Đang tải... (xem toàn văn)
Bài giảng Vật liệu học - Chương 1: Cấu trúc tinh thể cung cấp cho người học các kiến thức: Cấu trúc tinh thể, ô mạng cơ sở, sự sắp xếp các nguyên tử, mặt mạng và phương mạng, một số mạng tinh thể thường gặp. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.
1 CHƯƠNG 1: CẤU TRÚC TINH THỂ CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Cấu trúc tinh thể Ô mạng sở Sự xếp nguyên tử Mặt mạng phương mạng Một số mạng tinh thể thường gặp CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Vật liệu kết tinh: Vật liệu vơ định hình: Các ngun tử xếp tuần Các nguyên tử xếp không hồn khơng gian tuần hồn khơng gian CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Đơn tinh thể (single crystal): nguyên tử xếp trật tự toàn không gian (trật tự xa) CuuDuongThanCong.com Đa tinh thể (polycrystal): gồm đơn tinh thể kích thước nhỏ định hướng ngẫu nhiên https://fb.com/tailieudientucntt Pha rắn hình thành lực hút nguyên tử phân tử đủ mạnh để thắng lực phân ly (do nhiệt, học,…) Trong chất rắn, nguyên tử phân tử có khuynh hướng xếp để đạt độ trật tự cao (đối xứng) Tùy thuộc chất lực liên kết nguyên tử, chất rắn chia thành: Tinh thể ion (NaCl, CuSO4) Tinh thể cộng hóa trị (Kim cương, SiO2) Tinh thể kim loại (Fe, K) Tinh thể Van der Waals (Nước đá, He rắn ) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Cấu trúc tinh thể xếp nguyên tử phân tử tinh thể Mật độ xếp hệ có trật tự CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Mạng không gian phát triển khung tinh thể khơng gian ba chiều, nguyên tử (hoặc phân tử) nối với đường thẳng Giao điểm đường thẳng gọi nút mạng Mỗi nút mạng bao quanh giống Ô sở thể cấu trúc tinh thể lặp lặp lại tạo nên tinh thể CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt → Các ô sở lặp lặp lại không gian để tạo thành mạng tinh thể CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Ô sở CsCl CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 10 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 58 SrTiO3 CaTiO3 Cấu trúc ABO3 A có bán kính thường lớn B Trong ô mạng sở cấu trúc perovskite ABO3 có phân tử ABO3 Các ion O2- Ca2+ xếp đặc khít kiểu lập phương, Ti chiếm lỗ trống bát diện gây nên riêng ion O2- có số phối trí 6, Ca2+ có số phối trí 12 O2- CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 59 59 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 60 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 61 Ba2+ nằm đỉnh Ti4+ nằm O2- nằm mặt CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 62 Spinel (spinelle) khoáng có cơng thức MgAl2O4 (magnesium alluminat) Cơng thức hóa học chung hợp chất có cấu trúc spinel AB2O4, A B cation khác với hóa trị khác bán kính tương đối gần (thường khoảng 60 – 80pm) Trong mạng sở cấu trúc spinel có phân tử AB2O4 (A8B16O32) Có hai kiểu cấu trúc spinel : spinel thường (direct normal spinel ) spinel nghịch (inverse spinel) Điện tích A Điện tích B Ví Dụ +2 +3 FeCr2O4 Fe3O4 CoFe2O4 Fe3S4 FeCr2S4 +4 +2 TiFe2O4 +6 +1 Na2WO4 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 63 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 64 Công thức A8B16O32 tương đương với A[B2]O4(theo qui ước, ion viết móc vng chiếm lỗ trống bát diện) Mỗi ion A2+ bao quanh ion O2- ion B3+ bao quanh ion O2- A chiếm vị trí tứ diện B chiếm 16 vị trí bát diện Các cation B chiếm phân nửa số lỗ trống bát diện CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 65 32 O Fe(III): tứ diện Fe(III) + Fe(II): bát diện CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 66 Co3O4: có cấu trúc spinel thường, ion O2- xếp lập phương đặc khít, ion Co3+chiếm lỗ trống bát diện, ion Co2+ chiếm lỗ trống tứ diện Fe3O4: có cấu trúc spinel ngược, ion O2- xếp lập phương đặc khít, ion Fe2+ lại chiếm lỗ trống bát diện, nửa số ion Fe3+ chiếm lỗ trống tứ diện nửa chiếm lỗ trống bát diện CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 67 Xác định số mạng a Ni Cr nhiệt độ phòng? Với Ni : AW = 58,7 g/mol; = 8,90 g/cm3 cấu trúc FCC (n = nguyên tử/ô mạng) a3 = a3 = 4,38 x 10-29 m3 CuuDuongThanCong.com a = (43,8 x 10-30)1/3 = 3,60 x 10-10 m https://fb.com/tailieudientucntt 68 Xác định số mạng a Ni Cr nhiệt độ phịng? Với Cr: AW = 52 g/mol = 7,19 g/cm3 cấu trúc BCC (n = nguyên tử/ô mạng) a3 = a3 = 2,4 x 10-29 m3 a = (24 x 10-30)1/3 = 2,89 x 10-10 m CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 69 Vẽ ô mạng fcc a) Tính số nguyên tử nguyên vẹn ô mạng b) Vẽ mặt (110) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 70 Tính mật độ mặt phẳng (số nguyên tử /cm2) nguyên tử Cu họ mặt {110} đơn tinh thể Cu (ngoại trừ giá trị bán kính nguyên tử, sử dụng giá trị khác bảng phân loại tuần hoàn nguyên tố hóa học) Cu: khối lượng ngun tử 63,546; khối lượng riêng 8,96 g/cm3, cấu trúc fcc CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 71 Moät kim loại có cấu trúc BCC với số mạng a = 3,31 Å khối lượng riêng 16,6 g/cm3 Xác định khối lượng nguyên tử nguyên tố này? Giải: Kim loại có cấu trúc BCC, n = nguyên tử / ô mạng, a = 3,31 Å = 3,31 x 10-10 m = 16,6 g/cm3 NA AW 6 x10 x a3 n AW = (6,023x 1023 nguyên tử/mol)(3,31 x 10 -10 m)3 (2 nguyên tử /ô mạng)(10-6 m /cm ) x 16,6 gam/cm3 AW = 181,3 g/mol CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 72 Ở 100 oC, đồng có số mạng 3,655 Å Tính khối lượng riêng đồng nhiệt độ này? Cu có cấu trúc FCC, n = nguyên tử / ô mạng a = 3,655 Å = 3,655 x 10-10 m AW = 63,55 gam/mol AW x 10 6 = N A x a3 n = = 8,64 gam/cm3 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ... k l CuuDuongThanCong.com Mặt tinh thể 20.7º Bậc (11 0) Bậc (11 0) 43.9º Hoặc (220) a d 110 https://fb.com/tailieudientucntt d 220 d 110 22 Heä lập phương sc bcc fcc Hệ tứ phương Hệ trực thoi... bán kính Số phối trí Kiểu cấu trúc bậc hai (kiểu AB) r+/r- = 12 Chưa biết 0,732 < r+/r- < CsCl 0, 414 < r+/r-< 0,732 NaCl 0,225 < r+/r- < 0, 414 ZnS CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt... https://fb.com/tailieudientucntt 49 Bán kính ion Ca2+ 1, 12Å; ion F- 1. 31? ?; tỉ lệ bán kính 0,85 Số phối trí Ca2+ 8, cịn số phối trí F- CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt