Trạng thái rắn Chất rắn 2.. Trạng thái plasma ⇒ Tính chất của chất được xác định bởi thành phần nguyên tố cũng như cấu trúc của nó.. Hình 1: Sự chuyển hóa của các trạng thái vật chất khá
Trang 1Chương 1
Các trạng thái vật chất:
1 Trạng thái rắn (Chất rắn)
2 Trạng thái lỏng
3 Trạng thái khí
4 Trạng thái plasma
⇒ Tính chất của chất được xác định
bởi thành phần nguyên tố cũng
như cấu trúc của nó.
Hình 1: Sự chuyển hóa của các trạng thái vật chất khác nhau
1 Cấu tạo và liên kết nguyên tử a) Cấu tạo nguyên tử
Nguyên tử = hạt nhân + electron = (Notron + Proton) + electron
b) Các dạng liên kết nguyên tử trong chất rắn
- Liên kết cộng hóa trị;
- Liên kết ion;
- Liên kết kim loại;
- Liên kết hỗn hợp;
- Liên kết yếu (Van der Waals)
2 Sắp xếp nguyên tử trong vật chất
Vật chất tồn tại ở 4 trạng cơ bản:
2.1 Trạng thái rắn (Chất rắn)
a) Chất rắn tinh thể: Có trật tự gần, mà còn có trật tự xa
+ Chất rắn đa tinh thể: gồm nhiều tinh thể nhỏ kết hợp một cách hỗn độn
+ Chất rắn đơn tinh thể: Chỉ gồm một tinh thể duy nhất
b) Chất rắn vô định hình: Giống chất lỏng
2.2 Trạng thái lỏng: có chật tự gần mà không có chật tự xa
2.3 Trạng thái khí: (không có trật tự hoàn toàn) có sự sắp xếp nguyên tử
một cách hỗn loạn⇒ không có hình dạng kích thước xác định
2.4 Trạng thái plasma (bị ion hóa mạnh)
⇒ Tính chất của chất được xác định bởi thành phần nguyên tố cũng như cấu trúc của nó.
2 Sắp xếp nguyên tử trong vật chất
Trang 2a) Định nghĩa:
Mạng tinh thể (cấu trúc tinh thể): là mạng lưới không gian ba chiều trong đó các
nút mạng là các đơn vị cấu trúc (nguyên tử, ion, phân tử…)
- Tinh thể kim loại
- Tinh thể ion
- Tinh thể nguyên tử (hay tinh thể cộng hóa trị)
- Tinh thể phân tử
3 Khái niệm mạng tinh thể
(a) Ô cơ sở Mạng lưới tinh thể
Nút mạng:[[ x,y,z]]
b) Ô cơ sở: là mạng tinh thể nhỏ nhất mà bằng cách tịnh tiền nó theo hướng
của ba trục tinh thể ta có thể thu được toàn bộ tinh thể
- Mỗi ô cơ sở được đăc trưng bởi các thông số:
1 Hằng số mạng: a, b, c, α, β, γ
2 Số đơn vị cấu trúc (nguyên/ions): n
3 Số phối trí
4 Mật độ xếp: theo đường, theo mặt, trong toàn bộ thể tích
a
b
c
Ô cơ sở
3 Khái niệm mạng tinh thể
c) Nút mạng [[x, y, z]]:
Nút mạng tương ứng với vị trí các nguyên tử/ions trong mạng tinh thể
b) Chỉ số phương [u v w]:
Phương là đường thẳng đi qua các nút mạng được ký hiệu bằng [u v w];
ba chỉ số u, v, w là ba số nguyên tỷ lệ thuận với tọa độ của nút mạng nằm
trên phương đó ở gần gốc tọa độ nhất
- Những phương song song nhưng có tính chất giống nhau tạo thành hệ
phương ; ký hiệu [uvw]
- Những phương có giá trị tuyệt đối u v w giống nhau tạo thành họ
phương ; ký hiệu <uvw>
3 Khái niệm mạng tinh thể e) Chỉ số Miller (hkl) của mặt tinh thểMặt tinh thể là tập hợp các mặt có cách sắp xếp nguyên tử giống hệt nhau,
