XÂY DỰNG hệ THỐNG bài tập NÂNG CAO về TINH THỂ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI

LUẬN ÁN THẠC SỸ HÓA HỌC
TÊN ĐỀ TÀI :
XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP NÂNG CAO VỀ TINH THỂ

Người thực hiện
Người thực hiện: ...................................................
Người hướng dẫn khoa học: .................................

Hà Nội 8/2015

1


MỤC LỤC
PHẦN I: MỞ ĐẦU
I. Lí do chọn đề tài
II. Mục đích nghiên cứu
III. Nhiệm vụ
IV. Giả thuyết khoa học
V. Phương pháp nghiên cứu
VI. Điểm mới của đề tài
VII. Cấu trúc đề tài
PHẦN II: NỘI DUNG
Chương I: Tổng quan
I.1. Tầm quan trọng của hóa học tinh thể
I.2. Tình hình thực tế nội dung kiến thức tinh thể trong các tài liệu hiện

Trang

1
1
3
3
3
4
4
4
5
5
5
5

hành
I.3. Vai trò của bài tập hóa học trong bồi dưỡng học sinh giỏi
Chương II: Tóm tắt kiến thức lý thuyết về tinh thể
II.1. Khái niệm mạng tinh thể
II.1.1. Mạng tinh thể lý tưởng
II.1.2. Mạng Bravais
II.1.3. Ô sơ cấp
II.1.4. Đường thẳng mạng
II.1.5. Mặt phẳng mạng

6
8
8
8
8
8
10

11

II.2. Đặc điểm tinh thể

12

II.3. Phân loại tinh thể theo liên kết
II. 3.1. Tinh thể với liên kết ion
II. 3.2. Tinh thể với liên kết cộng hóa trị, tinh thể nguyên tử
II. 3.3. Tinh thể phân tử
II. 3.4. Tinh thể kim loại
Chương III. Hệ thống bài tập về tinh thể
III.1. Các dạng bài toán thường gặp
III.2. Hệ thống bài tập chia theo các loại mạng tinh thể
PHẦN III: KẾT LUẬN
Tài liệu tham khảo

13
13
17
21
25
40
40
46
105
108

ĐỀ TÀI: “XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP NÂNG CAO VỀ TINH THỂ ”
PHẦN I: MỞ ĐẦU

I. Lí do chọn đề tài
Đầu thế kỉ XXI, nền giáo dục của thế giới có những bước tiến lớn với nhiều
thành tựu về mọi mặt. Hầu hết các quốc gia nhận thức sự cần thiết và cấp bách phải
đầu tư cho giáo dục. Luật Giáo dục 2005 của nước ta đã khẳng định: “Phát triển giáo
dục là quốc sách hàng đầu nhằm nâng cao dân trí, đào tạo nhân lực, bồi dưỡng nhân
tài”. Như vậy, vấn đề bồi dưỡng nhân tài nói chung, đào tạo học sinh giỏi, học sinh
chuyên nói riêng đang được nhà nước ta đầu tư hướng đến.
Trong hội nghị toàn quốc các trường THPT chuyên, Phó Thủ tướng, nguyên Bộ
trưởng Bộ GD&ĐT Nguyễn Thiện Nhân nhấn mạnh: “Hội nghị được tổ chức nhằm
tổng kết kết quả đạt được, những hạn chế, bất cập, đồng thời đề ra mục tiêu, giải pháp
nhằm xây dựng, phát triển các trường THPT chuyên thành hệ thống các trường THPT
chuyên chất lượng cao làm nhiệm vụ phát hiện, bồi dưỡng tài năng trẻ, đáp ứng yêu
cầu phát triển đất nước trong thời kỳ đổi mới và hội nhập”. Hệ thống các trường
THPT chuyên đã đóng góp quan trọng trong việc phát hiện, bồi dưỡng học sinh năng
khiếu, tạo nguồn nhân lực chất lượng cao cho đất nước, đào tạo đội ngũ học sinh có
kiến thức, có năng lực tự học, tự nghiên cứu, đạt nhiều thành tích cao góp phần quan
trọng nâng cao chất lượng và hiệu quả giáo dục phổ thông. Tuy nhiên một trong
những hạn chế, khó khăn của hệ thống các trường THPT chuyên trong toàn quốc đang
gặp phải đó là chương trình, sách giáo khoa, tài liệu cho môn chuyên còn thiếu, chưa
cập nhật và liên kết giữa các trường. Bộ Giáo Dục và Đào tạo chưa xây dựng được
chương trình chính thức cho học sinh chuyên nên để dạy cho học sinh, giáo viên phải
tự tìm tài liệu, chọn giáo trình phù hợp, phải tự xoay sở để biên soạn, cập nhật giáo
trình.
Bộ môn Hóa học là một trong các bộ môn khoa học cơ bản, rất quan trọng. Mỗi
mảng kiến thức đều vô cùng rộng lớn. Đặc biệt là những kiến thức giành cho học sinh
chuyên hóa, học sinh giỏi cấp khu vực, cấp Quốc Gia, Quốc tế. Trong đó hoá học về
tinh thể là một trong các nội dung rất quan trọng. Phần này thường có trong các đề thi
học sinh giỏi lớp 10, 11 khu vực; Olympic 30/4; các đề thi học sinh giỏi Quốc Gia,

3


Quốc Tế. Tuy nhiên, trong thực tế giảng dạy ở các trường phổ thông nói chung và ở
các trường chuyên nói riêng, việc dạy và học phần tinh thể gặp một số khó khăn:
- Đã có tài liệu giáo khoa dành riêng cho học sinh chuyên hóa, nhưng nội dung kiến
thức lí thuyết chưa đủ để trang bị cho học sinh, chưa đáp ứng được yêu cầu của các kì
thi học sinh giỏi các cấp.
- Tài liệu tham khảo về mặt lí thuyết thường được sử dụng là các tài liệu ở bậc
đại học, cao đẳng đã được biên soạn, xuất bản từ lâu. Khi áp dụng những tài liệu này
cho học sinh phổ thông trở thành rất rộng. Giáo viên và học sinh thường không đủ
thời gian nghiên cứu do đó khó xác định được nội dung chính cần tập trung là vấn đề
gì.
- Trong các tài liệu giáo khoa chuyên hóa lượng bài tập rất ít, nếu chỉ làm các
bài trong đó thì HS không đủ “lực” để thi vì đề thi khu vực, HSGQG, Quốc Tế hằng
năm thường cho rộng và sâu hơn nhiều. Nhiều đề thi vượt quá chương trình.
- Tài liệu tham khảo phần bài tập vận dụng các kiến thức về các tinh thể cũng
rất ít, chưa có sách bài tập dành riêng cho học sinh chuyên hóa về các nội dung này.
Để khắc phục điều này, tự thân mỗi GV dạy trường chuyên phải tự vận động, mất rất
nhiều thời gian và công sức bằng cách cập nhật thông tin từ mạng internet, trao đổi
với đồng nghiệp, tự nghiên cứu tài liệu…Từ đó, GV tự biên soạn nội dung chương
trình dạy và xây dựng hệ thống bài tập để phục vụ cho công việc giảng dạy của mình.
Xuất phát từ thực tiễn đó, là giáo viên trường chuyên, chúng tôi rất mong có
được một nguồn tài liệu có giá trị và phù hợp để giáo viên giảng dạy - bồi dưỡng học
sinh giỏi các cấp và cũng để cho học sinh có được tài liệu học tập, tham khảo. Trong
năm học này chúng tôi tập trung biên soạn bài tập về tinh thể. Do vậy chúng tôi đã
chọn đề tài:
“Xây dựng hệ thống bài tập nâng cao về tinh thể”.
Trong thời gian tới nhờ sự quan tâm đầu tư của nhà nước, của Bộ Giáo Dục
cùng với sự nỗ lực của từng giáo viên dạy chuyên, sự giao lưu học hỏi, chia sẻ kinh

