TL CAO HỌC: CÁC TINH THỂ ION

1
Chuyên đề
CƠ SỞ
HÓA HỌC VÔ CƠ


Bộ môn Hoá vô cơ - Khoa Hoá học -
Trường ĐHSP Hà Nội
2
2.Tinh thể ion
* Tinh thể hợp chất ion được tạo thành bởi nh?ng cation và anion hỡnh
cầu có bán kính xác định
* Lực liên kết gi?a các ion là lực hút tĩnh điện không định hướng
* Hợp chất ion được hinh thành từ nh?ng nguyên tử có hiệu độ âm
điện lớn. Nh?ng e hoá trị của nh?ng nguyên tử có độ âm điện nhỏ
được coi như chuyển hoàn toàn 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 anion như nh?ng quả cầu xếp khít nhau theo kiểu lptm,
lpck, hoặc lập phương đơn giản. Các cation có kích thước nhỏ hơn nằm
ở các hốc tứ diện hoặc bát diện.
3
Tinh thể hợp chất ion dạng MX
Điều kiện bền của cấu trúc:
4
Tinh thể NaCl
* Các ion Cl - xếp theo kiểu lập phương tâm mặt, các cation Na+ nhỏ
hơn chiếm hết số hốc bát diện. Tinh thể NaCl gồm hai mạng lập
phương tâm mặt lồng vào nhau. Số phối trí của Na+ và Cl- đều bằng 6
* Số ion Cl- trong một ô cơ sở: 8.1/8 + 6.1/2 = 4
* Số ion Na+ trong một ô cơ sở: 12.1/4 + 1.1 = 4
* Số phân tử NaCl trong một ô cơ sở là 4
Rock Salt (NaCl) Structure
NaCl has 1:1 stoichiometry!
Atom Counting (NaCl Stoichiometry)
Mạng tinh thể NiAs

8
Tinh thể CsCl
Tinh thể CsCl gồm hai mạng lập phương đơn giản lồng vào nhau.
Số phối trí của Cs và Cl đều bằng 8
CsCl Unit Cell
(8,8)-coordination
Tinh thể CsBr
Tỉ lệ: rCs /rBr = 1,69/1,95=0,87 nên là mạng lập phương đơn giản:
Tinh thể CsBr gồm hai mạng lập phương đơn giản lồng vào nhau.
Số phối trí của Cs: 8
Số phối trí của Br: 8
Trong 1 tế bào có 1 nguyên tử Cs và 8.1/8 =1 nguyên tử Br nên tồn tại 1 phân tử CsBr
Các tinh thể cùng loại: CsCl, CsI, TlCl, NH4Cl,
Tinh thể KBr
rK/ rBr = 1,33/1,95=0,69
Tinh thể là mạng lập phương tâm diện:
Các ion Br- xếp theo kiểu lptm, các ion K+ nhỏ hơn chiếm hết số hốc bát diện. Tinh
thể KBr gồm hai mạng lập phương tâm
mặt lồng vào nhau
Số phối trí của mỗi ion là: 6
Trong 1 tế bào có:
nBr-: 8.1/8 + 6.1/2 = 4
nK+ : 12.1/4 + 1.1 = 4
Số phân tử KBrtrong một ô cơ sở là 4



Tinh thể MgO
rMg/ rO = 0,65/1,4=0,46 nên là mạng lập phương tâm diện
Số phối trí của các ion là 6
Một tế bào có 4 phân tử MgO
Công thức Capustinski:
Nang lượng mạng lưới : Uo =
(n là tổng số ion trong công thức phân tử muối)
Bảng so sánh
14
Các ion S2- sắp xếp theo kiểu
lục phương, các ion Zn2+ chiếm
một nửa số hốc tứ diện. Mạng
vuarit bao gồm hai mạng lục
phương chặt khít lồng vào nhau
Tinh thể vuarit
Cùng kiểu mạng vuarit có các
chất AlN, ZnO, BeO, GaN, InN
SiC, HgS, CdS
Wurtzite Structure
Tinh thể vuarit
Tetrahedral holes.

