Những tính chất vật lý thông thường của tinh thể và mối liên quan giữa chúng với tính chất đối xứng hoặc cấu trúc của tinh thể.

VẬT LÍ TINH THỂ
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
PGS.TS. TRƯƠNG MINH ĐỨC

HỌC VIÊN THỰC HIỆN:
TRẦN TRỌNG CÔNG
LÊ THỊ HỒNG CẨN
NGUYỄN TRẦN THẢO DUNG
ĐỔ MẠNH ĐẠT
RƠMAH GIANG


Giảng viên hướng dẫn

Học viên thực hiện

PGS.TS. Trương Minh Đức

Trần Trọng Công
Lê Thị Hồng Cẩn
Nguyễn Trần Thảo Dung
Đỗ Mạnh Đạt
Rơ mah Giang


4.1. Tính cát khai hay tính dễ tách của tinh thể

NỘI
DUNG

4.2. Ðộ cứng

4.3. Tính dẫn nhiệt
4.4. Tính áp điện, hỏa điện, sắt điện
4.5. Quang tính

TRẦN THẢO DUNG – RƠMAH GIANG


4.1. Tính cát khai hay tính dễ tách của tinh thể
Định nghĩa: Tính cát khai của tinh thể là khả năng vỡ ra hay tách
ra theo các mặt của nó dưới tác dụng của 1 lực cơ học .
Phân loại: Tùy theo mức độ dễ tách người ta phân ra làm 5 loại:
- Cát khai rất hoàn toàn: khoáng vật dễ bị tách theo các phương nhất định
thành những lớp mỏng như mica, clorite.
- Cát khai hoàn toàn: lấy búa đập nhẹ lên khoáng vật, chúng bị tách ra
những mảnh nhỏ giống tinh thể mẹ, mặt cát khai tương đối nhẵn. VD: galen,
canxit.
- Cát khai trung bình: khi bị tác dụng của lực ngoài khó tách ra thành
những mặt phẳng nhất định. Trên mặt mảnh vụn của khoáng vật vừa thấy có
mặt cát khai vừa thấy có vết vỡ, mặt cát khai không liên tục. VD: pyroxen,
amphibon.
- Cát khai không hoàn toàn: rất khó nhìn thấy những mặt cát khai, đại bộ
phận là những vết vỡ. VD: Ôlivin
- Cát khai rất không hoàn toàn: trên thực tế là không có cát khai, chỉ trong
những trường hợp đặc biệt mới phát hiện ra những mặt cát khai. VD: thạch
anh.


Đặc điểm:
1. Tinh thể 1 chất có thể chỉ bị tách ra theo 1 mặt như
mica , thạch cao; theo 2 mặt như amfibol, pyrôxen; theo 3

mặt như halit, canxit.
Mức độ cát khai theo những mặt khác nhau có thể
khác nhau.


Ôlivin: [Mg,Fe]2SiO4 là nhóm nesosilicat phổ biến, nhất là
trong đá magma nhiệt độ cao. Nguyên tử oxy trong
nesosilicat xếp chặt theo luật sáu phương …ABABAB…
theo hướng [100]; khiến cho olivin có tỉ trọng và độ cứng
tương đối cao, và có cát khai (010) và (100).

Cấu trúc tinh thể ôlivin


Mica
Mica là tên gọi chung cho các khoáng vật dạng tấm
thuộc nhóm silicat lớp bao gồm các loại vật liệu có mối liên kết chặt
chẽ, có tính cát khai cơ bản hoàn toàn. Tất cả chúng đều có cấu trúc
tinh thể thuộc hệ một phương có xu hướng tinh thể giả hệ sáu
phương và có thành phần hóa học tương tự. Tính cát khai cao là tính
chất đặc trưng nhất của mica, điều này được giải thích là do sự sắp xếp
của các nguyên tử dạng tấm lục giác chồng lên nhau.


Pyrôxen: là nhóm khoáng vật quan trọng nhất . Nó là
thành phần chính của nhiều loại đá được tạo thành ở nhiệt độ
cao. Ðó là các silicat có thành phần khác nhau đáng kể như
điôpsit, enstatit .

Canxit CaCO3
Cát khai hoàn hảo ở mặt [1011] theo 3 hướng với góc 74° 55'


Đặc điểm:
2. Khả năng cát khai có quan hệ chặt chẽ với đặc điểm
của cấu trúc tinh thể.
Bravais là người đầu tiên cắt nghĩa hiện tượng này . Phát
triển lý thuyết về mạng tinh thể, ông đã giả thiết rằng mặt cát
khai thường song song với các mặt mạng có mật độ hạt lớn
nhất, vì các mặt mạng này thường cách nhau những khoảng
lớn nhất.
Tuy nhiên cách giải thích giản đơn như vậy cho hiện
tượng cát khai chỉ đúng với những trường hợp không phức
tạp, ví dụ đối với graphit.