4


nghiệm của các trường chuyên trong khu vực và cả nước chúng tôi hi vọng sẽ có 1 bộ
tài liệu phù hợp, đầy đủ giành cho giáo viên và học sinh chuyên.
II. Mục đích nghiên cứu
Sưu tầm, lựa chọn, phân loại và xây dựng hệ thống bài tập mở rộng và
nâng cao về tinh thể để làm tài liệu phục vụ cho giáo viên trường chuyên giảng dạy,
ôn luyện, bồi dưỡng học sinh giỏi các cấp và làm tài liệu học tập cho học sinh đặc biệt
cho học sinh chuyên về tinh thể. Ngoài ra còn là tài liệu tham khảo mở rộng và nâng
cao cho giáo viên môn hóa học và học sinh yêu thích môn hóa học nói chung.
III. Nhiệm vụ
1- Nghiên cứu chương trình hóa học phổ thông nâng cao và chuyên hóa học, phân tích
các đề thi học sinh giỏi cấp tỉnh, khu vực, cấp quốc gia, quốc tế và đi sâu về tinh thể.
2- Sưu tầm, lựa chọn trong tài liệu giáo khoa, sách bài tập cho sinh viên, trong các tài
liệu tham khảo có nội dung liên quan; phân loại, xây dựng các bài tập lí thuyết và tính
toán về tinh thể.
3- Đề xuất phương pháp xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập dùng cho việc giảng
dạy, bồi dưỡng học sinh giỏi các cấp ở trường THPT chuyên.
IV. Giả thuyết khoa học
Nếu giáo viên xây dựng hệ thống bài tập chất lượng, đa dạng, phong phú đồng
thời có phương pháp sử dụng chúng một cách thích hợp thì sẽ nâng cao được hiệu quả
quá trình dạy- học và bồi dưỡng học sinh giỏi, chuyên hóa học.
V. Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu thực tiễn dạy học và bồi dưỡng học sinh giỏi hóa học ở trường THPT
chuyên
- Nghiên cứu các tài liệu về phương pháp dạy học hóa học, các tài liệu về bồi dưỡng
học sinh giỏi, các đề thi học sinh giỏi, . . .
- Thu thập tài liệu và truy cập thông tin trên internet có liên quan đến đề tài.

- Đọc, nghiên cứu và xử lý các tài liệu.
VI. Điểm mới của đề tài
5


- Đề tài xây dựng hệ thống bài tập mở rộng và nâng cao đầy đủ, có phân loại rõ ràng
các dạng câu hỏi lí thuyết, các dạng bài tập về tinh thể để làm tài liệu phục vụ cho
giáo viên trường chuyên giảng dạy, ôn luyện, bồi dưỡng học sinh giỏi các cấp và làm
tài liệu học tập cho học sinh đặc biệt cho học sinh chuyên kiến thức về tinh thể. Ngoài
ra còn là tài liệu tham khảo mở rộng và nâng cao cho giáo viên môn hóa học và học
sinh yêu thích môn hóa học nói chung.
- Đề xuất phương pháp xây dựng và sử dụng có hiệu quả hệ thống bài tập hóa học.
VII. Cấu trúc đề tài
Phần I. Mở đầu
Phần II. Nội dung
Chương I: Tổng quan
Chương II: Hệ thống hóa lý thuyết về tinh thể.
Chương III: Hệ thống câu hỏi lí thuyết về tinh thể
Chương IV: Hệ thống bài tập tính toán về tinh thể.
Phần III. Kết luận và khuyến nghị
Tài liệu tham khảo

PHẦN II. NỘI DUNG
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
I.1. TẦM QUAN TRỌNG CỦA HÓA HỌC TINH THỂ.
Phần hoá học tinh thể trong chương trong chương trình hoá học chuyên THPT
có vai trò quan trọng trong. Cụ thể là:
– Trong tự nhiên rất nhiều chất tồn tại ở dạng tinh thể, chúng có thể là đơn chất, hợp
chất, các kiểu mạng cũng khác nhau nên nghiên cứu cấu trúc mạng tinh thể sẽ giúp
học sinh nắm vững bản chất, giải thích nhiều tính chất của chất do cấu tạo mạng tinh

thể gây ra.