song song và cách đều nhau, chúng có cùng một ký hiệu Ký hiệu mặt bằng chỉ số Miller (h k l)
Các chỉ số h, k, l được xác định theo các bước sau:
- Tìm giao điểm của mặt phẳng trên ba trục theo thứ tự Ox, Oy, Oz
- Xác định tọa độ giao điểm, rồi lấy các giá trị nghịc đảo
- Quy đồng mẫu số, lấy các giá trị tử số, đó chính là các chỉ số h, k ,l
f) Chỉ số Miller-Bravais trong hệ lục giác
Chỉ số Miller-Bravais với hê bốn trục tọa độ Ox, Oy, Ou, Oz ký hiệu lá
(h k i l), trong đó:
i = - (h + k)
Trang 3LẬP PHƯƠNG
BỐN PHƯƠNG
SÁU PHƯƠNG
TRỰC THOI
MỘT NGHIÊNG
BA NGHIÊNG
7 HỆ TINH THỂ VÀ 14 KIỂU MẠNG BARAVAIS
BA PHƯƠNG
4 Cấu trúc điển hình của chất răn 4.1 Chất rắn có liên kết kim loại
a) Lập phương tâm khối
- Số nguyên tử trong ô cơ sở: n = 1/8x8 + 1 = 2 nguyên tử
- Số phối trí: K = 8
- Mật độ xếp thể tích trong ô cơ sở: M v = nv/V = 68%
- Đường kính nguyên tử: d ng.t = 2r = a 3 /2
- Có 2 loại lỗ hổng:
+ Lỗ hổng khối 8 mặt có kích thước 0.154d ng.t(số lượng lỗ hổng 6/ô cơ sở)
+ Lỗ hổng khối 4 mặt có khích thước 0.221d ng.t(số lượng lỗ hổng 12/ô cơ sở)
4.1 Chất rắn có liên kết kim loại
b) Lập phương tâm mặt-A1
- Số nguyên tử trong ô cơ sở: n = 1/8x8 + 1/2x6 = 4 nguyên tử
- Số phối trí: K = 12
- Mật độ xếp thể tích trong ô cơ sở: M v = nv/V = 74%
- Đường kính nguyên tử: d ng.t = 2r = a 2 /2
- Có 2 loại lỗ hổng:
+ Lỗ hổng khối 8 mặt có kích thước 0.41d (số lượng lỗ hổng 4/ô cơ sở)
4.1 Chất rắn có liên kết kim loại
c) Lục giác xếp chặt-A3
- Số nguyên tử trong ô cơ sở: n = 1/6x12 + 1/2x2 + 3 = 6 nguyên tử
- Số phối trí: K = 12
- Mật độ xếp thể tích trong ô cơ sở: M v = nv/V = 74%
- Đường kính nguyên tử: d ng.t = 2r = a
- Có 2 loại lỗ hổng:
+ Lỗ hổng khối 8 (số lượng lỗ hổng 6/ô cơ sở)
Trang 44.2 Chất rắn có liên kết cộng hóa trị
a) Mạng kim cương-A4
Cấu trúc của Graphit (a), Sợi cacbon và Fulleren (c )
(a)
(b)
(c)
4.2 Chất rắn có liên kết cộng hóa trị
b) Mạng graphit, sợi cacbon và fulleren
4.2 Chất rắn có liên kết cộng hóa trị
c) Chất rắn có liên kết cộng hóa trị khác
Mạng tinh thể của SiO2
4.2 Chất rắn có liên kết cộng hóa trị
a) Mạng tinh thể hợp chất dạng MX: NaCl, CsCl
Số ions Cl-trong một ô cơ sở là: 8x1/8 +
6x1/2 = 4
Số ions Na+ trong một ô cơ sở là: 12x1/4 + 1
= 4
Số ions trong một ô cơ sở:
4Na + + 4Cl
-Số phân tử NaCl trong một ô cơ sở là n = 4
Số ions Cl-trong một ô cơ sở là:
8x1/8 = 1
Số ions Cs+ trong một ô cơ sở là: 1
Số ions trong một ô cơ sở là: 1Cs + + 1Cl
-Số phân tử CsCl trong một ô cơ sở là
n =1
Trang 54.2 Chất rắn có liên kết cộng hóa trị
b) Mạng tinh thể hợp chất dạng MX2: (hoặc M2X): CaF2
Số ions Ca2+ trong một ô cơ sở là: 8x1/8 + 6x1/2 = 4
Số ions F-trong một ô cơ sở là: 8
Số ions trong một ô cơ sở: 4Ca 2+ + 8F
-Số phân tử CaF2trong một ô cơ sở là n = 4
Tính chất quan trọng của ô cơ sở
Mối quan hệ giữa bán kính nguyên tử (r) và hằng số mạng (a)
