chương 1 cấu trúc tinh thể của vật liệu

CHƯƠNG 1
CẤU TRÚC TINH THỂ CỦA
VẬT LIỆU
Từ khóa: Structure; Crystall

1. Cấu tạo và liên kết nguyên tử
1.1. Cấu tạo của chất rắn
•
Vật rắn là vật liệu được tạo thành từ các nguyên
tử, phân tử, ion
•
Các nguyên tử, phân tử, ion có thể sắp xếp có
trật tự hoặc không có trật tự trong vật liệu
•
Cấu trúc, tính chất của vật liệu phụ thuộc vào
lực liên kết giữa các ion, nguyên tử trong vật liệu

1.2. Các loại liên kết nguyên tử
1.2.1. Liên kết Vander Waals
•
Năng lượng liên kết
không lớn
•
Vật liệu có liên kết
này có nhiệt độ nóng
chảy và bay hơi thấp

1.2.2. Liên kết đồng hóa trị
•
Tạo thành khi 2 hay

nhiều nguyên tử góp
chung nhau một số
điện tử (cho đủ 8 điện
tử)

1.2.3. Liên kết ion
•
Các nguyên tử cho và
nhận âm điện tử trở
thành ion âm, dương
liên kết nhau

1.2.4. Liên kết kim loại
•
Gồm ion dương
và đám mây điện
tử bao quanh →
cân bằng về mọi
phía đối với ion
•
Khi dịch chuyển 1
dãy nguyên tử
một khoảng cách:
vẫn cân bằng →
KL có tính dẻo
cao

1.3. Trạng thái tinh thể và vô định
hình của vật liệu
•

Quy ước: nguyên tử, ion, phân tử: chất điểm
•
Vật rắn tinh thể:
- Các chất điểm sắp xếp theo một quy luật hình
học xác định
- Có nhiệt độ nóng chảy xác định
•
Vật vô định hình:
- Các chất điểm sắp xếp hỗn loạn
- Không có nhiệt độ nóng chảy xác định

2. Cấu tạo mạng tinh thể lý
tưởng
2.1. Mạng tinh thể (MTT)
•
MTT: mạng lưới không gian
được tạo nên bởi các chất
điểm, sắp xếp theo một quy
luật chặt chẽ, biểu diễn
được ở dạng hình học nhất
định
•
Thí dụ: các chất điểm của
tinh thể NaCl sắp xếp theo
quy luật ở các đỉnh của khối
lập phương

MTT của muối ăn
•
Nhận xét:

- MTT như gồm các mặt
song song cách đều
nhau: mặt tinh thể
- MTT như gồm bởi các
ô nhỏ xếp liên tiếp
nhau theo 3 chiều đo
trong không gian: khối
cơ sở (ô cơ sở)
- Biểu diễn MTT bằng
khối cơ sở là đủ
- Các chất điểm khít
nhau

Tinh thể của muối ăn

2.2. Các kiểu mạng tinh thể
•
Có 14 kiểu mạng thuộc 7 hệ theo tương quan:
- giữa 3 kích thước: a, b, c
- giữa 3 góc: α, β, γ


2.2.1. Mạng lập phương thể tâm (lptt)
•
Còn gọi là lập
phương tâm khối
•
Khối cơ bản: 8
nguyên tử ở 8 đỉnh
(không tiếp xúc

nhau) cùng tiếp xúc
với nguyên tử ở
tâm khối

2.2.1 Mạng lập phương thể tâm
•
Số nguyên tử
trong 1 khối cơ
bản:
(1/8 x 8) + 1 = 2
•
Li, Na, K, V, Cr,
Fe, Pb, W,…

2.2.2. Mạng lập phương diện tâm
(lpdt)
•
Còn gọi là lập
phương tâm mặt
•
8 đỉnh: 8 nguyên
tử
•
6 nguyên tử ở
tâm 6 mặt bên

2.2.2. Mạng lập phương diện tâm
•
Các nguyên tử
tiếp xúc nhau

theo đường chéo
mặt
•
Số nguyên tử
trong 1 khối cơ
bản: (1/8 x 8) +
(½ x 6) = 4
•
Fe, Ni, Cu, Al, Pb
…

2.2.3. Mạng lục giác xếp chặt (lgxc)
•
12 nguyên tử ở 12
đỉnh của 2 lục giác
•
2 nguyên tử ở tâm
của 2 lục giác
•
3 nguyên tử ở tâm
của 3 khối lăng trụ
tam giác xen kẽ

2.2.3. Mạng lục giác xếp chặt
•
6 nguyên tử ở mỗi
mặt cùng tiếp xúc với
nguyên tử ở tâm mặt
và từng 2 nguyên tử
tiếp xúc nhau

• 3 nguyên tử ở tâm lọt
vào khe lõm của 7
nguyên tử mặt và
chúng cùng tiếp xúc
nhau
•
Zn, Co, Ti, Mg, Cd …

2.3. Thông số mạng
•
Thông số mạng là
kích thước cơ bản
của MTT
•
Mạng lptt: a →
khoảng cách 2
nguyên tử gần nhau
nhất:
d= a√3/2;
bán kính nguyên tử:
r= a√3/4

2.3. Thông số mạng
•
Mạng lpdt: a →
khoảng cách 2
nguyên tử gần nhau
nhất:
d= a√2/2;
bán kính nguyên tử:

r= a√2/4
•
Mạng lgxc: a, c →
c/a= (8/3)
0,5
≈ 1,633

2.4. Mật độ nguyên tử và lỗ rỗng
trong MTT
•
Xem nguyên tử
như những quả
cầu → MTT luôn
có khoảng trống
•
Để đánh giá mức
độ sít chặt → Mật
độ nguyên tử theo
mặt và mật độ
mạng

2.4. Mật độ nguyên tử và lỗ rỗng
trong MTT
•
Mật độ nguyên tử
theo mặt M
S
:
M
S

= n
S
.πr
2
/S
n
S
– số nguyên tử trên
một mặt
r – bán kính nguyên
tử
S – diện tích của mặt
•
Mật độ mạng M
V
:
M
V
= n.4/3. πr
3
/V
n – số nguyên tử
trong một khối cơ bản
V – thể tích khối cơ
bản

Lỗ rỗng trong MTT
•
Mạng lptt:
- khối tám mặt: 0,154 d;

6 lỗ
- khối bốn mặt: 0,221 d;
12 lỗ
•
Mạng lpdt:
- khối tám mặt: 0,41 d;
4 lỗ
- khối bốn mặt: 0,225 d;
8 lỗ

2.5. Tính thù hình của kim loại
•
Nhiều KL ở những khoảng nhiệt độ khác nhau
có các kiểu MTT khác nhau; ví dụ: Fe, Sn, Mn,
Ti …
•
Tính chất mà một chất có nhiều kiểu MTT: tính
thù hình
•
Chuyển biến của một chất từ kiểu MTT này sang
kiểu MTT khác: chuyển biến thù hình
•
Kí hiệu: α, β, γ, δ …
•
Thí dụ: sắt (911, 1392, 1539
0
C)

3. CẤU TẠO MTT THỰC TẾ CỦA
KL NGUYÊN CHẤT

3.1. Đơn tinh thể, đa tinh thể,
hạt