6


– Nắm vững kiến thức mạng tinh thể giúp học sinh có khả năng phát triển khả năng
suy luận, dự đoán những tính chất thậm chí chưa có trong các tài liệu, tạo cơ sở cho
những phát hiện khoa học.
- Việc nghiên cứu các kiến thức về cấu tạo tinh thể giúp HS hình thành tư duy logic
về hóa học, là căn cứ kết luận rằng cấu tạo của chất ảnh hưởng, quyết định tính chất
của các chất.
- Giải quyết các dạng bài tập về tinh thể giúp học sinh nắm vững, vận dụng linh hoạt
kiến thức từ đó có thể suy luận và giải quyết nhiều dạng bài tập nâng cao khác về tinh
thể trong các đề thi học sinh giỏi cũng như hiểu được ý nghĩa thực tế của các bài toán.
I.2. TÌNH HÌNH THỰC TẾ VỀ NỘI DUNG KIẾN THỨC TINH THỂ
TRONG CÁC TÀI LIỆU HIỆN HÀNH
Trong các tài liệu hiện hành, lý thuyết về tinh thể đã tương đối đầy đủ. Trong các
tài liệu tham khảo khác bài tập giành cho giảng dạy và học tập của lớp chuyên còn
nằm rải rác, chưa phong phú và chưa được phân loại rõ ràng, chưa đủ để cho học sinh
học tập, ôn luyện chuẩn bị cho các kì thi học sinh giỏi các cấp.
I.3. VAI TRÒ CỦA BÀI TẬP HÓA HỌC TRONG VIỆC BỒI DƯỠNG HỌC
SINH GIỎI.
Thực tế dạy học cho thấy, bài tập hoá học giữ vai trò rất quan trọng trong việc thực
hiện mục tiêu đào tạo. Bài tập vừa là mục đích vừa là nội dung lại vừa là phương pháp
dạy học hiệu nghiệm. Bài tập cung cấp cho học sinh cả kiến thức, con đường dành lấy
kiến thức và cả niềm vui sướng của sự phát hiện - tìm ra đáp số - một trạng thái hưng
phấn - hứng thú nhận thức - một yếu tố tâm lý góp phần rất quan trọng trong việc
nâng cao tính hiệu quả của hoạt động thực tiễn của con người, điều này đặc biệt được
chú ý trong nhà trường của các nước phát triển. Vậy bài tập hoá học là gì?
Theo các nhà lý luận dạy học Nga, bài tập bao gồm cả câu hỏi và bài toán, mà trong

khi hoàn thành chúng, học sinh nắm được hay hoàn thiện một tri thức hoặc một kỹ
năng nào đó, bằng cách trả lời vấn đáp, trả lời viết hoặc có kèm theo thực nghiệm.
Hiện nay ở nước ta, thuật ngữ “bài tập” được dùng theo quan niệm này.
7


Tác dụng của bài tập hóa học:
- Bài tập hoá học là một trong những phương tiện hiệu nghiệm cơ bản nhất để dạy học
sinh vận dụng các kiến thức đã học vào thực tế cuộc sống, sản xuất và tập nghiên cứu
khoa học, biến những kiến thức đã thu được qua bài giảng thành kiến thức của chính
mình.
- Đào sâu, mở rộng kiến thức đã học một cách sinh động, phong phú. Chỉ có vận dụng
kiến thức vào giải bài tập học sinh mới nắm vững kiến thức một cách sâu sắc.
- Là phương tiện để ôn tập, củng cố, hệ thống hoá kiến thức một cách tốt nhất.
- Rèn luyện kỹ năng hoá học cho học sinh như kỹ năng viết và cân bằng phương trình
hóa học, kỹ năng tính toán theo công thức và phương trình hoá học, kỹ năng thực
hành như cân, đo, đun nóng, nung sấy, lọc, nhận biết hoá chất...
- Phát triển năng lực nhận thức, rèn trí thông minh cho học sinh (học sinh cần phải
hiểu sâu mới hiểu được trọn vẹn). Một số bài tập có tình huống đặc biệt, ngoài cách
giải thông thường còn có cách giải độc đáo nếu học sinh có tầm nhìn sắc sảo. Thông
thường nên yêu cầu học sinh giải bằng nhiều cách, có thể tìm cách giải ngắn nhất, hay
nhất - đó là cách rèn luyện trí thông minh cho học sinh. Khi giải bài toán bằng nhiều
cách dưới góc độ
khác nhau thì khả năng tư duy của học sinh tăng lên gấp nhiều lần so với một học sinh
giải nhiều bài toán bằng một cách và không phân tích đến nơi đến chốn.
- Bài tập hoá học còn được sử dụng như một phương tiện nghiên cứu tài liệu mới
(hình thành khái niệm, định luật) khi trang bị kiến thức mới, giúp học sinh tích cực, tự
lực, lĩnh hội kiến thức một cách sâu sắc và bền vững. Điều này thể hiện rõ khi học
sinh làm bài tập thực nghiệm định lượng.
- Bài tập hoá học phát huy tính tích cực, tự lực của học sinh và hình thành phương

pháp học tập hợp lý.
- Bài tập hoá học còn là phương tiện để kiểm tra kiến thức, kỹ năng của học sinh một
cách chính xác.