Ví dụ: các hằng số mạng sáu
phương của magnesi kim loại là:
a=3,20, c = 5,20Å, c/a =1,62. Nếu
các nguyên tử magnesi phân bố theo
các nút của mạng, thì theo như giả
thuyết của Bravais ta sẽ có cát khai
theo mặt đáy. Tuy nhiên, magnesi
kim loại không có cát khai.
Nguyên tử của nó xắp xếp theo cách
chồng khít các quả cầu kiểu sáu
phương với tỉ lệ rất gần với tỉ số lí
tưởng c/a bằng 1,633. Điều đó có
nghĩa là không có bất kì một dị

thường nào về khoảng cách giữa các
nguyên tử trong cấu trúc magnesi
kim loại và do đó không có khả
năng cát khai theo mặt đáy.


Đặc điểm:
3. Lực liên kết hóa học trong tinh thể ảnh hưởng đến
tính cát khai của tinh thể.
Vulf là người đầu tiên nhận thấy điều này . Ông đã
lấy Sfalerit và kim cương làm ví dụ.
Kim cương và sfalerit có cấu trúc mạng lập phương
tương tự nhưng chúng cát khai theo những mặt khác nhau.


Sfalerit cát khai theo (110); kim cương theo (111).
Ở sfalerit họ mặt {111} chỉ chứa 1 loại ion hoặc Zn2+
hoặc S2- cho nên tuy những mặt mạng này cách xa nhau
nhưng chúng gắn với nhau bằng lực hút những điện tích trái
dấu. Trong khi đó theo {110} mỗi mặt mạng đều chứa đồng
thời cả 2 loại ion nên trung hòa điện tích. Các mặt của họ mặt
mạng này gắn kết với nhau bằng lực yếu hơn nên cát khai tốt
hơn.



Cát khai theo mặt {111} trong kim cương
và mặt {110} trong sphalerit

Ý nghĩa:
Nhờ lý thuyết của Bravais và Vulf mà đôi khi chỉ dựa
vào tính cát khai - một hiện tượng cơ học đơn thuần - người
ta có thể rút ra những kết luận nhất định về cấu trúc bên
trong của một tinh thể.


Lập phương

a=b=c

α=β=γ=90°

Granat, halit

Hệ tinh thể b
ốn phương

a=b≠c

α=β=γ=90°

Rutil, zircon,
andalusit

Hệ tinh thể trự a≠b≠c
c thoi

α=β=γ=90°

Olivin, aragonit

Sáu phương
/Ba phương

α=β=90°,
γ=120°

Thạch anh,
canxit

α=γ=90°,
β≠90°

thạch cao

α≠β≠γ≠90°

Anorthit, albit,
kyanit

a=b≠c

Hệ tinh thể mộ a≠b≠c
t nghiêng
Hệ tinh thể ba
a≠b≠c
nghiêng

Những tính chất vật lý thông thường của tinh thể và mối liên quan
giữa chúng với tính chất đối xứng hoặc cấu trúc của tinh thể
2.1. Đặc điểm của độ cứng

2. ĐỘ
CỨNG
CỦA
TINH
THÊ

2.2. Các phương pháp đo độ cứng
2.2.1. Phương pháp xác định gần đúng theo
thang Mohs
2.2.2. Phương pháp Đo Độ cứng BRINELL
2.2.3. Phương pháp Đo Độ cứng VICKER
2.2.4. Phương pháp Đo Độ cứng KNOOP
2.2.5. Phương pháp Đo Độ cứng ROCKWELL
2.2.6. Phương pháp Đo Độ cứng SHORE

TRẦN THẢO DUNG – RƠMAH GIANG


Những tính chất vật lý thông thường của tinh thể và mối liên quan
giữa chúng với tính chất đối xứng hoặc cấu trúc của tinh thể
2.1. Đặc điểm của độ cứng

Ðộ cứng của tinh thể là mức độ đề kháng của nó đối với
các tác dụng cơ học. Ðộ cứng của một chất liên quan với khả
năng bề mặt của nó chống lại tác động mài; chất bị mài mòn
khi lực liên kết bị phá huỷ.

-Ðộ bền vững của lực liên kết trong mạng tinh thể.
-Độ cứng phụ thuộc vào khoảng giữa các mặt mạng. Khoảng
cách nhỏ thì độ cứng lớn.
Ví dụ: Tinh thể kim cương có độ cứng rất cao.

TRẦN THẢO DUNG – RƠMAH GIANG


Những tính chất vật lý thông thường của tinh thể và mối liên quan
giữa chúng với tính chất đối xứng hoặc cấu trúc của tinh thể
2.1. Đặc điểm của độ cứng

Trong cấu trúc tinh thể, sự sắp xếp nguyên tử theo
các hướng khác nhau thường không giống nhau; vì thế độ
cứng cũng thay đổi theo hướng (dị hướng), nhưng thường
không nhiều.
Ví dụ: khoáng vật disten Al2SiO5 có độ cứng trên mặt (100)
thay đổi từ 4 dến 7 tuỳ thuộc vào hướng.

