Bài giảng Cơ sở khoa học vật liệu - Bài: Kiểu cấu trúc tinh thể - Cao Xuân Việt
KIỂU CẤU TRÚC
- KIỂU CẤU TRÚC:
-Mô hình cấu trúc của một loại tinh thể đại diện cho một
lớp các hợp chất.
-Phần tử cùng bán kính:
-Kim loại: Cấu trúc cơ bản là lập phương và lục giác
-Carbon: Kim cương, grafite, C60
-Phần tử khác bán kính: Ceramic
-Anion lập phương và lục giác, cation xen vào lỗ trống.
-Các kiểu: MX, MX2, MX3, M2X3, MXnOy
-Không có kiểu cấu trúc riêng cho 4 cấu tử trở lên.
CÙNG BÁN KÍNH
Bao gồm cấu trúc các kim loại và kim cương
Kiểu cấu trúc đặc trưng kim loại:
- Lập phương &
- Lục giác sít chặt
Các dạng thù hình của Các bon:
- Kim cương
- Grafit
- Fuleren (C60)
1-KIM LOẠI
LỖ TRỐNG TRONG CẤU TRÚC
LẬP PHƯƠNG
Vị trí lỗ trống trong không gian giữa các phần tử:
-các lỗ trống giữa các tứ diện (của cấu trúc lập phương) hoặc
-bát diện (của cấu trúc lập phương tâm mặt) được chỉ ra trên H.1.14.
2- KIM LOẠI
Lôùp A
CẤU TRÚC
LỤC GIÁC SÍT CHẶT
c
Lôùp B
Lôùp A
Theo hệ tọa độ biểu diễn các tham số
mạng, xác định vị trí các phần tử theo
tọa độ này. Ví dụ:
Viết 0,0,0; 2/3,1/3, 1/2, có nghĩa:
a
- nếu coi các phần tử ở nút mạng có
tọa độä a = 0; b = 0; c = 0
- thì phần tử kia coù toïa ñoä
2/3a,1/3b,1/2c.
Khoaûng caùch hai nguyeân töû lieàn keà:
a2 c2
3 4
LỖ TRỐNG TRONG CẤU TRÚC
LỤC GIÁC SÍT CHẶT
Thể tích lấp đầy không gian 74,05%.
Tỷ số các tham số ô mạng:
c
a
8
3
1,633
Thực tế, tỷ lệ biến động.Với tinh thể Zn: 1,86; Ti: 1,58; Be:1,56; Cd:
1,89; và Mg: 1,62.
Tn lỗ trống: 8 mặt lục giác hoặc tứ diện lục giác để phân biệt với các
lỗ trống từ cấu trúc lập phương.
SỐ LƯỢNG LỖ TRỐNG TRONG CÁC KIỂU CẤU
TRÚC LẬP PHƯƠNG VÀ LỤC GIÁC SÍT CHẶT
KIỂU CẤU TRÚC
KIỂU LỖ
TRỐNG
SỐ LƯỢNG
LẬP PHƯƠNG
Tâm mặt
Tứ diện
8
Bát diện
4
Tâm khối Tứ diện
Bát diện
12
6
Đơn giản Khối lập
phương
1
LỤC GIÁC
SÍT CHẶT
Tứ diện
Bát diện
12
6
TÍNH SỐ PHẦN TỬ (NÚT)
TRONG MỘT Ô CƠ SỞ
1
n .8 1
8
Lập phương đơn giản
1
n .8 1 2
8
Lập phương tâm khối
1 1
n .8 .6 4
8 2
Lập phương tâm mặt
3.KIM LOẠI
LẬP PHƯƠNG NGUYÊN THỦY
Polonium (lập phương nguyên thủy):
Vị trí các nguyên tử 0, 0, 0.
Số phối trí: 6
Maïng laäp
phöông nguyeân thuûy
Khoảng cách giữa các nguyên tử: a.
Cho tới nay, chỉ một nguyên tố có cấu trúc
lập phương nguyên thủy là dạng thù hình
nhiệt độ thấp -Po.
3-KIM LOẠI
LẬP PHƯƠNG TÂM KHỐI
a- Cấu trúc tinh thể Wolfram (lập
phương tâm khối):
Tham số ô mạng: a = 0,316nm
Vị trí các nguyên tử: 0, 0, 0.
a 3
Số phối trí: 8.
2
Khoảng cách giữa các nguyên tử:
Phần lớn các kim loại không KẾT
TINH ở trạng thái sít chặt nhất, như
các kim loại kiềm, Ba và một số kim
loại chuyển tiếp (Cr, W, Zr …) kết tinh
nhanh ở dạng lập phương tâm khối.