8


- Bài tập hoá học có tác dụng giáo dục đạo đức, tác phong, rèn tính kiên nhẫn, trung
thực, chính xác khoa học và sáng tạo, phong cách làm việc khoa học (có tổ chức, kế
hoạch...), nâng cao hứng thú học tập bộ môn. Điều này thể hiện rõ khi giải bài tập
thực nghiệm.
Tác dụng cụ thể của bài tập hóa học góp phần không nhỏ trong việc nâng cao chất
lượng và hiệu quả việc dạy học hóa học, và đặc biệt là phát triển năng lực nhận thức,
rèn luyện kỹ năng cho học sinh mà không có phương pháp dạy học nào sánh kịp.
Như vậy, trong quá trình giảng dạy thì việc lựa chọn, xây dựng các bài tập là
việc làm rất quan trọng và cần thiết đối với mỗi GV. Thông qua bài tập, GV sẽ đánh
giá được khả năng nhận thức, khả năng vận dụng kiến thức của HS. Bài tập là
phương tiện cơ bản nhất để dạy HS tập vận dụng kiến thức vào thực hành, thực tế sự
vận dụng các kiến thức thông qua các bài tập có rất nhiều hình thức phong phú.
Chính nhờ việc giải các bài tập mà kiến thức được củng cố, khắc sâu, chính xác hóa,
mở rộng và nâng cao. Cho nên, bài tập vừa là nội dung, vừa là phương pháp, vừa là
phương tiện để dạy tốt và học tốt.

CHƯƠNG II : TÓM TẮT KIẾN THỨC LÝ THUYẾT VỀ TINH THỂ
II.1. Khái niệm mạng tinh thể
II.1.1. Mạng tinh thể lí tưởng
- Mạng lưới không gian vô tận mà tại các nút của mạng là các hạt tạo nên tinh thể (vô
hạn, tuần hoàn)
- Nút mạng được gọi là gốc mạng (đồng nhất về thành phần, qui luật sắp xếp).
r

r

r
R

n1, n2, n3: Các số nguyên.

9

r
r'


r r r
a1 , a2 , a3 : Các vectơ cơ sở (Độ lớn của vectơ cơ sở được gọi là chu kì dịch chuyển hay

hằng số mạng)
II.1.2. Mạng Bravais: Tập hợp các điểm được xác định bằng công thức
r
r
r
r
R = n1a1 + n2 a2 + n3a3 tạo thành một mạng gọi là mạng Bravais.
- Mạng tinh thể thực và thể hiện tính chất đối xứng trong không gian (Đối xứng tịnh
tiến).
- Mạng thực bằng các mạng Bravais lồng vào nhau.
2
1
r
a1

0

4
r
a2 3

1

6

r
a1

r
a2

0

5

II.1.3. Ô sơ cấp
r r

r

Từ 3 vectơ cơ sở a1 , a2 , a3 dựng một hình hộp, hình hộp này gọi là ô sơ cấp
r
a1

r
a3
r
a2

Thể tích ô sơ cấp:
r r r
r r r
r r r
Ω = a1 [ a2 , a3 ] = a2 [ a3 , a1 ] = a3 [ a1 , a2 ]

- Tinh thể được mô tả bởi sự tịnh tiến dọc theo 3 trục toạ độ của phần tử nhỏ nhất của
nó là ô cơ sở (tế bào cơ bản)
- Tế bào cơ bản đặc trưng bởi các thông số:
Hằng số mạng: a, b, c, α, β, γ
Số đơn vị cấu trúc : n
Số phối trí
Độ đặc khít
Khái niệm về ô cơ sở:
10


Là mạng tinh thể nhỏ nhất mà bằng cách tịnh tiến nó theo hướng của ba trục tinh thể
ta có thể thu được toàn bộ tinh thể.
Mạng một chiều

r
a

Mạng đơn giản

r
a

Nút mạng là hai nguyên tử cùng loại

r
a

Nút mạng là hai nguyên tử khác loại

Thể tích Ω = a
Mạng hai chiều
Đơn giản

III

r
a1
r
a2

I

II

r r
Ω = [ a1 , a2 ]

I, II: Chứa một nguyên tử.
III: Chứa hai nguyên tử ⇒ chứa hơn một nguyên tử.