TRẦN THẢO DUNG – RƠMAH GIANG


Những tính chất vật lý thông thường của tinh thể và mối liên quan
giữa chúng với tính chất đối xứng hoặc cấu trúc của tinh thể
2.1. Đặc điểm của độ cứng

- Độ cứng của tinh thể còn phụ thuộc vào độ chặt sít
nguyên tử trong tinh thể.
Ví dụ: CaCO3: Có độ chặt sít 2,72, độ cứng 3
Aragonit: Có độ chặt sít 2,94, độ cứng 4

- Độ cứng tăng cùng số hóa trị.

Ví dụ:

TRẦN THẢO DUNG – RƠMAH GIANG


Những tính chất vật lý thông thường của tinh thể và mối liên quan
giữa chúng với tính chất đối xứng hoặc cấu trúc của tinh thể
2.2.1. Phương pháp xác định gần đúng theo thang Mohs

- Là phương pháp dùng để xác định độ cứng của các
vật liệu dạng khoáng, trên cơ sở dựa vào bảng thang độ cứng
Morh bao gồm 10 khoáng vật mẫu được sắp xếp theo mức độ
cứng tăng dần.
Muốn tìm độ cứng của một loại vật liệu dạng khoáng
nào đó ta đem những khoáng vật chuẩn rạch lên vật liệu cần
thử. Độ cứng của vật liệu sẽ tương ứng với độ cứng của
khoáng vật mà khoáng vật đứng ngay trước nó không rạch
được vật liệu, còn khoáng vật đứng ngay sau nó lại dễ dàng
rạch được vật liệu.
Độ cứng của các khoáng vật xếp trong bảng chỉ nêu ra
chúng hơn kém nhau mà thôi, không có ý nghĩa định lượng
chính xác.

TRẦN THẢO DUNG – RƠMAH GIANG


Những tính chất vật lý thông thường của tinh thể và mối liên quan
giữa chúng với tính chất đối xứng hoặc cấu trúc của tinh thể

2.2.1. Phương pháp xác định gần đúng theo thang Mohs

Khi xác định, người ta đùng vật này cào lên vật kia.
Nếu trên bề mặt mẫu nào có vết cào, chứng tỏ vật này mềm
hơn vật kia và ngược lại. Thang độ cứng Mohs không chỉ rõ độ
cứng tuyệt đối.
Ví dụ:
Không phải độ cứng 9 là cứng gấp 3 lần độ cứng 3. Nó
chỉ có nghĩa là 1 khoáng nào đó có thể vạch được tất cả các
khoáng vật xếp dưới nó trong thang độ cứng và ngược lại, sẽ
bị các khoáng vật xếp trên nó vạch được. Hai khoáng vật có
cùng độ cứng sẽ vạch được lẫn nhau.

TRẦN THẢO DUNG – RƠMAH GIANG


Những tính chất vật lý thông thường của tinh thể và mối liên quan
giữa chúng với tính chất đối xứng hoặc cấu trúc của tinh thể
2.2.1. Phương pháp xác định gần đúng theo thang Mohs

Ví dụ:
Thạch anh vạch được tinh thể X nhưng ortocla không vạch
nổi, thì tinh thể X có độ cứng nhỏ hơn 7 và lớn hơn 6 theo thang
Mohs. Kết quả thu được không chính xác nhưng đơn giản. Ðể cho
tiện, một số vật quen thuộc dùng giúp người ta xác định độ cứng 1
cách nhanh chóng như sau :
Móng tay có độ cứng : 2,5
Ðồng xu bằng đồng : 3 ; Luỡi dao hoặc kính : 5,5. Dây thép : 6,5

TRẦN THẢO DUNG – RƠMAH GIANG

Những tính chất vật lý thông thường của tinh thể và mối liên quan
giữa chúng với tính chất đối xứng hoặc cấu trúc của tinh thể
2.2.1. Phương pháp xác định gần đúng theo thang Mohs
Độ cứng
thang
Mohs

Khoáng vật

Đặc điểm của độ cứng

1
2

Tan (Mg3Si4O10(OH)2)
Thạch cao (CaSO4•2H2O)

Rạch dễ nhàng bằng móng tay
Rạch được bằng móng tay

3
4

Đá canxit (CaCO3)
Đá fluorit (CaF2)

Rạch được bằng dao thép
Rạch được bằng dao thép khi ấn nhẹ

5

Âptit (Ca5(PO4)3(OH-,Cl-,F-))

Rạch được bằng dao thép khi ấn mạnh

6

Ôctcla felspat (KAlSi3O8)

Làm xước kính

7
8

Thạch Anh (SiO2)
Topaz (Al2SiO4(OH-,F-)2)

- Rạch được kính theo mức độ tăng dần

9
10

Corundum (Al2O3)
Kim cương (C)

TRẦN THẢO DUNG – RƠMAH GIANG