIO4.3H2O

Hệ tứ phương (tetragonal) có một trục

đối xứng bậc bốn

a = b ≠ c ; α = β = γ = 90o

SnO2, CaWO4

Hệ lục phương (hexagonal) có một trục

đối xứng bậc 6

a = b ≠ c ; α = β = 90o , γ = 120o

Thạch anh (SiO2), nephelin (NaAlSiO4)

Hệ lập phương (cubic) có 3 trục đối xứng

bậc bốn

a = b = c ; α = β = γ = 90o

NaCl, CaF2

II.3 CÁC KIỂU MẠNG TINH THỂ

1.Số phối trí

Số phối trí là số tiểu phần bao quanh gần nhất đối với

tiểu phần trung tâm

2 Các kiểu mạng tinh thể

Dựa trên các tiểu phần ở nút mạng và lực liên kết giữa chúng, người ta phân chia các tinh thể thành bốn kiểu

mạng tinh thể : mạng nguyên tử, mạng phân tử, mạng

ion và mạng kim loại .

Mạng phân tử gồm các phân tử hút nhau bằng lực Van

Argon (Ar) XeF 2 XeF 4

Chất có mạng phân tử thường có độ cứng thấp, nhiệt độ nóng chảy thấp, một số tan nhiều trong dung môi không cực, tan ít trong dung môi có cực

Số phối trí tính bằng số tiểu phần phân bố xung quanh tiểu phần trung tâm

Ar có số phối trí 12

Phân tử XeF2 và XeF4 có số phối trí 8

Mạng nguyên tử được tạo thành từ các những nguyên tử Các nguyên tử liên kết với nhau bằng lực liên kết cộng hóa trị theo 3 chiều không gian Quy luật phân bố các nguyên tử trong mạng tinh thể được quyết định bởi kiểu lai hóa các orbitan nguyên tử

Kim Cương

ZnS SiO 2

Mạng nguyên tử rất bền, cứng, nhiệt độ nóng chảy cao, khó bay hơi và hầu như không tan trong bất cứ loại dung môi nào

Số phối trí của 1 nguyên tử bằng số liên kết cộng hóa trị σ có được với các nguyên tử xung quanh

ZnS : Zn và S đều có số phối trí 4 (sp3)

SiO2: Si có phối trí 4(sp3), O có số phối trí 2(sp)

Kim cương C có số phối trí 4(sp3)

Mạng ion tạo thành từ các ion ngược dấu nằm ở nút

mạng Các ion hút nhau bằng lực hút tĩnh điện Hợp chất ion có nhiệt độ nóng chảy cao, khó bay hơi, khá cứng, một số lớn dễ tan trong nước tạo thành ion bị hydrat hóa Có tính dẫn điện trong trạng thái nóng chảy và trong dung dịch điện ly

Số phối trí là số tiểu phần bao quanh tiểu phần trung

tâm

NaCl: Na và Cl có số phối trí 6

CsCl: Cs và Cl có số phối trí 8

K2[TiCl6]: K có số phối trí 4 (tiểu phần phối trí là ion phức hexaclorotitanat(IV)) Ti có số phối trí 6 tiểu phần

phối trí là Cl)

Mạng kim loại được đặc trưng bằng các ion dương nằm ở nút mạng tinh thể và có liên kết kim loại giữa chúng Các kim loại và hợp kim có loại mạng này Có ánh kim, dễ dát mỏng, kéo dài, dẫn điện và dẫn nhiệt tốt,

đa số khá cứng

Số phối trí tính bằng số nguyên tử kim lọai bao quanh

Na Có số phối trí 8

Cu có số phối trí 12

Mg có số phối trí 12

3 Các kiểu cấu trúc tinh thể

Dựa vào đặc điểm liên kết và khoảng cách giữa các

tiểu phần, người ta phân chia các tinh thể thành 4 kiểu

cấu trúc tinh thể: cấu trúc phối trí, cấu trúc đảo, cấu

trúc mạch và cấu trúc lớp

Cấu trúc phối trí có đặc trưng là mỗi tiểu phân được bao

quanh bởi số tiểu phần đơn (nguyên tử, ion đơn) bằng liên kết mạnh Thuộc loại cấu trúc này có mạng nguyên tử , mạng ion và mạng kim loại

Ví dụ: Kim cương, SiO2, NaCl , Mg…

Cấu trúc đảo có đặc trưng là tại nút mạng có phân tử hay

ion phức tạp liên kết với các tiểu phân xung quanh

bằng lực Van der Waals hay lực hút tĩnh điện Thuộc loại cấu trúc này có mạng phân tử và mạng ion có ion phức tạp

Ví dụ: K2[TiCl6], XeF4, Ar…

Cấu trúc lớp có đặc trưng là tạo liên kết cộng hóa trị

theo hai chiều trong không gian Các lớp liên kết với nhau nhờ lực Van Der Waals Granit, CdI2, Al(OH)3, Pd(CN)2…Trong tinh thể cĩ thể cĩ thêm các lọai liên kết khác như liên kết ion, liên kết hydro…