Packing of layers is in an ABABAB fashion.
(Ex. CuBr, ZnS, NiAs, CdI and CdS)
Tinh thể vuarit ZnS
Zinc Blende (ZnS) Structure
(4,4)-coordination
Mạng tinh thể NiAs
20
Mạng tinh thể NiAs
Các ion As3- sắp xếp theo kiểu
lục phương chặt khít. Các ion
Ni3+ chiếm hết số hốc bát diện
Số phối trí của Ni và As đều
bằng 6
Nickel Arsenide
Mạng sphalerit ZnS
23
S2- sắp xếp theo kiểu lập phương
tâm m?t, các ion Zn2+ chiếm một
nửa số hốc tứ diện
Mạng sphalerit
Số phối trí của S và Zn đều bằng 4
Zinc blende (Cubic ZnS)
Sphalerite („zincblende“)
25
Mạng tinh thể hợp chất dạng M2X
Các ion Ca2+ sắp xếp theo kiểu lập phương tâm mặt, các ion F- chiếm các hốc tứ diện. Số phối trí của F- là 4, Ca2+ được phối trí kiểu bát diện
Cùng kiểu mạng này có tinh thể của Na2O.
Elemente, anorganische Verbindungen und Materialien, Minerale

Tinh thể CaF2
Fluorite (CaF2) Structure
(8,4)-coordination
28
Tinh thể BeF2
Tinh thể corundum M2O3:nhôm oxit
α-Al2O3 (khoáng vật corundum) nhận một cấu trúc mà người ta có thể mô tả như là sự sắp xếp lục phương chặt khít của các ion O2- với các cation nằm trong 2/3 số hốc bát diện. Các oxit của titan, vanađi, crom, sắt và gali ở trạng thái oxi hóa +3 cũng có cấu trúc corundum.
Tinh thể Ferit: oxit sắt từ
a) cấu trúc của oxit sắt từ, Fe3O4, b) ô mạng con của Fe3O4.
Mạng rutin
32
Mạng rutin
Các ion O2- sắp xếp theo kiểu lục phương, các ion Ti4+ chiếm một nửa
số hốc bát diện
Số phối trí của Ti là 6, của O là 3
Trong một tế bào cơ sở có 4 ion O2- và 2 ion Ti4+, 2 phân tử TiO2
The rutile structure: TiO2
Số phối trí của Ti là 6,
của O là 3
Rutile: ceramic pigment (white color)







Hỡnh . C?u trỳc l?p phuong c?a CaTiO3
The perovskite structure CaTiO3
The perovskite structure CaTiO3
- TiO6 – octahedra

- CaO12 – cuboctahedra

(Ca2+ and O2- form a cubic close packing)

 preferred basis structure of piezoelectric, ferroelectric and superconducting materials
The spinell structure: MgAl2O4
Hình . Cấu trúc spinel của MgAl2O4
The spinell structure: MgAl2O4
fcc array of O2- ions, Mg2+ occupies 1/8 of the tetrahedral and Al3+ 1/2 of the octahedral holes

 normal spinell:
AB2O4

 inverse spinell:
B[AB]O4 (Fe3O4): Fe3+[Fe2+Fe3+]O4

 basis structure for several
magnetic materials
The spinell structure: MgAl2O4
Bảng các mạng tinh thể tiêu biểu
41
Tính chất các hợp chất ion
* Lực tương tác tĩnh điện gi?a các ion tương đỗi lớn nên các hợp
chất ion có độ rắn, nhiệt độ nóng chảy; nhiệt độ sôi cao nhưng độ
giãn nở cũng như độ chịu nén nhỏ.
* Vi lực liên kết mạnh, các ion đều tích điện nên các hợp chất ion
chỉ tan trong dung môi phân cực.
* Vi trong ion, các e chuyển động trên các obitan định chỗ trên các
ion nên ở trạng thái tinh thể các hợp chất ion không dẫn điện. Nhưng
ở trạng thái nóng chảy và dung dịch thi chúng dẫn được diện.
* Các hợp chất ion không có tính dẻo, do khi các lớp ion trượt lên
nhau phát sinh các lực đẩy bổ sung, làm cho tinh thể bị phá vỡ.