a = 2r
Số nguyên tử trong ô cơ sở 1 2 4 6
Hệ số sếp chặt (Mật độ thể tích) 0.52 0.68 0.74 0.74
r
a 4
3 2 a 4r a2r
1 Ty trọng lý thuyết:
Trong đó: n = số nguyên tử/ions trong ô mạng cơ sở
A = khối lượng nguyên tử (g/mol)
VC= Thể tích của ô cơ sở (= a3cho mạng lặp phương)
NA= Số Avogadro = 6.023 x 1023atoms/mol
VCNA
n A
=
Ví dụ:
Nguyên tử Cr có cấu trúc lập phương tâm khối, tính tỷ trọng theo lý
thuyết của Cr, cho biết:
Khối lượng nguyên tử của Cr là 52 g/mol
Ví dụ
l = 4R =
3 a ⇒ a= 0.2887 nm
a R
a a
2
a
3
R
R R R
A = 52.00 g/mol
R = 0.125 nm
Số nguyên tử trong ô cơ sở:
n = 2
N A = 6.023 x 10 23 atoms/mol
n A
Ty trọng theo lý thuyết cuả Cr là:
Trang 62 Mật độ xếp theo thể tích trong ô cơ sở:
Mv= v/V
V: thể tích của ô cơ sở
3 Mật độ xếp theo mặt trong ô cơ sở:
Ms= s/S
S: diện tích mặt đang xét
4 Mật độ xếp theo phương trong ô cơ sở:
Ml = l/L
L: tổng chiều dài đang xét
Crystallographic Planes
z
x
y
c
4 Miller Indices (110)
x
y
c
4 Miller Indices (100)
1 Intercepts 1 1
2 Reciprocals 1/1 1/1 1/
1 1 0
3 Reduction 1 1 0
2 0 0
3 Reduction 2 0 0
Crystallographic Planes
z
x
y
c
4 Miller Indices (634)
example
1 Intercepts 1/2 1 3/4
a b c
2 Reciprocals 1/½ 1/1 1/¾
2 1 4/3
3 Reduction 6 3 4
(001) (010),
Family of Planes {hkl}
(100), (010), (001),
Ex: {100} = (100),
24
Family of Planes
have the same atomic packing.
same indices, regardless of order and sign, are equivalent.
• Ex: {111}
= (111), (111), (111), (111), (111), (111), (111), (111)
(001) (010), (001), (100), (010), Ex: {100} = (100),
Trang 7Family of planes{110}
Intercept
Reciprocals 1/1 1/ ∞ 1/ ∞
Smallest
Miller İndices (100)
Example-1
(1,0,0)
Intercept
Reciprocals 1/1 1/ 1 1/ ∞
Smallest
Miller İndices (110) Example-2
(1,0,0)
(0,1,0)
Intercept
Reciprocals 1/1 1/ 1 1/ 1
Smallest
Miller İndices (111)
(1,0,0)
(0,1,0) (0,0,1)
Example-3
Trang 8Intercept
Reciprocals 1/(½) 1/ 1 1/ ∞
Smallest
Miller İndices (210)
(1/2, 0, 0)
(0,1,0)
4 Miller-Bravais Indices (1011)
1 0
-1 -1
1 1
a2
a3
a1
z
Adapted from Fig 3.8(a), Callister 7e.
31
Miller Indices
Reciprocal numbers are:
2
1 2
1 3 1
Plane intercepts axes at 3a 2b 2c
Indices of the plane (Miller): (2,3,3)
Indices of the direction: [2,3,3]
a
3
2
2
b
c
[2,3,3]
Z
X
Y
(100)
Z
X
Y
(110)
Z
X
Y
(111)
Crystallographic Directions
1 Vector is repositioned (if necessary) to pass
through the Unit Cell origin.
2 Read off line projections (to principal axes of
U.C.) in terms of unit cell dimensions a, b, and c
3 Adjust to smallest integer values
4 Enclose in square brackets, no commas
[uvw]
ex: 1, 0, ½ => 2, 0, 1 => [ 201 ] -1, 1, 1
families of directions <uvw>
z
x
Algorithm
where ‘overbar’ represents a negative index
[111 ]
=>
y
Trang 9What is this Direction ?????
Projections:
Projections in terms of a,b and c:
Reduction:
Enclosure [brackets]
[120]