AB 2

Al(OH) 3

Cấu trúc mạch có đặc trưng tạo liên kết cộng hóa trị theo

một hướng trong không gian Các mạch này liên kết với nhau bằng liên kết Van Der Waals Trong tinh thể cĩ thê cĩ thêm các lọai liên kết khác như liên kết ion, liên kết hydro…

PdCl 2

AB 2

CaCrF 5

TLTK :Dr S.J Heyes

http://www.chem.ox.ac.uk/icl/heyes/structure_of_solids/strucsol.html

II.4 TINH THỂ THỰC VÀ KHUYẾT TẬT CẤU

TRÚC

1 Tinh thể lý tưởng

Tinh thể lý tưởng là tinh thể :

- Sự sắp xếp các tiểu phần có tính tuần hòan không gian nghiêm ngặt

- không có khuyết tật cấu trúc

Các đơn tinh thể có thể được coi là tinh thể lý tưởng

2 Tinh thể thực

Tinh thể thực là tinh thể:

-Tính tuần hòan không gian của sự sắp xếp các tiểu phân luôn bị vi phạm

- Có khuyết tật cấu trúc

Các đa tinh thể là các tinh thể thực

3 Các kiểu khuyết tật cấu trúc

Khuyết tật điểm gồm hai lọai:

+ Khuyết tật lỗ trống Nút mạng

trống

+ Khuyết tật xen kẽ Tiểu phân phân

bố ở giữa các nút mạng hay tiểu

phân lạ thay thế tiểu phân của nút

mạng

Khuyết tật đường (lệch): Đầu biên của một mặt mạng bị

đứt cụt trong tinh thể (Ví dụ: đường AB)

Khuyết tật bề mặt:Là hệ quả của khuết tật điểm và

khuyết tật đường, thể hiện trên mặt tinh thể hay trên

biên giới giữa hai tinh thể

II.5 HIỆN TƯỢNG ĐA HÌNH

Hiện tượng đa hình là hiện tượng một chất (đơn

chất hay hợp chất) có thể tồn tại dưới nhiều dạng

tinh thể khác nhau

Ví dụ: Carbon có 3 đa hình: Kim cương, grafit,

carbin

Oxyhydroxyt sắt(III) có 3 đa hình: α - FeOOH,

β - FeOOH và γ - FeOOH

Nhiệt độ chuyển hóa đa hình: Là nhiệt độ co sự

chuyển từ đa hình này sang đa hình khác

Sự chuyển hóa hỗ biến: Là sự chuyển hóa thuận

nghịch giữa hai đa hình ở nhiệt độ chuyển hóa.(áp suất không đổi) Ví dụ Sđơn tà ⇌ Stà phương ở to = 95,5oC

Sự chuyển hóa đơn biến: Là sự chuyển hóa bất

thuận nghịch giữa hai đa hình Ví dụ: Kim cương → grafit

II.6 HIỆN TƯỢNG ĐỒNG HÌNH

VÀ DUNG DỊCH RẮN

1.Hiện tượng đồng hình: Các chất khác nhau có cùng

lọai tinh thể có thể đồng thời kết tinh tạo thành một lọai tinh thể trong đó các tiểu phần của chúng thay thế lẫn

cho nhau Sản phẩm thu được là một dung dịch rắn thay

thế

Ví dụ: Olivin là dung dịch rắn thay thế giữa Fe2SiO4 và

Mg2SiO4

Sơ đồ mạng tinh thể dung dịch rắn FeMgSiO4 của Olivin trong đó vòng tròn đỏ là Fe2+, vòng xanh nhạt là Mg2+, vòng xanh lớn là O2-, còn Si+4 nằm trong tâm tứ diện của

4 ion O

2-2.Dung dịch rắn: Là chất rắn có mạng tinh thể được tạo

thành bởi tiểu phần của hai hay nhiều chất , mà các tiểu phần này sắp xếp vô trật tự đối với nhau

Dung dịch rắn thay thế: Tiểu phần thay thế nhau ở nút

mạng

Điều kiện tạo dung dịch rắn thay thế:

- Các lọai tiểu phần

phải có kích thước

gần bằng nhau

- Có tính chất hóa

học gần giống nhau

Ví dụ: dung dịch rắn

Zn – Cu, Dung dịch

rắn KCl – KBr…

Dung dịch rắn xâm nhập: Tiểu phần xâm nhập vào

giữa các nút mạng

Điều kiện tạo thành dung dịch rắn xâm nhập:

Kích thước tiểu phần

xâm nhập rất nhỏ so

với kích thước các

tiểu phần trong mạng

tinh thể

Ví dụ: các dung dịch

rắn xâm nhập giữa

hydro và các kim

lọai quý (Pt, Pd…)