Cấu trúc tinh thể

Nhóm 1:
Chương 1:

CẤU TRÚC TINH THỂ CỦA
VẬT LIỆU

Mục Tiêu
Thế nào là nguyên tử ?
Cấu tạo và liên kết nguyên tử.
Các dạng liên kết nguyên tử.
Sắp xếp nguyên tử trong vật chất.
Thế nào là chất khí ?
Thế nào là chất rắn tinh thể ?
Chất lỏng, chất rắn vô định hình và tinh thể.
Nguyên tử và cấu tạo
Nguyên tử là hệ thống gồm hạt nhân (mang điện tích dương) và các điện tử bao quanh (mang điện tích âm).
Hạt nhân gồm proton (điện tích dương) và notron(không mang điện).
Các điện tử phân bố quanh hạt nhân tuân theo các mức năng lượng từ thấp tới cao.
Cấu hình điện tử cần chỉ rõ số lượng tử chính(1, 2, 3 ..), ký hiệu phân lớp(s, p,d..), số điện tử thuộc phân lớp(số mũ trên phân lớp).

Ví dụ
Cu có Z=29 có cấu hình điện tử là
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d9 4s2
K L M N
qua đây ta có thể biết được số điện tử ngoài
cùng của phân lớp trên là 2 -> Hóa trị 2


Bảng số lượng điện tử
Các dạng liên kết nguyên tử
Liên kết đồng hóa trị.
Liên kết ion.
Liên kết kim loại.
Liên kết hỗn hợp.
Liên kết yếu
Liên kết đồng hóa trị
Liên kết này tạo ra khi hai (hoặc nhiều) nguyên tử góp chung nhau một số điện tử hóa trị để có đủ điện tử ở lớp ngoài cùng.

Liên kết có tính định hướng.

Cường độ liên kết phụ thuộc vào đặc tính liên kết giữa các điện hóa trị với hạt nhân.


Ví dụ : phân tử CH4
Cacbon chỉ có 4 điện tử lớp ngoài cùng như vậy nó còn thiếu 4 điện tử để đủ 8.

Trong trường hợp này thì sẽ kết hợp với 4 nguyên tử Hydro để mỗi nguyên tử này góp cho nó 1 điện tử làm cho lớp điện tử ngoài cùng đủ 8.
Liên kết ion
Là liên kết mạnh và rất dễ hình dung.
Xảy ra giữa các nguyên tử có ít điện tử hóa trị dễ cho bớt điện tử đi để tạo thành cation(ion dương) vs nguyên tử có nhiều điện tử hóa trị dễ nhận thêm điện tử tạo thành anion(ion âm).
Càng mạnh khi chứa ít điện tử ớ lớp ngoài cùng.
Là liên kết không định hướng.
Thể hiện tính giòn cao.


Ví dụ: liên kết ion của LiF
Liên kết ion giữa nguyên tử Li và nguyên tử F để tạo thành nguyên tử LiF.

Nguyên tử Li cho thêm điện tử để thành Li+ và F nhận một điện tử để trở thành F­- kết quả là tạo thành LiF.
Liên kết kim loại .
Là loại liên kết đặc trưng cho các vật liệu kim loại.
Năng lượng của liên kết là tổng hợp giữa : lực hút & lực đẩy.
Liên kết kim loại thường được tạo ra trong kim loại là các nguyên tố có ít điện tử hóa trị.
Liên kết yếu với hạt nhân lên dễ dàng bứt ra khỏi nguyên tử trở nên tự do.
Các nguyên tố nhóm IA có tính kim loại điển hình

Liên kết kim loại.
Chính liên kết này tạo cho kim loại các tính chất điển hình, đặc trưng được gọi là Tính Kim Loại.
Chúng bao gồm:
Ánh Kim hay vẻ sáng
Dẫn nhiệt và dẫn điện cao.
Tính dẻo cao.
Minh Họa
Liên kết hỗn hợp.
Thực ra các liên kết trong các chất, vật liệu thông dụng không mang tính chất thuần túy của 1 loại duy nhất nào mà mang tính hỗn hợp của nhiều kim loại, như đã nói trong các kim loại vẫn có liên kết đồng hóa trị.
Mang đặc tính hỗn hợp giữa liên kết ion và đồng hóa trị.
Ví dụ:
Na và Cl có tính âm điện lần lượt là 0.9 và 3.0. vì thế liên kết giữa Na vs Cl trong NaCl gồm khoảng 52% liên kết ion và 48% liên kết đồng hóa trị.
Liên kết Yếu( Van Der Waals)
Liên kết yếu là liên kết do hiệu ứng hút nhau giữa các nguyên tử hay phân tử bị phân cực.
Liên kết này rất yếu, rất dễ bị phá vỡ khi tăng nhiệt độ.
Vật liệu có liên kết này có nhiệt độ chảy thấp.
Tên gọi khác là liên kết bậc 2.
Sắp xếp các phân tử trong vật rắn
Chất Khí.
Chất rắn tinh thể.
Chất lỏng, chất rắn vô định hình & tinh thể.
Chất khí
Chất khí có sự sắp xếp các nguyên tử 1 cách hỗn loạn, không có thứ tự.
Khoảng cách giữa các nguyên tử không cố định mà hoàn toàn phụ thuộc vào thể tích của bình chứa ->có thể chịu nén.
Phụ thuộc vào nhiệt độ & áp suất.
Vị trí giữa các nguyên tử thay đổi ngẫu nhiên.
Chất rắn tinh thể.
Chất rắn tinh thể.
Các nguyên tử có vị trí xác định.
Nguyên tử được sắp xếp thẳng hàng, lối với trật tự nhất định.
Có trận tự gần lẫn trật tự xa.
Nối tâm các nguyên tử sắp xếp theo quy luật bằng các đường thẳng tưởng tượng sẽ cho ta hình ảnh của mạng tinh thể.
Nơi giao nhau của các đường thẳng được gọi là nút mạng.
Chất lỏng
Có cấu trúc giống chất rắn tinh thể ở chỗ có xu thể tiếp xúc nhau trong những nhóm nhỏ của 1 không gian hình cầu khoảng 0,25nm, do vậy không có tính chịu nén
Khác vs chất rắn tinh thể
Vị trí nguyên tử không xác định.
Bị phá vỡ do va động nhiệt.
Chỉ có trật tự gần lên nó có tính đẳng hướng.
Mật độ xếp chặt của chất lỏng kém chất rắn nên khi kết tinh hay đông đặc thường kèm theo thể tích.
Chất rắn vô định hình
Ở một số chất, trạng thái lỏng có độ sệt cao các nguyên tử không đủ độ linh hoạt để sắp xếp lại theo các tiêu chuẩn pha lỏng rắn., chất rắn được tạo thành không có cấu trúc tinh thể được gọi là chất rắn vô định hình.
Chất rắn vô định hình (tt)
Chất rắn được chia thành 2 nhóm: tinh thể và không tinh thể( vô định hình ).
Có tính đẳng hướng tức có tính chất như nhau theo mọi phương.
Ví dụ
Chất rắn vi tinh thể.
Cũng với vật liệu tinh thể kể trên khi làm nguội từ trạng thái lỏng rất nhanh(10000C/s) sẽ nhận được cấu trúc tinh thể nhưng với kích thước hạt rất nhỏ ( cỡ nm) được gọi là vi tinh thể.
Tóm lại
Các vật liệu có 3 kiểu cấu trúc:
Tinh thể.
Vô định hình.
Tinh thể.