BÀI TẬP LỚN MÔN VẬT LÝ CHẤT RẮN Chương 1: Cấu trúc tinh thể của vật rắn A. Lý thuyết: Câu 1 : Trình bày các loại liên kết chính trong vật rắn ? Trả lời: 1.1 Liên kết đồng hóa trị Liên kết này tạo ra khi hai hay nhiều nguyên tử góp chung nhau một số điện tử để có đủ 8 điện tử lớp ngoài cùng (điện tử hóa trị). Liên kết đồng hóa trị trong vật rắn được thực hiện nhờ sự tập thể hóa điện tử giữa một nhóm các nguyên tử lân cận. Đặc điểm của liên kết đồng hóa trị: - Liên kết có định hướng nghĩa là xác suất tồn tại điện tử tham gia liên kết lớn nhất theo phương nối tâm các nguyên tử - Cường độ liên kết phụ thuộc mạnh vào đặc tính liên kết giữa các điện tử hóa trị với hạt nhân - Liên kết đồng hóa trị có thể xảy ra giữa các nguyên tử cùng loại( các nguyên tố nhóm VIIA) đó là liên kết đồng hóa trị đồng cực . Ví dụ Cl 2, tinh thể kim cương. Liên kết đồng hóa trị giữa các nguyên tử khác loại (nhóm IIIA và VA hoặc IIA với VIA). Ví dụ GaAs… gọi là loại liên kết đồng hóa trị dị cực. - Hình 1.Liên kết đồng hóa trị trong Silic. 1.2 Liên kết ion Đây là loại liên kết mạnh, các nguyên tử cho bớt điện tử ngoài cùng, trở thành ion dương (cation) hoặc nhận thêm điện tử điền đầy lớp vỏ ngoài cùng và trở thành ion âm (anion) Ví dụ : LiF, NaCl 1 Cũng giống liên kết đồng hóa trị liên kết ion càng mạnh (bề vững) khi các nguyên tử chứa càng ít điện tử tức là các điện tử cho hoặc nhận nằm gần hạt nhân. Liên kết ion là liên kết không định hướng nên vật liệu chứa loại liên kết này có tính giòn cao. Hình 2. Liên kết ion 1.3 Liên kết kim loại Đây là loại liên kết đặc trưng cho các vật liệu kim loại, quyết định các tính chất đặc trưng của loại vật liệu này. Có thể hình dung liên kết này như sau : các ion dương tạo thành mạng xác định trong không gian điện tử tự do chung. Năng lượng liên kết là tổng hợp(cân bằng) của lực hút(giũa ion dương và điện tử tự do bao quanh) và lực đẩy(giữa các ion dương). Chính nhờ sự cân bằng này các nguyên tử, ion kim loại luôn có vị trí cân bằng xác định trong đám mây điện tử. Liên kết kim loại thường được tạo ra trong kim loại là cá nguyên tố có ít điện tử hóa trị, chúng liên kết yếu với hạt nhân dẽ dàng bứt khỏi nguyên tư trở thành điện tử tự do và tạo nên mây điện tử. Các nguyên tố kim loại nhóm IA có tính kim loại điển hình. Liên kết này tạo cho kim loại có tính chất điển hình – tính kim loại: - Ánh kim - Dẫn nhiệt và dẫn điện cao - Tính dẻo cao Tất nhiên không phải mọi kim loại đều có tính chất trên song những kim loại thông dụng đều có những tính chất trên rõ rệt 2 \ Hình 3. Liên kết kim loại 1.4 Liên kết hỗn hợp Các liên kết trong cá chất, vật liệu thông dụng không mang tính chất thuần túy một loại duy nhất mà mang tính hỗn hợp của nhiều loại. Do nhiều yếu tố khác nhau treong đó có tính âm điện (khả năng hút điện tử của hạt nhân) mà các liên kết dị cực(giữa các nguyên tử của các nguyên tố khác nhau) đều mang đặc tính hỗn hợp giữa liên kết ion và đồng hóa trị. Ví dụ NaCl gồm khoảng 52% liên kết ion, 48% liên kết đồng hóa trị 1.5 Liên kết Van der Waals . Trong nhiều phân tử có liên kết đồng hóa trị, do sự khác nhau về tính âm điện của các nguyên tử dẫn tới phân tử bị phân cực. Liên kết Van der Waals là liên kết do hiệu ứng hút nhau giữa các nguyên tử hoặc phân tử bị phân cực ở trạng thái rắn. Liên kết này yếu, dễ vỡ vì vậy chất rắn có liên kết Van der Waals có nhiệt độ nóng chảy thấp 3 Hình 4. Liên kết yếu Val der Waals Câu 2. Trình bày các tính chất đối xứng và các hệ tinh thể của mạng không gian. Trả lời: 2.1. Các tính chất đối xứng của mạng không gian Đặc điểm cơ bản của mạng không gian là tính chất đối xứng của nó. Điều này thể hiện ở chỗ mạng bất biến với một số phếp biến đổi, hay nói cách khác, mạng lại trùng với chính nó khi ta thực hiện một số phếp biến đổi. Mạng không gian có tính đối xứng tịnh tiến. Gọi véc tơ ⃗ R là véc tơ tịnh tiến: ⃗ R = n 1 ⃗ a 1 + n 2 ⃗ a 2 + n 3 ⃗ a 3 (n 1 , n 2 , n 3 là số nguyên) Tịnh tiến toàn bộ mạng không gian đi véc tơ ⃗ R sau đó một nút mạng đến chiếm vị trí của một nút mạng khác toàn bộ mạng không có gì thay đổi. Hai nút mạng bất kì nối với nhau bằng véc tơ tịnh tiến. Nếu ta lấy điểm ở gốc một nút mạng thì ⃗ R gọi là véc tơ mạng. 4 . BÀI TẬP LỚN MÔN VẬT LÝ CHẤT RẮN Chương 1: Cấu trúc tinh thể của vật rắn A. Lý thuyết: Câu 1 : Trình bày các loại liên kết chính trong vật rắn ? Trả. những tính chất trên rõ rệt 2 Hình 3. Liên kết kim loại 1.4 Liên kết hỗn hợp Các liên kết trong cá chất, vật liệu thông dụng không mang tính chất thuần