Ô nguyên tố: Chỉ chứa một nguyên tử trong một ô.

phức tạp

Mạng ba chiều
r
a1

r
a11
3
r
a2


- Từ đó hình thành các kiểu mạng lập phương đơn giản, khối tâm, diện tâm.
II.1.4. Đường thẳng mạng
Lấy hai nút liên tiếp thuộc đường thẳng mạng
- Chọn góc toạ độ vào một nút

2

p

r r r

r

n

- Gắn ba trục toạ độ vào // a1 , a2 , a3 (song song với a3
các vectơ cơ sở).
- Xác định toạ độ của nút kia trên ba trục: m, n, p

1

r
a1

r
a2

m

Chỉ số [m, n, p] xác định chỉ số phương hay còn gọi là đường thẳng mạng.
Ví dụ: Chỉ số phương của mạng lập phương
[111]

[ 0 01]

[ 011]


a3

[101]

a2

[ 01 0]



[10 0] a1

[110]

Chú ý: - Các hướng song song với nhau có cùng một bộ chỉ số
- Nếu có một chỉ số [0] là đường thẳng mạng thuộc mặt phẳng của hai trục
- Nếu có hai chỉ [0] là đường thẳng mạng thuộc mặt phẳng của một trục.
II.1.5. Mặt phẳng mạng
p

a3

n

a2

a1 m

12


- Mặt phẳng mạng cắt cả ba trục toạ độ theo toạ độ m, n, p.
- Nghịch đảo

1 1 1
, ,
m n p

- Tìm mẫu số chung nhỏ nhất là D.
- h=

D
D
D
, k = ,l =
m
n
p

- Chỉ số mạng tinh thể này là (h, k, l) gọi là chỉ số Miller.
- Trường hợp toạ độ âm thì dấu (-) được nằm trên đầu.
Ví dụ:
a.

+ Mặt phẳng tinh thể cắt các trục toạ độ tại m = 5, n = 4, p = 10.
+ Lấy nghịch đảo: 1/5, 1/4, 1/10.
+ Tìm mẫu số chung D = 20.
+ h=

20
20
20
= 4, k =
= 5, l =
= 2.
5
4

10

+ Mặt phẳng mạng (4, 5, 2).
b.

+ Mặt phẳng tinh thể cắt các trục toạ độ tại m = -5, n = 4, p = -10.
1

1

1

+ Lấy nghịch đảo: −5 , 4 , −10
+ Tìm mẫu số chung D = 20.


a3
( 0 01)
( 01 0 )
(1 0 0 )

+ h=

20
20
20
→ 4, k =
= 5, l =
→ 2.
−5

4
− 10


a2

 (1 1 1)
a1

+ Mặt phẳng mạng ( 4, 5, 2 ) .
Chú ý:
- Các mặt phẳng song song với nhau có cùng một bộ chỉ số Miller.


- Mặt phẳng mạng song song với một trục: giả sử // a1 thì bộ chỉ số (0, k, l).
 

- Mặt phẳng mạng song song với hai trục: giả sử // a1 a2 thì bộ chỉ số (0, 0, l).
13


Các tính chất
* Các phương song song với nhau thì có cùng bộ chỉ số.
* Các mặt phẳng song song với nhau có cùng chỉ số Miller.
* Trong mạng lập phương thì hướng tinh thể thẳng góc với mặt phẳng tinh thể
có cùng chỉ số.
[hkl]

(hkl)

r )
a2

mp( ,

r
a2

r
a1
II.2. Đặc điểm tinh thể.
- Có hình dạng xác đinh
- Có nhiệt nóng chảy xác định, không đổi trong suốt quá trình nóng chảy
- Có tính dị hướng tức là tính chất theo các phương khác nhau là khác nhau
II.3. Phân loại tinh thể theo liên kết.
II.3. 1. Tinh thể với liên kết ion
II.3. 1.1. Đặc điểm
- Tinh thể hợp chất ion được tạo thành bởi những cation và anion hình cầu có bán
kính xác định
- Lực liên kết giữa các ion là lực hút tĩnh điện không định hướng
- Các anion thường có bán kính lớn hơn cation nên trong tinh thể người ta coi anion như
những 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.
14


- Đặc trưng là tinh thể các muối của kim loại kiềm thổ với các halogen
VD: Tinh thể của muối NaCl có dạng lập phương tâm diện.

II.3. 1.2. Các kiểu phối trí và điều kiện bền.

Hợp chất dạng MX.
0.22 <

r
M
r
X

< 0.41 kiÓu phèi trÝ tø diÖn (sè phèi trÝ cua M lµ 4) : m¹ng sphalerit vµ

vuarit cña ZnS.

r
0.41 < M
r
X
r
0.73 < M
r
X

< 0.73 kiÓu phèi trÝ b¸t diÖn (sè phèi trÝ cua M lµ 6) : m¹ng NaCl, NiAs.
<1

kiÓu phèi trÝ lËp ph¬ng (sè phèi trÝ cña M lµ 8): m¹ng CsCl.