Hình 1.17
Tinh theå Wolfram
Lôùp A
Lôùp C
KIM LOẠI
CẤU TRÚC LẬP PHƯƠNG
DIỆN TÂM (TÂM MẶT)
Lôùp B
Đại diện: Cu (còn gọi là cấu trúc đồng)
Vị trí các nguyên tử: 0,0,0 (tâm mặt).
Hình 1.13
Caáu truùc Cu
a
Số phối trí: 12
2
Khoảng cách giữa các nguyên tử:
Ô mạng cơ sở: lập phương tâm mặt (H.1.13).
Các kim loại có cấu trúc lập phương: Cu, Au, Ag, Ca, La, Ni, Pb,
Pd, Pt, Sr và các nguyên tố khí trơ (trừ He) ở trạng thái rắn.
Các nguyên tử có khoảng cách tương đối đồng đều, có xu hướng
thu hút số lớn nhất các phần tử nằm cạnh vào mạng tinh thể, do
vậy, kiểu liên kết này thường có số phối trí lớn.
n: Số nguyên tử trong một ô mạng
nA
A: nguyên tử lượng (g/mol)
VC : Thể tích ô mạng
VC NA
NA : Số Avogadro (g/mol)
(6,023 x 1023 ng.tử/mol)
Ví dụ: Tính khối lượng riêng của đồng kim loại Cu.
Giải:
Cấu trúc đồng: FCC.
Số nguyên tử trong ô cơ sở: 4 ng.tử/ô mạng
Bán kính nguyên tử: R = 0,128 nm (1 nm = 10-7 cm)
Thể tích ô mạng VC = a3 .
Với ô mạng FCC, ta có:
4R
a
2
TÍNH KHỐI
Vậy VC = 4,75.10-23 cm3 .
LƯỢNG RIÊNG
K.l.r. của Cu:
Cu 8,89 g /cm3
Thực tế: 8,94 g/cm3
CACBON (C)
Tinh thể & vô định hình
Nhiều dạng thù hình
- Kim cương (diamond): tương tự ZnS
- Graphite,
- Fullerenes ( C60 ) ngoài ra C70 , C76 , C80 , C82
1.KIM CƯƠNG
Mỗi nguyên tử C liên kết
cộng hóa trị với 4 nguyên
tử C khác (lai hóa sp3).
Cấu trúc lập phương kiểu
diamond
Trong suốt, rất cứng
(cứng nhất trong tự
nhiên)
Ứng dụng: đồ trang sức,
công nghiệp bột mài, dao
cắt, màng mỏng …
Các tinh thể cùng kiểu
cấu trúc: Si, Ge, - Sb.
KIM CƯƠNG
1/2
1/4
1/2
3/4
3/4
1/2
1/4
1/2
GRAPHITE
Trên một lớp C liên kết tạo (sp2 )
lớp lục giác và liên kết còn lại liên
kết với lớp khác.
Liên kết Van der Walls giữa các
lớp tương đối yếu, dễ trượt trên
mặt {0001}.
Ứng dụng: bôi trơn, vật liệu chịu
lửa (chịu nhiệt độ cao, dẫn điện
và dẫn nhiệt tốt, hệ số dãn nở
nhiệt nhỏ, dễ gia công, rất bền
nhiệt), làm điện cực, điện trở,
thanh đốt, khuôn đúc, đuôi tên
lửa…
3-FULLERENES, C60
Cacbon phân tử dạng túi lưới tương tự trái bóng đá. Gọi là
buckyballs (theo R. Buckminister).
Gọi theo tên Fuller, người tìm ra đầu tiên vào 1985
C60 có cấu trúc mạng FCC với a=1.41 nm.
Mật độ 1.65 g/cm3 mềm, không dẫn điện (không có e tự do).
Ứng dụng: công nghệ nano C-tube
Nanotube có thể hình dung như các lớp graphite cuộn tròn lại
Hai đầu là hai nửa buckyball
MỘT SỐ TÍNH CHẤT
liệu K3C60
Thể hiện tính chất kim loại. K3C60 được xem như the
first molecular metal chưa từng có.
Phân tử (buckyballs) K3C60 và các vật liệu phân tử
tương tự trở thành siêu dẫn ở khoảng 18K (nhiệt độ
tương đối cao)
Ứng dụng trong lĩnh vực tiêu thụ năng lượng thấp,
thân thiện môi trường, thiết bị đây và bay đệm từ trong
giao thông.
Các vật liệu ceramic tổng hợp khác thể hiện tính siêu
dẫn ngay ở 100K, cao hơn nhiệt độ Ni-tơ lỏng
SỢI CARBON
Tải về để xem bản đầy đủ
69 trang
23480
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Cơ sở khoa học vật liệu - Bài: Kiểu cấu trúc tinh thể - Cao Xuân Việt", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_co_so_khoa_hoc_vat_lieu_bai_kieu_cau_truc_tinh_the.pdf