Hợp chất dạng M2X.

r
0.732 < M

r
X
r
0.414 < M
r
X

< 1,00

< 0.732

kiÓu mạng Florit giống CaF2

kiÓu mạng Rutil giống TiO2

II.3.1.3.Một số mạng tinh thể ion tiêu biểu .
15


Tinh thể CsBr.
- Tỉ lệ: rCs /rBr = 1,69/1,95=0,87 nên là mạng lập phương đơn giản:
- Tinh thể CsCl 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,

Cs
Cl

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:
- Số ion Br- : 8.1/8 + 6.1/2 = 4
- Số ion K+ : 12.1/4 + 1.1 = 4
- Số phân tử KBr trong một ô cơ sở là 4

16


Tính chất

CsBr

KBr

MgO

Năng lượng mạng tinh
thể (kJ/mol)

619

673

3924

Nhiệt độ nóng chảy (oC )

638

734

2825

1290

1407

4100

Nhiệt độ sôi (oC )
Tinh thể Vuazit.

A

2-

- Các ion S sắp xếp theo kiểu lục phương, các ion Zn2+ chiếm một nửa số hốc tứ
diện.

A'

- Mạng vuarit bao gồm hai mạng lục phương chặt khítB lồng vào nhau.
B'

A

S
Zn
Vuarit ZnS

17


Tinh thể Sphalerit.
- S2- sắp xếp theo kiểu lập phương tâm măt, các ion Zn2+ chiếm một nửa số hốc tứ
diện.
- Số phối trí của S và Zn đều bằng 4.

S
Zn
Sphalerit ZnS

18


Tinh thể Florit của CaF2.
- Các ion Ca2+ sắp xếp theo kiểu lập phương tâm mặt
- Các ion F- chiếm các hốc tứ diện. Cùng kiểu mạng này có tinh thể của Na2O

Ca
F
Florit (CaF2)

II.3.2. Tinh thể với liên kết cộng hóa trị, tinh thể nguyên tử

II.3.2.1. Đặc điểm.
- Trong tinh thể nguyên tử, các nút mạng bị chiếm bởi các nguyên tử, liên kết với
nhau bằng liên kết cộng hoá trị
- Do liên kết cộng hoá trị có tính định hớng nên cấu trúc tinh thể và số phối trí đợc
quyết định bởi đặc điểm liên kết cộng hoá trị, không phụ thuộc vào điều kiện sắp xếp
không gian của nguyên tử.

19


- Các tinh thể nguyên tử có độ cứng đặc biệt lớn, nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi
cao, khôngtan trong các dung môi. Chúng là chất cách điện hay bán dẫn
II.3.2.2. Một số kiểu mạng tinh thể nguyên tử tiêu biểu.
Tinh thể nguyên tử kim cương
- Do cấu trúc không gian ba chiều đều đặn và liên kết cộng hoá trị bềnvững nên Kim
cương có khối lượng riêng lớn (3,51), độ cứng lớn nhất,hệ số khúc xạ lớn, nhiệt độ
sôi, nhiệt độ nóng chảy cao, giòn, không tan trong các dung môi, không dẫn điện.

a = 3,55 A
Liªn kÕt C-C dµi 1,54 A

- Các nguyên tử C chiếm vị trí các đỉnh, các tâm mặt và một nửa số hốc tứ diện. Số
phối trí của C bằng 4.
- Mỗi tế bào gồm 8.1/8 + 6.1/2 + 4 = 8 nguyên tử
- Các phân tử có mạng tinh thể tương tự: Si, Ge và Sn(α), SiC, GaAs, BN, ZnS,
CdTe.
- Các nguyên tử C ở trạng thái lai hoá sp 3 tạo ra 4 AO lai hoá hớng về 4 đỉnh hình
tứ diện. Các nguyên tử C sử dụng các AO lai hoá này tổ hợp với nhau tạo ra các
MO -σ.
- Có N nguyên tử → tạo ra 4N MO trong đó có 2N MO liên kết tạo thành vùng hoá

trị và 2N MO phản liên kết tạo thành vùng dẫn. Vùng hoá trị đã được điền đầy,
vùng dẫn hoàn toàn còn trống, hai vùng cách nhau một vùng cấm có DE = 6 eV.
20


Tinh thể than chì.
- Hệ liên kết π giải toả trong toàn bộ của lớp, do vậy so với kim cương, than chì có độ
hấp thụ ánh sáng đặc biệt mạnh và có khả năng dẫn điện giống kim loại. tính chất vật
lý của than chì phụ thuộc vào phơng tinh thể.
- Liên kết giữa các lớp là liên kết yếu Van der Waals, khoảng cách giữa các lớp là
3,35Å, các lớp dễ dàng trượt lên nhau, do vậy than chì rất mềm.

3,35 A

1,42 A

- Các nguyên tử C lai hoá sp2 liên kết với nhau bằng liên kết cộng hoá trị σ, độ dài
liên kết C-C: 1,42 Å nằm trung gian giữa liên kết đơn (1,54 Å) và liên kết đôi (1,39
Å-benzen).
Tinh thể Bonitrua dạng mạng than chì.
- Cấu tạo của BN giống như than chì, các nguyên tử B và N cùng lai hoá sp2.
- Giống than chì BN mềm, chịu lửa (tnc∼ 3000oC)
- Do nguyên tử N có độ âm điện lớn nên các MO π định vị chủ yếu ở N, dẫn đến các
eπ không được giải toả như ở than chì và BN không dẫn điện (DE = 4,6 - 3,6 eV).

21


Tinh thể bonitrua mạng kim cương (Borazon).
- Borazon cứng, cách điện như kim cương.

- Tuy nhiên borazon có tính bền về mặt cơ và nhiệt hơn kim cương ( khi nung nóng
trong chân không đến 2700oC borazon hoàn toàn không đổi, chịu nóng ngoài
không khí đến 2000oC và chỉ bị oxi hoá nhẹ bề mặt, trong lúc đó kim cương bị
cháy ở 900oC).

- Các nguyên tử B chiểm các nút của mạng tinh thể lập phương tâm diên, N
chiếm 1 nửa hốc tứ diện.
- Mối tế bào có 4B và 4 N.
- Số phối trí của B là 4, N là 4.

22


II.3.3. Tinh thể phân tử.
II.3.3.1. Đặc điểm.
- Trong tinh thể phân tử, mạng lưới không gian đợc tạo thành bởi các phân tử hoặc
nguyên tử khí trơ.
- Lực liên kết giữa các phân tử trong tinh thể là lực Van der Waals.
- Các phân tử trong mạng tinh thể dễ tách khỏi nhau, nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ
sôi thấp, tan tốt trong các dung môi tạo ra dung dịch.
II.3.3.2. Một số mạng tinh thể phân tử tiêu biểu.
Tinh thể khí trơ.

Tinh thể Ar, Xe, Kr

Tinh thể He.

23

Tinh thể Iot.
- Mạng lưới của tinh thể I2 có đối xứng dạng trực thoi với các thông số a = 7,25 Å, b =
9,77 Å, c = 4,78 Å. Tâm các phân tử I2 nằm ở đỉnh, tâm của ô mạng mặt thoi.
- Khoảng cách ngắn nhất I-I trong tinh thể là 2,70 Å xấp xỉ độ dài liên kết trong phân
tử khí I2 2,68 Å. →liên kết cộng hoá trị I-I thực tế không thay đổi khi thăng hoa.
- Lực liên kết giữa các phân tử là lực Van der Waals yếu nên I 2 dễ thăng hoa khi nhiệt
độ ∼60o.

Tinh thể nước đá.
- Liên kết giữa các phân tử là liên kết hiđro yếu nên nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ
sôi nhỏ.

24


- Tuy nhiên, so với các phân tử không tạo ra liên kết hiđro hoặc tạo ra liên kết hiđro
yếu như H2S; H2Se; H2Te thì nước có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi cao hơn
rất nhiều.
- Khoảng cách giữa các phân tử nước lớn nên tinh thể khá rỗng, do đó tinh thể nước
đá có khối lượng riêng nhỏ. Khối lượng riêng của nước ở áp suất khí quyển lớn
nhất ở 3,98oC.

H
O

Liªn kÕt hi®ro dµi 1,76A
Liªn kÕt céng ho¸ trÞ O-H dµi 0,99A

- Mỗi phân tử nước liên kết với 4 phân tử nước khác bằng các liên kết hiđro tạo lên
những hình tứ diện đều.

Tinh thể XeF2
- Tinh thể XeF2 được tạo bởi các phân tử thẳng XeF 2. Tâm của các nguyên tử Xe
nằm ở đỉnh và tâm của khối hình chữ nhật.
- XeF2 là chất rắn , không màu tnc = 140oC, khối lượng riêng 4,32 g/cm3, phân tử có
dạng đường thẳng, d(Xe-F) = 2,00 Å.

25